通过综合代谢组学与化学数据库追踪食物中分子信号的来源

为何食物中隐含的化学成分重要

每一口食物所含的不仅仅是卡路里、蛋白质、脂肪和碳水化合物。我们的餐食还包含成千上万种微小分子，它们可能有益也可能有害：天然植物化合物、药物微量残留、农药残留以及来自包装的化学物质。本研究提出了一个简单但深刻的问题：食物中那些分子信号的来源何在，它们能揭示出农业、环境、工业与人类健康之间怎样的联系？

用分子显微镜观察食物

研究者在“食物元素周期表计划”的基础上开展工作——这是一个旨在建立详尽食物成分参考库的全球性努力。研究团队采用一种称为非靶向代谢组学的技术，在500种常食用食品中（从谷物、蔬菜到肉类、乳制品、藻类与真菌）检测到了近25,000个不同的分子信号。其中大多数信号尚无名称或已知结构。为了解释这些信号，团队将已鉴定与未鉴定的信号比对到大型、经人工整理的天然产物、药物、农药与食品接触化学品数据库，把食物视为生物与现代工业之间的分子十字路口。

沿着化学足迹追踪食物链

与已知化合物匹配的信号描绘出分子如何在食物系统中流动的丰富图景。如预期，植物性食物富含生物活性植物化学物质，其中许多与类药物化学空间重叠。但团队也在海藻和蔬菜中发现了如鱼藤酮等杀虫剂的痕迹，甚至在有机燕麦粉中也能检测到，提示可能存在环境漂移或历史残留。他们在奶酪、拉比尼（labneh）和酸奶油中发现了一种源自薄荷的化合物普来戈酮（pulegone），而非出现在草本本体，推测其可能通过奶酪保护涂层或动物饲料进入并在乳制品中富集。一种知名的草本抗氧化剂迷迭香酸在牛肉与三文鱼中的含量与某些植物相当，这暗示其可能被有意用作肉制品的天然防腐剂。

在熟悉的食物与杂草中发现意外的天然宝藏

通过将天然产物在科学文献中常见的产地与它们在食物数据集中出现的位置交叉比对，研究者突出了可能含有被忽视的健康促进化合物的植物。常见作物与野生物种如胡萝卜、大豆、马齿苋、宽叶锦葵（common mallow），尤其是加拿大蓟（Canada thistle）表现突出，可能成为多样生物活性分子的潜在新来源。例如，加拿大蓟的花与叶含有异常高水平的类黄酮芥子素（chrysin）和化合物缬萸苷（tiliroside），这两者都被研究用于疾病防护。一种名为茴香鼠尾草（anise hyssop）的草本，其异黄酮生物栓素A（biochanin A）的含量比此前报道的任何食物都要高。这些发现表明，日常甚至被视为杂草的植物可能蕴藏着尚未开发的营养与治疗价值。

识别隐藏在食物中的人造化学物质

团队还关注了大量仅有元素式但无已知结构的信号。通过询问哪些元素式在大型天然产物集合中不存在，并对含氟的那些格外关注，他们筛选出一组可能的人为化学物质或外源物（xenobiotics）。许多富含氟的信号呈现出与农药、工业添加剂或高度持久污染物（如PFAS）一致的模式。乳制品，尤其是陈年奶酪，显示出独特的氟化特征簇，其中就包括与某种已知PFAS污染物元素式相符的特征。这些模式暗示，饲料选择、包装、涂层以及奶酪熟成过程中的浓缩等因素可能在不知不觉中塑造我们对合成化学物质的暴露。

这对我们的食物与健康意味着什么

用通俗的话说，这项工作表明食物是周围世界的分子镜像。天然的动植物化学、耕作方式、污染、工业加工与包装都会在我们摄入的微小分子中留下指纹。通过将广泛的化学调查与数据库的巧妙使用相结合，科学家能够标记潜在的污染事件、追踪生物活性化合物如何在食物链中流动，并在意想不到的食物中发现有前景的天然分子。尽管仍有许多信号未被识别且研究存在重要的技术局限，这项工作展示了一种强有力的新方法，用以观察环境、农业与工业如何在我们的餐盘上交汇——并支持将人类、动物与生态系统福祉联系在一起的“一体化健康”（One Health）方法。

引用: Mendoza Cantu, A., Gauglitz, J.M. & Bittremieux, W. Tracing the origins of molecular signals in food through integrative metabolomics and chemical databases. npj Sci Food 10, 147 (2026). https://doi.org/10.1038/s41538-026-00802-x

关键词: 食物代谢组学, 食品污染物, 天然生物活性化合物, 食品中的PFAS, 一体化健康（One Health）