药物或化合物对身体的影响取决于其原子在空间中的排列方式。 有些化合物有一个暗孪生，具有相同的分子式但不同的 3D 结构，这可能会影响它们在体内的作用或不作用。
考虑一下这个悲惨的故事沙利度胺一种孕吐药，导致数千例出生缺陷和流产。 尽管一种形式沙利度胺的一种异构体具有镇静作用，另一种被认为会引起生理发育异常。
因为两个版本都可以在体内来回转换，怀孕期间服用任何一种沙利度胺都是危险的。
我的研究重点研究了红葡萄和花生中发现的一种化合物——白藜芦醇。 为什么这一直是一个科学谜团关于使用白藜芦醇治疗疾病的结果不一致。
事实证明，这可能是因为使用了两种不同的形式– 虽然一种可能有助于认知和记忆，但另一种可能对神经系统有毒。
异构体和氨基酸
许多药物具有相同的原子和键，但空间排列不同。 这些药物被称为手性的化合物——意味着它们作为两个不可叠加的镜像存在。
例如，您的手也是彼此不可重叠的镜像。 尽管它们看起来相同，但当您将一个放在另一个之上时，它们不会重叠。
通常这些镜像版本具有非常相似的特性，因为它们共享相同的元素和键。 但它们在空间中的排列方式可以极大地改变它们对身体的影响。
正如你无法将左手手套戴在右手上一样，左手版本的药物也无法适合适合右手分子的身体目标。
手性分子有两种版本或异构体，由它们的定义光学活性。 这意味着，如果将偏振光照射到手性分子上，其中一个分子会将光向左旋转（由前缀 L- 表示，或左旋），而另一个分子会将光旋转到右侧（由前缀 D 表示，或右旋） ）。
氨基酸蛋白质的组成部分是手性分子。 生物体主要制造蛋白质L构型氨基酸。 然而，D 配置本质上还有许多其他功能。
细菌例如，使用D构型氨基酸来制造它们的细胞壁。哺乳动物使用D构型氨基酸作为神经和内分泌系统中的信使。
氨基酸酪氨酸是 L 构型规则的一个重要例外。 与其他氨基酸不同，酪氨酸的 L 和 D 构型都可以被一种称为酪氨酰-tRNA 合成酶 (TyrRS)。
D-酪氨酸的存在会使细胞难以合成仅使用 L-酪氨酸的蛋白质。 然而，细胞已经进化出可以区分这两种版本的酶，并确保只使用 L-酪氨酸。
当缺乏酪氨酸消耗酶时，体内酪氨酸水平会增加毒性作用， 包括对神经系统的损害。
最近发表的作品我的实验室的研究表明过多的酪氨酸可能具有神经毒性的一个潜在原因。 当我们向培养皿中的大鼠脑细胞中添加越来越多的 L-酪氨酸时，我们发现它降低了 TyrRS 的水平，TyrRS 是一种激活酪氨酸制造蛋白质而不会对身体造成损害的酶。
令人惊讶的是，添加 D-酪氨酸不仅导致 TyrRS 水平下降，而且还杀死了神经元。
当我们观察阿尔茨海默病患者的大脑时，发现酪氨酸水平升高，我们还发现 TyrRS 酶水平下降。 我们的假设是，随着大脑中酪氨酸水平的增加，TyrRS 酶的水平会下降，并对阿尔茨海默病患者的大脑造成损害。
这些发现表明 TyrRS 在认知和记忆必需的蛋白质合成中可能发挥潜在的重要作用。
葡萄、花生和阿尔茨海默氏症
这些发现对研究具有重要意义白藜芦醇，一种在红酒中发现的化合物，研究人员一直在研究其潜在的健康益处。 尽管一些临床试验发现白藜芦醇可以改善阿尔茨海默病患者的认知功能，其他人发现它有相反的效果并使病情更加严重。
为什么白藜芦醇会产生如此不同的效果仍然是一个科学谜团。
白藜芦醇有两种形式，顺式白藜芦醇和反式白藜芦醇。 这“cis-”和“trans-”前缀与 L- 和 D- 非常相似，描述了两种异构体中的相同原子如何在空间中以不同方式排列。
我和我的同事发现，因为两种形式的白藜芦醇以不同方式与 TyrRS 结合，它们可以导致对神经元产生相反的作用。 虽然顺式白藜芦醇能够增加培养皿中大鼠神经元的 TyrRS 水平，但高浓度的反式白藜芦醇会耗尽 TyrRS 并造成神经损伤。
然而，低浓度的反式白藜芦醇可以转化为顺式白藜芦醇在身体里。 这一结果导致 TyrRS 水平提高及其相关益处。
我们假设许多白藜芦醇的临床试验都失败了，因为没有单独测试顺式白藜芦醇。 我们认为，这也可以解释为什么使用高剂量反式白藜芦醇的试验会产生有害影响，而使用低剂量反式白藜芦醇然后在体内转化为顺式白藜芦醇的试验却会产生有益效果。
除了单个原子和分子键之外，身体还关心它们在空间中的排列方式。 关注药物的不同形式可能有助于找到更有效的治疗方法。
