科学家们进行了一项系统性综述，旨在为将咖啡重新定位为一种有针对性的营养干预措施而非一种可随意饮用的饮品，建立分子理论基础。研究结果发表在《营养学前沿》（Frontiers of Nutrition）杂志上。
咖啡：一种风靡全球的饮品
咖啡是一种广受欢迎的饮品，由咖啡属植物的果实加工而成。科学家们追溯了咖啡的使用历史，发现其最早可追溯到15世纪也门苏菲派修道院，并强调了咖啡在“食物-药物同源性”概念中的重要性，即食物既具有营养功能，又具有药用功能。
全球咖啡产业持续保持强劲增长势头，咖啡豆年产量超过1000万吨。商业咖啡种植主要涉及阿拉比卡咖啡（Coffea arabica L. ）、利比里卡咖啡（ Coffea liberica Hiern）和罗布斯塔咖啡（Coffea canephora Pierre ex A. Froehner）。阿拉比卡咖啡约占全球市场份额的70%，这主要归功于其较低的苦味和复杂的香气。
多项研究表明，咖啡是一种化学成分复杂的饮品，富含生物活性化合物。生咖啡豆（未烘焙的咖啡豆）主要成分是碳水化合物、脂类和蛋白质，此外还含有少量含氮化合物、矿物质和酸酯类物质。
咖啡豆烘焙过程中还会产生多种化合物，例如美拉德反应和热解作用产生的类黑精。例如，烘焙后咖啡豆中的碳水化合物和含氮化合物含量降低，而脂质含量增加。值得注意的是，烘焙过程中形成的类黑精可占烘焙后咖啡豆总质量的四分之一，这反映了咖啡豆经历了广泛的化学转化。
咖啡的功能化学
科学家将咖啡中的生物活性化合物大致分为四大类：生物碱（例如咖啡因、葫芦巴碱）、多酚（例如绿原酸）、二萜类化合物（例如咖啡醇）和美拉德反应产物（类黑素）。这些化合物通过协同和拮抗机制相互作用，形成多维调控网络，从而带来多种健康益处。
需要强调的是，了解这些网络层面的相互作用至关重要，因为关注孤立的化合物并不能准确反映咖啡在实际消费条件下的表现。
生物活性化合物
下面将介绍咖啡中生物活性化合物的作用机制及其治疗效果。
生物碱：
咖啡因是一种甲基黄嘌呤衍生物，是一种高度稳定的生物碱，主要在肝脏中通过P450 1A2 (CYP1A2)代谢。该生物碱的生理功能主要来源于其对腺苷A1/A2A受体的竞争性拮抗作用以及对磷酸二酯酶4/5 (PDE4/5)活性的特异性抑制。通过这些机制，咖啡因作为低亲和力苯二氮卓类受体拮抗剂，作用于γ-氨基丁酸A型(GABA_A)受体，而GABA_A受体在降低癫痫发作阈值方面起着至关重要的作用。
分子研究已证实咖啡因具有神经保护作用。它作为一种中枢神经系统兴奋剂，可通过拮抗腺苷A2A受体（A2AR）来增强认知功能并降低帕金森病（PD）的风险。然而，过量摄入咖啡因可能会加剧睡眠障碍和焦虑。
多项研究已证实咖啡因具有抗炎、神经保护、抗肥胖和抗糖尿病作用。该综述还引用了人类队列研究证据，表明含咖啡因的咖啡（而非脱咖啡因咖啡）与降低神经退行性疾病风险密切相关。
多项体外研究、动物模型和分子对接分析表明，葫芦巴碱具有治疗神经退行性疾病（包括阿尔茨海默病、帕金森病和抑郁症）的潜力，其作用机制包括减轻氧化应激、抑制乙酰胆碱和抑制神经炎症。
多酚：
绿原酸（CGA）是羟基肉桂酸的衍生物，也是咖啡中最丰富的多酚类物质。这些多酚是咖啡抗氧化和代谢调节特性的关键成分。从机制上讲，含量丰富的绿原酸之一——5- O-咖啡酰奎宁酸（5-CQA）能够激活核因子E2相关因子2（Nrf2）通路，从而抑制氧化应激，并抑制α-葡萄糖苷酶，进而调节餐后血糖水平。
一杯普通咖啡大约含有27至121毫克绿原酸（CGA）。这些生物活性化合物与血糖调节、抗炎作用和神经保护有关。烘焙会显著降解绿原酸，浅烘焙比深烘焙保留的绿原酸更多。
二萜类化合物：
咖啡醇和咖啡酚是呋喃二萜类化合物，大量存在于咖啡油中。它们的生理效应很大程度上取决于冲泡方法。例如，纸滤法会去除大量二萜类化合物，而法压壶等不过滤的冲泡方法则能保留全部成分。
二萜类化合物具有一些看似矛盾的生物活性。它们会升高低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平，可能增加心血管疾病的风险；同时，它们还能诱导谷胱甘肽S-转移酶（GST）的表达，从而发挥抗癌作用。此外，二萜类化合物还具有保肝和抗炎特性。
美拉德反应产物：
咖啡烘焙过程中，美拉德反应会产生一系列复杂的化合物，包括类黑精。这些化合物具有富含呋喃环和吡咯环的分子结构，使其具有金属离子螯合能力和抑制脂质过氧化的活性。
然而，美拉德反应也会产生有害化合物，例如丙烯酰胺，它是一种2A类致癌物。在深度烘焙的咖啡中发现了较高浓度的丙烯酰胺，这种咖啡具有神经毒性和致癌作用。
虽然可以测量丙烯酰胺的含量，但从咖啡中摄取的典型膳食暴露量仍然低于大多数监管机构关注的阈值。
咖啡的复杂性
咖啡含有多种化学成分，这些成分协同作用、相互拮抗或按顺序发挥作用，从而影响多个分子靶点。通过这些相互作用，咖啡有助于调节氧化应激、炎症、新陈代谢和神经保护。大量的流行病学证据表明，适量饮用咖啡与降低2型糖尿病、阿尔茨海默病、帕金森病和心血管疾病的风险相关。
目前咖啡的药理学研究往往较为分散，侧重于单一成分，而忽略了多种化合物之间的相互作用。这导致了三大研究局限：过分强调单一化合物而非多组分协同作用；对微量生物活性成分的研究不足；以及过度依赖缺乏人体转化验证的体外或啮齿动物模型。
通过绘制绿原酸、咖啡因及相关化合物的靶点网络图，研究人员将能够阐明咖啡多靶点调控的生物学基础。这种综合方法将有助于更全面地了解咖啡作为功能性食品的价值，并为其健康益处提供理论基础。
期刊参考文献：
Peng, R. 等 (2025) 将咖啡从一种经验性饮品转变为一种有针对性的营养干预：咖啡核心功能成分对慢性疾病的健康影响。《营养前沿》(Frontiers in Nutrition )，12，1690881。https://doi.org/10.3389/fnut.2025.1690881。https ://www.frontiersin.org/journals/nutrition/articles/10.3389/fnut.2025.1690881/full