1、 营养基因组学 学科简介学科简介 营养基因组学是研究营养素和植物化学物质对机体基因的转录、翻译表达及代谢机理的科学。它以分子生物学技术为基础，应用DNA芯片、蛋白质组学等技术来阐明营养素与基因的相互作用。目前主要是研究营养素和食物化学物质在人体中的分子生物学过程以及产生的效应,对人体基因的转录、翻译表达以及代谢机制,其可能的应用范围包括营养素作用的分子机制、营养素的人体需要量、个体食谱的制定以及食品安全等,它强调对个体的作用。是继药物之后源于人类基因组计划的个体化治疗的第二次浪潮。营养基因组学所涉及的学科有营养学、分子生物学、基因组学、生物化学、生物信息学等,从这个层面上看,营养基因组学是基于
2、多学科的边缘学科。发展概念发展概念和过程和过程1953年年,Watson和和Crick发现了被称为发现了被称为“生命奥秘生命奥秘”的的DNA结构结构,DNA结构解释了遗传物质是如何复制和传递信息的。结构解释了遗传物质是如何复制和传递信息的。DNA这种优雅这种优雅神秘的双螺旋结构的发现神秘的双螺旋结构的发现,引发的革命震动了生物学界和医学界引发的革命震动了生物学界和医学界,标标志着分子生物学的开始。志着分子生物学的开始。1961年年,DNA中碱基对序列转录基因密码中碱基对序列转录基因密码的破译成功的破译成功,标志着基因时代的到来。以人类基因组标志着基因时代的到来。以人类基因组 “工作框架图工作框
3、架图”完成为标志完成为标志,生命科学已进入了后基因组时代。生命科学已进入了后基因组时代。美国科学家美国科学家Thomas Roderick(1986)提出了基因组学提出了基因组学(Genomics),主要内容包括主要内容包括以全基因组测序为目标的结构基因组学以全基因组测序为目标的结构基因组学(Structural genomics)和以基和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学因功能鉴定为目标的功能基因组学(Functional genomics)。随着基因组学研究的发展以及人类基因组计划的实施和完成随着基因组学研究的发展以及人类基因组计划的实施和完成,科科学界普遍认为学界普遍认为,这种让人困惑的
4、现象很可能都是由个体间的基因差这种让人困惑的现象很可能都是由个体间的基因差异造成的。借助各种不断发展的先进研究手段异造成的。借助各种不断发展的先进研究手段,已有不少科学家开已有不少科学家开始从理论和实践两方面更深入地认识基因与饮食间的相互影响始从理论和实践两方面更深入地认识基因与饮食间的相互影响,营营养学研究也由此迈入了一个崭新的时代养学研究也由此迈入了一个崭新的时代“基因时代基因时代”,一门以一门以专门研究人的饮食与其自身基因之间交互作用为目标的营养学研究专门研究人的饮食与其自身基因之间交互作用为目标的营养学研究领域内的新兴学科领域内的新兴学科营养基因组学也逐渐引起人们的兴趣。营养营养基因组
5、学也逐渐引起人们的兴趣。营养基因组基因组(Nutrigenomics)是是2000年提出的一种新的营养学理论年提出的一种新的营养学理论,是继是继药物之后源于人类基因组计划的个体化治疗的第二次浪潮。营养基药物之后源于人类基因组计划的个体化治疗的第二次浪潮。营养基因组学所涉及的学科有营养学、分子生物学、基因组学、生物化学、因组学所涉及的学科有营养学、分子生物学、基因组学、生物化学、生物信息学等生物信息学等,从这个层面上看从这个层面上看,营养基因组学是基于多学科的边缘营养基因组学是基于多学科的边缘学科。学科。一个代表着营养学和基因组学相结合的新学科名词一个代表着营养学和基因组学相结合的新学科名词“营
6、养基因营养基因组学组学”开始为人所知。开始为人所知。20022002年初，第一届国际营养基因组学会议在年初，第一届国际营养基因组学会议在荷兰召开，突出地显示了基因因素目前已经成为营养学研究中不可荷兰召开，突出地显示了基因因素目前已经成为营养学研究中不可忽略的一个重要组成部分。忽略的一个重要组成部分。但是，目前国际上对营养基因组学还没有一个明确的定义。有但是，目前国际上对营养基因组学还没有一个明确的定义。有些专家认为营养基因组学不应被视为营养学的一个分支，是一种边些专家认为营养基因组学不应被视为营养学的一个分支，是一种边缘学科。这个词涵盖着营养学的全部，是增添了新的内涵的未来的缘学科。这个词涵盖
7、着营养学的全部，是增添了新的内涵的未来的营养学。营养基因组学将触及营养学研究的各个领域，其与传统意营养学。营养基因组学将触及营养学研究的各个领域，其与传统意义上的营养学的区别在于，其研究将充分结合和利用日益扩增的基义上的营养学的区别在于，其研究将充分结合和利用日益扩增的基因学领域的知识和技术。营养基因组学的一个显著特征是一系列能因学领域的知识和技术。营养基因组学的一个显著特征是一系列能够监测极大数目的分子表达、基因变异等的基因组技术和生物信息够监测极大数目的分子表达、基因变异等的基因组技术和生物信息学在营养学研究中的广泛应用。学在营养学研究中的广泛应用。可以说，没有这些功能强大的可以说，没有这
8、些功能强大的“全局性（全局性（global）”的生物检测的生物检测技术以及结合了最先进的计算机技术的生物统计、大规模的数据技术以及结合了最先进的计算机技术的生物统计、大规模的数据处理等信息学方法的支持，营养基因组学就不能在真正意义上成处理等信息学方法的支持，营养基因组学就不能在真正意义上成为一门学科。为一门学科。营养基因组学研究将关注整个机体、整个系统或整个生物功营养基因组学研究将关注整个机体、整个系统或整个生物功能分子水平上的通路的轮廓（能分子水平上的通路的轮廓（profile）变化，而非单个或几个孤）变化，而非单个或几个孤立生物学标志物的改变。简单地讲，营养基因组学将主要研究在立生物学标志
9、物的改变。简单地讲，营养基因组学将主要研究在分子水平上及人群水平上膳食营养与基因的交互作用及其对人类分子水平上及人群水平上膳食营养与基因的交互作用及其对人类健康的影响；并将致力于建立基于个体基因组结构特征上的膳食健康的影响；并将致力于建立基于个体基因组结构特征上的膳食干预方法和营养保健手段，提出更具个性化的营养政策，从而使干预方法和营养保健手段，提出更具个性化的营养政策，从而使得营养学研究的成果能够更有效的应用于疾病的预防，达到促进得营养学研究的成果能够更有效的应用于疾病的预防，达到促进人类健康的目的。人类健康的目的。研究内容研究内容 主要研究内容包括以下方面：了解食物活性成分如何直接或间主要
10、研究内容包括以下方面：了解食物活性成分如何直接或间接地影响人体内基因组结构的变化接地影响人体内基因组结构的变化;探讨膳食因子可营养素对人体探讨膳食因子可营养素对人体基因组产生的影响基因组产生的影响;探讨哪些慢性或遗传性疾病容易受到膳食因子探讨哪些慢性或遗传性疾病容易受到膳食因子的影响的影响;依据人体基因多态性的差异依据人体基因多态性的差异,探讨健康人体和疾病患者对不探讨健康人体和疾病患者对不同膳食因子敏感性的差异同膳食因子敏感性的差异;根据不同人对营养需求、状态及其自身根据不同人对营养需求、状态及其自身基因多态性的差异来设计个性化膳食基因多态性的差异来设计个性化膳食,藉此达到预防慢性疾病的发藉
11、此达到预防慢性疾病的发生。生。许多营养素通过转录系统选择性的改变基因表达许多营养素通过转录系统选择性的改变基因表达,调节调节不同组织、不同环境条件下特定基因组的活性。营养成分不同组织、不同环境条件下特定基因组的活性。营养成分如氨基酸、脂肪酸和糖等如氨基酸、脂肪酸和糖等,都会影响基因的表达都会影响基因的表达,其作用方其作用方式可以是通过控制基因构型或通过代谢产物或代谢状态式可以是通过控制基因构型或通过代谢产物或代谢状态(如如激素状况、细胞氧化还原状况等等激素状况、细胞氧化还原状况等等),继而导致继而导致mRNA水平和水平和(或或)蛋白质水平甚至其功能的改变。因此蛋白质水平甚至其功能的改变。因此,
12、在营养研究中在营养研究中,基基因组学和蛋白质组学利用细胞培养、动物和人类寻找和鉴因组学和蛋白质组学利用细胞培养、动物和人类寻找和鉴定对某些营养素、药物或食物有良好反应的特殊标志物。定对某些营养素、药物或食物有良好反应的特殊标志物。同时同时,Jim和和Rodriguez认为认为,在进行营养基因组学研究时在进行营养基因组学研究时,应注应注意以下意以下5个方面：产生适当的代谢反应需要多少营养素个方面：产生适当的代谢反应需要多少营养素,特别是需要特别是需要多少宏量营养素多少宏量营养素;对于遗传背景不同的人对于遗传背景不同的人,在复杂的膳食成分下如何在复杂的膳食成分下如何获得适量的营养素获得适量的营养素
13、;如何将膳食成分同机体代谢的精细和长期调控如何将膳食成分同机体代谢的精细和长期调控联系起来联系起来;在现有的分子和基因组技术条件下在现有的分子和基因组技术条件下,如何获得不同人自出如何获得不同人自出生到死亡期间的营养需要的变化量生到死亡期间的营养需要的变化量;如何确保以一种对社会负责的如何确保以一种对社会负责的态度正确利用基因组学信息态度正确利用基因组学信息,特别是当它与健康状况不同的人群特别是当它与健康状况不同的人群,如如不同种族、贫富不一和未投保的人。不同种族、贫富不一和未投保的人。重要地位重要地位 营养学是研究人体营养规律及其改善措施的科学。人们在很早以前就开始了营养学的研究,如我国的医
14、学古籍黄帝内经素问中就提出了“五谷为养、五果为助、五畜为益、五菜为充”等朴素的合理营养概念。而西方的医学始祖希波克拉底在公元前400年前也提出了食品中的特殊成分对于维持生命是必不可少的。但真正意义上的营养学诞生却是在发现了构成人体重要物质的18世纪后期,从1900年至今,营养学研究不断深入,已经历了3个阶段。二战后,营养学进入了基于实验科学技术的鼎盛时期。20世纪后半叶世纪后半叶,人类进入了细胞时代人类进入了细胞时代,主要研究营养素在体内代主要研究营养素在体内代谢、生理功能及其对组织细胞的影响。而分子生物学划时代的到来谢、生理功能及其对组织细胞的影响。而分子生物学划时代的到来,为营养学向微观世
15、界发展、探索生命奥秘提供了理论基础。特别是为营养学向微观世界发展、探索生命奥秘提供了理论基础。特别是人类及模式生物的基因组草图、基因组序列图相继绘制完成人类及模式生物的基因组草图、基因组序列图相继绘制完成,为人为人类阐明基因组及所有基因的结构与功能类阐明基因组及所有基因的结构与功能,揭开生命奥秘奠定了基础。揭开生命奥秘奠定了基础。营养科学也由营养素对单个基因表达及其作用的分析营养科学也由营养素对单个基因表达及其作用的分析,开始朝着基开始朝着基因组及其表达产物在代谢调节中的作用方向发展。在此背景下因组及其表达产物在代谢调节中的作用方向发展。在此背景下,营营养基因组学养基因组学(Nutrition
16、al genomics,有时也称为有时也称为Nutrigenomics)应运应运而生而生,并迅速成为营养学研究的新前沿。并迅速成为营养学研究的新前沿。2002年年2月和月和2003年年11月月,在荷兰先后召开了第一届和第二届国际营养基因组会议在荷兰先后召开了第一届和第二届国际营养基因组会议,凸现了营凸现了营养基因组学研究的重要性。养基因组学研究的重要性。应用领域 营养基因组学的一个重要的应用领域是促进保健食品营养基因组学的一个重要的应用领域是促进保健食品的开发应用。的开发应用。首先，基因组学的发展将提高运用基因工程方法，如DNA重组技术对食品尤其是植物性食品的改造能力。某些具有预防疾病作用的生
17、物活性组分在天然食物中的含量很低。经基因修饰的食物往往可以大幅度提高这些组分的含量。例如，西红柿的番茄红素（lycopene）是一种较强的抗氧化剂，可以抑制活性氧引起的脂质过氧化、DNA损伤及肝坏死。因此，番茄红素可能具有预防肿瘤的作用，特别可能预防前列腺癌。但是，仅仅从膳食中摄入的番茄红素的量可能不足以产生这种预防肿瘤的作用。一个有效的办法是利用基因工程的方法提高西红柿中番茄红素的含量。无疑，对基因组知识的迅速增加将大大提高我们对食物的改造能力。此外，基因组技术的应用将促进食物中具有保健作用的生此外，基因组技术的应用将促进食物中具有保健作用的生物活性成份的筛选。物活性成份的筛选。目前已有多个
18、利用功能性基因组学技术对食物中活性组分进行筛选，从而应用于疾病预防的项目在不同的国家启动。其中的一个例子是欧共体资助的筛选针对结直肠肿瘤的功能性食品项目。在这项研究中，采用了多种功能性基因组技术用于检测与结直肠肿瘤发生有关的基因，例如可以测定几乎所有蛋白质表达的蛋白组技术。高效的基因组技术使研究者能有效地发现那些既能受食物中生物活性组分调控的，又在疾病病理过程扮演重要角色的新的生物学标志物。这些分子水平的生物学标志物比传统上使用的生化学标志物具有更灵敏、更特异的优点。这一特点对于保健食品的研究尤为重要。因为保健食品不同于药物，食物中生物活性物质对机体的影响往往较微弱。因而采用传统的生化指标可能
19、不能反映出这种微弱的改变。为健康食品验明正身的基因学研究为健康食品验明正身的基因学研究 揭示营养素的作用机制或毒性作用揭示营养素的作用机制或毒性作用。通过基因表达的变化可以研究能量限制、微量营养素缺乏、糖代谢等问题；应用分子生物学技术，能够测定单一营养素对某种细胞或组织基因表达谱的影响；采用基因组学技术，可以检测营养素对整个细胞、组织或系统及作用通路上所有已知和未知分子的影响。因此，这种高通量、大规模的检测无疑将使学者能够真正了解营养素的作用机制。此外，基因组学技术也将为饲料安全性评价、病原菌检测、掺杂及使伪甄别提供强有力的手段。食物中含有丰富的某种营养素是否真的能预防癌症？美国政府将招募32
20、000名中年人进行一项研究探讨硒元素或维他命E是否真的预防前列腺癌。由于有些基因学研究指出某些营养素可能对某个人有益，但是对别人可能就不是那么回事。因此美国国家癌症研究院的John Milner博士表示：“未来将是针对个人营养量身定做的时代，这个营养基因组学将会是令人相当兴奋的新科学。”Milner博士表示有35%的癌症跟饮食习惯有关，不过这并不代表偶尔吃个汉堡或油炸圈饼就会下场凄惨。但是也确实有许多研究指出多吃植物性食物、蔬菜、水果得到癌症的机率会比较低。为了确定这些食物与人体健康之间的关系，科学家决定针对许多被认为有益身体健康的营养素进行基因方面的研究。首先名列美国联邦政府研究名单首要目标
21、的就是硒元素。之前已经有研究指出每天吃200毫克的硒，大约是国际标准的2倍，可以降低罹患前列腺癌、肺癌、结肠直肠癌的机率。茄红素也是另一个研究目标，曾经有研究指出它可以降低罹患前列腺癌的机率达35%，因此NCI的研究人员已经开始着手进行小型临床研究，试着找出它的安全剂量以及观察它是否能帮助前列腺癌患者对抗癌细胞。此外被认为能奖励女性罹患乳癌机率的大豆也是该研究的重点项目之一，Milner博士预测：“在未来5年内，我们将会得到许多关于基因如何影响个人对不同食物所产生的反应的资料。”不过这项研究可能会耗费数年之久，因此美国癌症协会的建议是多吃各类的食物，包括每天至少5份的蔬果并且减肥。营养基因组学
22、：人类健康的营养基因组学：人类健康的新新“钥匙钥匙”人类基因与食物营养作用人类基因与食物营养作用 今后可今后可看基因定食谱看基因定食谱 个性营养成为可能。目前的营养需要量均系针对群体而言，而未能考虑个体之间的基因差异。如人的基因上约有140200万个单核苷酸多态性（SNPs），其中6万多个存在于外显子中，这可能是人体对营养素需求及产生反应差异的重要分子基础。因此，未来将有可能应用基因组学技术阐明与营养有关的SNPs，并用来研究动物对营养素需求的个体差异，通过基因组成以及代谢型的鉴定，确定个体的营养需要量，使个体营养成为可能，即根据动物的遗传潜力进行个体饲养，这就是“基因饲养”。此外，应用基因组
23、技术也将有助于开发出针对一些针对性强、功效明显的动物源性功能食品。某种特定的食物不见得对每个人都“有好处”或“有坏处”，自身的DNA也并非一定就能决定你的健康，关键是看它们二者如何相互作用 据新闻周刊近期封面文章报道，在展望未来的医学发展状况时，美国塔夫茨大学营养学与基因组学实验室主任琼斯欧德沃斯的观点，对那些只能花4美元买杯石榴汁的人而言或许不失为一个好消息。在欧德沃斯看来，那种常常被称作“时尚”的、大范围向所有人提供同一饮食建议的时代可能即将结束。由于基因的差异，每个人对某种食物的反应是不一样的，这就会造成人们吃同一种食物但出现的后果却可能有很大差别。基于此，对于那些只能买石榴汁喝的人来说
24、，只要其基因能充分利用这一饮料中的营养物质，就可能使他们足以保持一个健康的体魄。看基因“下菜单”为时不远 红酒或许有助于一些人软化血管，但它不见得就是能让人人受益的佳酿换而言之，即便是一些常常饮用红酒的法国人，有时也会受到心脏病的困扰。心脏病专家常常例行公事般地建议人们食用低盐食物以控制血压。但事实证明这一建议对于一半的人群并不适用。而即便这种做法没有效果，它也不会对人体造成危害，所以医生们仍是乐此不疲地重复着这一建议。但是，美国波士顿大学的维克多利亚海里拉教授却对此颇有微词。他认为告诉病人毫无效果的做法，对医生来说无异于撒谎；人类社会现在需要的是在基因型（genotype）基础上做出的诊断。
25、海里拉教授的想法并非天方夜谭。根据营养学家和基因学家的研究状况，在今后10年，医生将可以做到根据病人的基因档案来判定他们具有罹患某种疾病的风险，并为他们制定相应的营养健康计划。有的人会被建议多吃花椰菜，有的人则可能会被给予其他的忠告。营养基因组学在5年前几乎还是一个不存在的领域。它的出现，并不意味着要完全推翻一个世纪以来人类社会提供饮食建议的价值，而是要帮助人们从最基本的层面了解健康是如何被基因和营养物质的相互作用所决定的。过去，人们关于健康的概念模式是一种“单车道”，即某种“坏”食品会让你得心脏病或癌症、而某种“好”基因的介入则会保护你。然而，新的研究发现，食物与基因之间会发生持续的相互作用
26、；在这个过程中，有些食物会加速有害基因的活动，而另外一些食物则趋向于抑制它们。此外，个体对于高脂肪或低脂肪的食物、酒、盐甚至运动的反应都会有很大的差异。这就解释了为什么有的人比别人更能适应在大清早去挤车上班，为什么生活在美国西南部地区印第安部族的比马人得型糖尿病的概率是美国白人的8倍。根据营养基因组学的理论，未来人们在饮食方面应该检测自己的基因，以选择适宜自己的食物。营养基因反应图谱已现雏形 营养基因组学模式的建立，是基于药物与基因相互作用的研究工作。实验人员正在揭示这样一个神秘的现象：为什么同样的一种药对某个人而言是生命救星但在另外一个人身上则会产生致命的反应？而第三个人在服用后却根本看不出
27、任何效果？举例来说，一些抗抑郁症的药物为什么会对三分之一的患者不起效？最近，美国杜克大学的研究人员发现，一些人患抑郁症是因为体内的某种基因变异，而这些基因的变异会通过某种方式大大降低血液中复合胺的含量（大约减少80%）；复合胺的不足会导致情绪抑郁，而且会使这类患者对抗抑郁药产生抵抗力。但是通常情况下，基因与食物间的相互反应要复杂得多。美国疾病控制与预防中心基因学与疾病预防办公室主任米恩考雷利博士对此做了分析。他指出，一般而言，人们服用某种药物后会间隔一段时间，如果他被发现因为携带某种变异基因而产生不良反应，那就可以放弃该药或者改变剂量。但是，人们一生都在吃饭，且无需按照“处方”进食，大量的营养
28、物质会进入人体。而新陈代谢包含着按照多种方式进行的不计其数的基因反应。根据目前的了解，至少150种基因变异会增加患型糖尿病的概率，300种甚至更多种的基因变异与肥胖有关。塔夫茨大学营养学与基因组学实验室主任琼斯欧德沃斯将这种情况与电器控制板做了一番比较。他说，人们对于某种电器的开关往往能进行自如地掌控，“但是，在一些人身上，即便你摁了开关，仍看不到灯亮，因为有一些别的我们并不了解的开关可能在起相反的作用”。关于新陈代谢中的基因反应，研究人员可能要花费多年才能绘制出一个清晰的“线路图”。但是，这并不能阻止用个性化营养配方来治疗疾病从骨髓疏松症到强迫性神经官能症这一新型产业的发展。事实上，营养与基
29、因反应图谱已经在一些方面显出雏形。比如，绿茶所包含的强有力的抗氧化剂被认为有助于减少心脏病和某些癌症的发作，但只有一部分妇女在饮用绿茶后表现出了减少乳腺癌发病的效果。美国南加州大学的一项研究发现，造成上述结果的一个重要原因与人体内的某一基因有关，该基因产生的甲基转移酶（COMT）会降低抑癌成分的功效；而那些体内该基因出现变异的妇女，则会减少COMT酶的形成，从而能在饮用绿茶后受益匪浅。借食疗改善“问题基因”关于营养与基因反应的一项更为详细的研究，涉及人们常说的期酶和期酶。这项研究的目的是清除人体内的一些特定毒素，如在烤焦的肉皮外表形成的有强致癌性的杂环胺，常常会被人们食用烤肉时一同进入体内。事
30、实上，这种胺并非与生俱来地带有“毒性”，只有在期酶开始代谢它们而期酶尚未完成这一工作时，杂环胺才会有危害性。所以，保持期酶和期酶的平衡显然至关重要。但是研究发现，一些人具有的一种变异基因能加速体内期酶的生成，从而使得致癌物的形成速度要快于期酶对它们的清除速度。调查表明，具有这种变异基因的人在美国白人中占28，在非洲裔或西班牙裔美国人中约占40，在日裔美国人中则接近70，这种状况在现实生活中明显表现为胃癌的发病率在上述三种人种中明显递增。值得高兴的是，研究人员已经找到了平衡两种酶的办法：大蒜含有的营养物质能够减少期酶，而花椰菜中的一种物质则可以提高期酶的水平。美国加州大学营养基因学优化中心负责人
31、雷蒙德罗德里格兹正在领导一项全新的研究工作，那就是从基因的角度探索饮食对人体健康的影响。其中最受关注的个案是对一个能产生阿朴脂蛋白（APO-E）的基因进行深入研究。人类已经发现，APO-E对于调节胆固醇起着重要作用。与APO-E关系密切的这个基因有三个变异，分别被标识为E2、E3、E4。其中，E4的危害性最高，估计全世界共有15到30的人含有这个变异基因。它会增加患糖尿病的风险，会使胆固醇水平升高，会使原本有积极意义的适度饮酒产生严重后果，会大幅“扩大”吸烟的危害性。塔夫茨大学营养学与基因组学实验室主任琼斯欧德沃斯对这一研究结果深表认同。他说：“吸烟的确对人有害；但对那些有E4变异基因的人而言
32、，香烟简直就是杀手。我们讨论的不是可能不可能的问题，这种人吸烟肯定会得心脏病。”他建议有E4变异基因的人应该禁烟禁酒、参加运动、食用低饱和脂肪食物，如果能做到这些，他们同样也能够远离与E4关系甚密的心脏病的困扰。在营养基因学领域，另外一种目前被广泛研究的物质是姜黄素。姜黄素是咖喱粉的重要成分，能够使那些与心脏病、结肠癌、老年痴呆症相关的基因的活动减缓。印度是全世界老年痴呆症发病率最低的国家，不知与印度人长期食用咖喱是否有关？当加利福尼亚大学洛杉矶分校的神经病学专家格雷格科尔夫妇提出这一问题后，他们从一些制药厂听到了充满紧张气氛的质疑：“你们想干什么？想让我们倒闭吗？”当然不是！不仅如此，基因营
33、养学的研究，将通过揭示人体饮食治疗疾病的秘密，为制药公司创造更多的机会，帮助它们在分离、浓缩、合成等环节不断改善产品的成分，使之更加天然这也正是医药界多年来一直追求的目标。叶酸大量摄入可能影响人类基因构叶酸大量摄入可能影响人类基因构成成 英国和澳大利亚的科学家发表文章称，目前各国普遍在食品中添加叶酸的做法，可能会逐渐改变人类的基因构成，使未来人类更易罹患一些致命疾病。叶酸是一种水溶性族维生素，对人体多项新陈代谢过程都至关重要。很多国家法律规定，必须在面粉和谷物产品中添加叶酸。这样做，可以保证孕妇在妊娠早期摄入足够的叶酸，降低胎儿大脑和脊椎发育畸形的可能。但是，澳大利亚纽卡斯尔大学的马克卢科克和
34、英国利兹大学的佐薇耶茨在最新一期自然基因学评论上撰文说，在食品中添加叶酸的做法，使大众叶酸摄入量普遍提高，可能会使人类整体基因构成逐渐发生改变。他们指出，有一些小型研究表明，与母亲摄入叶酸不足的婴儿相比，母亲饮食中叶酸丰富的婴儿体内一种名为 的基因更容易出现变异，该基因与体内维生素的新陈代谢相关。两位科学家在文章中指出，由于越来越多的孕妇摄入过量或者足量的叶酸，因此未来人口中 基因出现变异的比例会越来越大。然而，数项研究证明，这种变异会使成年人罹患心脏病、多种癌症和妊娠合并症的可能性增加。他们也指出，就目前而言，叶酸对人体健康的益处要大于未来的风险。但是，如果叶酸过量摄入的风险逐渐显现，各国政
35、府就应该考虑减少食品中叶酸的添加量。科学界对这项假设看法不一，一些人认为，该理论尚未得到足够的证据支持，需要进一步的研究。而另一些专家认为，叶酸对人类基因构成的改变非常缓慢，几乎不可能被察觉，因此不会构成任何威胁。叶酸是维生素B的一种形式，在多项新陈代谢过程中扮演关键角色。在有些国家叶酸被强制要求加到谷物中，以确保孕妇的足量摄入，减少婴儿出生时大脑和脊椎的缺陷。但是，最近澳大利亚和英国科学家共同提出一个新观点，他们认为食用过多的叶酸强化食品会导致下一代更容易受到致命疾病的侵害，因为叶酸强化食品可能改变人类的基因组成。叶酸摄入过多的孕妇产下的婴儿易携带一种名为677TMTHFR的基因，正常出生的
36、婴儿比夭折的婴儿多携带4倍这种基因。如果母亲摄入足量的叶酸，婴儿更容易存活。如今，由于叶酸强化食品的普及，携带这种基因变量的婴儿数量在增加。有科学家认为，这种基因的改变长时间而言对健康的影响是负面的，它可能增加成人患心脏病、癌症和怀孕综合征的风险。但也有研究表明，当人们的饮食缺乏叶酸时，这种疾病的风险也普遍存在。科学家也不明白其中的道理。虽然没有确凿证据表明叶酸危害健康，但澳英两国的科学家还是提出警告：人为地摄入大量维生素可能会改变未来人类的基因组成，如果将来出于某种原因导致维生素供量难以维持，人类可能因此产生多种疾病。他们同时也表示，相信强化叶酸食品对孕妇来说好处超过未来的风险，但是在风险没
37、被明确之前，建议政府应该考虑降低推荐食品中的叶酸含量，应从每日的400毫克降低到200毫克。饮食、生活和爱改变我们的基因表达饮食、生活和爱改变我们的基因表达 加拿大的研究人员发现老鼠妈妈拒绝它的鼠崽舔她，会引起一种损害鼠崽成年后对压力的反应能力的大脑变化。而英国的研究人员则发现怀孕的妈妈如果在妊娠期缺乏饮食会增加她的后代在出生后发生糖尿病、中风和心脏病的风险 这些令人惊奇的科学发现揭示出了表观遗传学的新领域在这其中，单独的营养物、毒素、行为和任何类型的环境接触都能沉默或活化基因，但不改变它的遗传代码。环境接触会引发身体或大脑中的一种化学变化，从而调动一组称为甲基基团的分子。甲基基团附着到一个基
38、因的控制片段上，并沉默或者活化这个基因。无论沉默还是活化，基因都会改变它原来的活动规划。杜克大学的研究人员将甲基化比作在一个灯开关上涂上胶：虽然开关没有烂掉，但胶水却阻止了它的工作。现在，研究人员已经不再争论基因或者环境是否对人类的健康和发育产生影响了，因为两者影响是必定存在的。杜克大学的Randy Jirtle博士是即将召开的表观遗传学会议的召集人，他表示，每种营养物质、每个相互反应、每个经历都能引起自身的生化变化，这些变化最终影响我们基因的表达。研究资料显示，这种隐秘的变化常发生在胚胎或胎儿发育阶段，但是它们却偷偷为成年后对一系列疾病和行为反应的感受性奠定了基础。而且，表观遗传变化还能从上
39、代传递给下一代。所幸的是，与缺陷基因不同，这种基因的甲基化作用是可逆的被甲基化的基因能够脱掉甲基。而且，消除的甲基标签能够通过营养物质、药物和丰富的人生经历来重新获得。表达减少了表达减少了75,其中高表达的主要与其中高表达的主要与DNA损伤损伤,氧化诱导、细胞氧化诱导、细胞增殖等基因有关增殖等基因有关;表达减少的主要有谷胱甘肽过氧化物酶、表达减少的主要有谷胱甘肽过氧化物酶、P4503AI、2B9等等,结果表明硒含量可能调节与肿瘤形成有关的多个结果表明硒含量可能调节与肿瘤形成有关的多个途途 径。径。Lyakhovieh等检测了经等检测了经1,25-维生素维生素D 处理过的乳腺癌细胞处理过的乳腺癌
40、细胞的的FGF-7表达表达,首次揭示了维生素首次揭示了维生素D可能过通调节可能过通调节FGF-7的表达调节的表达调节细胞的生长分化。细胞的生长分化。蛋白质组学技术蛋白质组学技术 2.3.1 双向凝胶电泳 其基本原理是第一向基于蛋白质等电点的不同用等电聚焦分离,第二向基于分子量的不同进行SDS-PAGE分离,使蛋白质在二维平面上分开。翻译后修饰和加工对蛋白质正常生理功能是必需的,它们的变化往往与疾病有关。双向凝胶电泳中发现的蛋白拖曳现象很可能使蛋白的不同翻译后修饰产物所造成的拖曳图像的变化对营养素的研究提供了帮助。人们在对大肠杆菌的研究中发现碳氮磷及硫等元素缺乏会导致的细胞内蛋白质图谱变化,而当
41、磷不足时,发现有137个蛋白质的合成速率下降,其中大部分表现为诱导合成,其他则被抑制。2.3.2 质谱分析技术 质谱已成为连接蛋白质与基因的重要技术,是大规模自动化鉴定蛋白质的重要方法,因为蛋白质的酶解是有规律可寻的,每种蛋白酶针对特定蛋白的酶解的片断质量和数量都较恒定。质谱分析能精确地检测某种蛋白质经特定酶解后的质量和数量,与已建立好的蛋白数据库对照从而确定该蛋白的种属。其优点是对待测检验物纯度要求不高,可直接对酶解液进行分析,具有灵敏度高速度快等特点。用来分析蛋白质或多肽的质谱有两个主要部分：样品的离子源;测量分子量的装置。一种是基质辅助激光解吸附电离飞行时间质谱(MALDI-TOF)为一
42、脉冲式的离子化技术,它从固相标本中产生离子,并在飞行管中测其分子量。另一种是电喷雾质谱(ESI-MS),是一连续离子化的方法,从液相中产生离子,联合四极质谱或在飞行时间检测器中测其分子量。近年来,质谱的装置和技术有了长足的进展,在MALDI-TOF中,最重要的改进是离子反射器的延迟提取,可达相当精确的分子量。在ESI-MS中,纳米级电雾源的出现使微升级的样品在3040 min内分析成为现实。学科展望学科展望 目前,营养基因组学的研究正在不断的发展,科学家们越来越不倾向于从性质或营养作用方面找答案,而是倾向于研究以营养基因组学为基础的系统生物学的相互影响以促进健康。我们相信,随着有关各种族基因特
43、点的巨大资料库的建立和记录人类基因组信息的人类基因组芯片的出现,不仅为科学家和医生们进行疾病研究而且也为促进人类健康的基因营养提供依据,并将为营养基因学开拓更加广阔的应用前景。有专家预测有专家预测,营养基因组学将会是继药物基因组学之后让世营养基因组学将会是继药物基因组学之后让世人瞩目的新的焦点学科。它不仅有助于人们更好地理解个体由于人瞩目的新的焦点学科。它不仅有助于人们更好地理解个体由于基因差异而对各种食物成分以及饮食方式所产生的不同反应基因差异而对各种食物成分以及饮食方式所产生的不同反应,而而且相关的营养基因组数据也会为特定人群研制有效的食疗方案打且相关的营养基因组数据也会为特定人群研制有效
44、的食疗方案打下扎实的基础。营养基因组学的未来发展有望像药物基因组学打下扎实的基础。营养基因组学的未来发展有望像药物基因组学打造造“个性化药物个性化药物”那样那样,为人们量身定做出能满足个体需求的为人们量身定做出能满足个体需求的“个性化食品个性化食品”。在揭示人类遗传密码顺序的人类基因组图谱绘。在揭示人类遗传密码顺序的人类基因组图谱绘制成功之后制成功之后,一项以基因组为基础的营养学研究将给疾病治疗带一项以基因组为基础的营养学研究将给疾病治疗带来一场革命。那时来一场革命。那时,人们可以根据各自的基因图谱制定一份个性人们可以根据各自的基因图谱制定一份个性化的饮食方案化的饮食方案,以此防病治病。以此防病治病。
