咖啡是一种受欢迎的饮品，源自咖啡属植物的加工果实。科学家们将咖啡的使用追溯至 15 世纪也门的苏菲派修道院，并强调了其在"药食同源"概念中的相关性，即食物兼具营养和药用功能。

全球咖啡产业持续表现出强劲增长，每年咖啡豆产量超过 1000 万公吨。商业咖啡种植主要涉及小粒咖啡（阿拉比卡）、大粒咖啡（利比里卡）和中粒咖啡（罗布斯塔）。阿拉比卡约占全球市场份额的 70%，主要因其苦味较低且具有复杂的芳香特征。

多项研究将咖啡描述为一种化学结构复杂、富含生物活性化合物的饮料。生（未烘焙的）咖啡豆主要含有碳水化合物、脂质和蛋白质。此外，还含有少量含氮化合物、矿物质和酸酯类物质。

咖啡豆的烘焙过程也会通过美拉德反应和热解作用产生几种化合物，例如类黑精。例如，烘焙后碳水化合物和含氮化合物的含量会减少，而脂质含量会增加。值得注意的是，烘焙过程中形成的类黑精可占烘焙豆质量的四分之一，这反映了广泛的化学转化。

科学家们将咖啡中的生物活性化合物大致分为四大类，即生物碱（如咖啡因、葫芦巴碱）、多酚（如绿原酸）、二萜（如咖啡醇）和美拉德反应产物（类黑精）。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，理解这些网络层面的相互作用至关重要，因为只关注单一化合物并不能准确反映咖啡在实际饮用条件下的行为方式。

下文描述了咖啡中生物活性化合物的相关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，主要通过肝脏中的 P450 1A2（CYP1A2）进行代谢。这种生物碱的生理功能主要源于其对腺苷A~1~/A~2A~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，咖啡因可作为低亲和力的苯二氮䓬位点拮抗剂，作用于γ-氨基丁酸A型（GABA_A）受体，这在降低癫痫发作阈值方面起着关键作用。

分子研究已证明咖啡因具有神经保护作用。它作为一种中枢神经系统（CNS）兴奋剂，可能通过拮抗腺苷A2A受体（A2AR）来增强认知功能并降低帕金森病（PD）的风险。然而，增加咖啡因摄入量可能会增加睡眠障碍和焦虑。

多项研究已证明咖啡因具有抗炎、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证据，表明含咖啡因的咖啡（而非脱因咖啡）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已证明葫芦巴碱通过包括减轻氧化应激、抑制乙酰胆碱和抑制神经炎症在内的机制，对神经退行性疾病（如 AD、PD 和抑郁症）具有潜在益处。

多酚：

绿原酸（CGAs）是羟基肉桂酸衍生物，是咖啡中发现的最丰富的多酚。这些多酚是咖啡具有抗氧化和代谢调节特性的关键贡献者。从机制上讲，5-O-咖啡酰奎尼酸（5-CQA，一种含量丰富的CGA）可激活核因子E2相关因子2（Nrf2）通路以抑制氧化应激，并抑制α-葡萄糖苷酶以调节餐后血糖。

一份典型的咖啡饮品约含 27 至 121 毫克绿原酸。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，浅度烘焙保留的绿原酸远多于深度烘焙。

二萜：

咖啡醇和咖啡白酯是呋喃二萜，在咖啡油中含量丰富。它们的生理效应在很大程度上取决于冲泡方法。例如，纸质过滤法会去除大量的二萜类化合物，而未过滤的冲泡技术（如法压壶）则保留了全部含量。

二萜类化合物表现出矛盾的生物活性。它会引发低密度脂蛋白（LDL）胆固醇水平升高，可能增加心血管疾病的风险，同时也能诱导谷胱甘肽S-转移酶（GST）产生抗癌活性。二萜类化合物还具有保肝和抗炎特性。

美拉德反应产物：

在咖啡烘焙过程中，美拉德反应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和吡咯环的分子结构，这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，美拉德反应也会导致有害化合物的产生，例如丙烯酰胺（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，它具有神经毒性和致癌作用。

尽管丙烯酰胺水平是可测量的，但通常从咖啡中摄入的膳食量仍低于大多数监管机构的关注阈值。

咖啡含有多种化学化合物，它们协同作用、相互对抗或依次作用，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将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联系起来。

目前关于咖啡的药理学研究往往是零散的，侧重于单一成分而忽视了多种化合物之间的相互作用。这导致了三个主要的研究局限性：过度强调单一化合物而非多组分协同作用；对次要生物活性成分的研究有限；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，研究人员将能够阐明咖啡多靶点调控的生物学基础。这种综合方法将支持以更全面的视角看待咖啡作为一种功能性食品，并为其健康益处提供理论基础。

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