從營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)看膳食與健康_諶小立_百度文庫(kù)

1、在人類(lèi)健康和疾病病理學(xué)發(fā)展早期,營(yíng)養(yǎng)對(duì)健康具 有重要作用,而在疾病病理學(xué)發(fā)展中后期則主要靠藥物 治療來(lái)恢復(fù)健康 1。所以膳食對(duì)人類(lèi)健康的作用更值得 關(guān)注。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展,生物活性膳食成分對(duì)健 康的影響研究也深入到基因水平,進(jìn)入了營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué) 階段,這有利于科學(xué)揭示膳食與健康的關(guān)系。營(yíng)養(yǎng)基因 組學(xué)是研究營(yíng)養(yǎng)素和植物化學(xué)成分對(duì)人體基因的轉(zhuǎn)錄、 翻譯表達(dá)的影響以及代謝機(jī)制的科學(xué)。它主要從分子水 平和人群水平研究膳食營(yíng)養(yǎng)與基因的相互作用及其對(duì)人 類(lèi)健康的影響。通過(guò)研究最終將建立基于個(gè)體基因組結(jié) 構(gòu)特征的膳食干預(yù)方法和營(yíng)養(yǎng)保健手段,提出更具個(gè)體 化的營(yíng)養(yǎng)策略 2,進(jìn)而從營(yíng)養(yǎng)學(xué)的角度而不是從藥物學(xué)的

2、角度,有效地預(yù)防疾病和促進(jìn)健康。1膳食與健康膳食對(duì)人類(lèi)健康非常重要,膳食的質(zhì)和量是人類(lèi)健康和疾病的一個(gè)關(guān)鍵決定因素 3。膳食中存在大量生物 活性成分,它們都能在一定程度上促進(jìn)健康。如表1所 示,大量生物活性膳食成分(尤其是蔬菜和水果中都 能預(yù)防癌癥和其它疾病的發(fā)生,促進(jìn)健康。如葉酸有助 于預(yù)防肝癌和心血管疾病(CVD等,白藜蘆醇有助于 防止乳腺癌,吲哚-3-甲醇能預(yù)防結(jié)腸癌 3,番茄紅素 能預(yù)防前列腺癌和乳腺癌等。從營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)看膳食與健康諶小立,趙國(guó)華(西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院, 重慶400716作者簡(jiǎn)介:諶小立(1983 ,男,重慶人,在讀碩士研究生,研究方向:食品科學(xué)。通訊作者:趙國(guó)華摘 要

3、 :本文從營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)的角度綜述了膳食與健康的關(guān)系。 許多生物活性膳食成分能通過(guò)影響基因表達(dá)來(lái) 脫毒, 預(yù)防炎癥、 慢性疾病和癌癥等, 極大地促進(jìn)人類(lèi)健康。 當(dāng)然, 營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)的發(fā)展還不成熟, 需要大力研究 來(lái)最終實(shí)現(xiàn)基于個(gè)體基因型的營(yíng)養(yǎng)策略, 從而用膳食調(diào)整來(lái)促進(jìn)居民健康。關(guān)鍵詞:膳食;健康;營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué);癌癥;基因 表 1膳食中大量存在的生物活性成分 4類(lèi)別生物活性成分膳食來(lái)源 類(lèi)別 生物活性成分 膳食來(lái)源 VD 乳制品 類(lèi)胡蘿卜素番茄紅素 番茄 葉酸蔬菜 葉黃素 深綠色蔬菜 維生素VA 蔬菜 -胡蘿卜素 橙黃色蔬菜 VE 植物油 異硫氰酸鹽類(lèi)異硫氰酸丙烯酯 卷心菜 VC 蔬菜、 水果

4、異硫氰酸芐酯 十字花科植物 鈣乳制品、 蔬菜 萊菔硫烷 花莖甘藍(lán) 礦物質(zhì)硒 谷物、 肉、 魚(yú) 吲哚類(lèi) 吲哚-3-甲醇 十字花科蔬菜 鋅 肉、 蔬菜 一帖類(lèi) D-檸檬烯 柑橘屬水果油 染料木黃酮 大豆、 豆制品 D-香芹酮 香菜籽油白藜蘆醇葡萄、 紅葡萄酒 酚酸類(lèi) 姜黃姜黃、 咖喱食品、 芥菜 黃酮類(lèi)槲皮素 蔬菜、 水果 咖啡酸 水果、 咖啡豆、 大豆紅橘素 柑橘屬水果阿魏酸水果、 大豆 兒茶素綠茶 葉原酸 水果、 咖啡豆、 大豆有機(jī)硫炳丙基硫 蔥屬蔬菜 葉綠素 葉綠素 綠色蔬菜 二烯丙基硫化物大蒜葉綠酸綠色蔬菜中 國(guó) 食 物 與 營(yíng) 養(yǎng) Food and Nutrition in ChinaN

5、o.6,20082008年第 6期2營(yíng)養(yǎng)與基因組研究2.1營(yíng)養(yǎng)素對(duì)基因組穩(wěn)定性的影響許多生物活性成分(如硒、鋅、砷、V A 、V B 6、VC12、葉酸、膽堿、多酚、染料木黃酮都會(huì)影響DNA 甲基化作用 5。一些生物活性成分影響DNA甲基化的 具體部位如表2,而這些基因編碼的改變都與腫瘤發(fā)生 有關(guān)。如,葉酸/甲基缺乏的膳食會(huì)影響p53基因編碼區(qū) 的甲基化狀態(tài),并進(jìn)而改變p53基因的轉(zhuǎn)錄,從而誘導(dǎo) 肝癌 6。原癌基因c-myc表達(dá)增加則會(huì)增加腫瘤的發(fā)生 率 3。鋅缺乏會(huì)減少對(duì)S-腺苷甲硫氨酸(SAM中的甲 基的利用,并導(dǎo)致大鼠肝中基因組DNA低甲基化 3。長(zhǎng) 期給予大鼠甲硫氨酸和膽堿缺乏的膳食導(dǎo)

6、致肝DNA整體 低甲基化和自發(fā)性腫瘤形成 5。表 2一些生物活性食品成分對(duì) DNA 甲基化的影響 6基因 甲基化改變 原因 部位 基因 甲基化改變 原因 部位 c-myc 低甲基化 膽堿缺乏 啟動(dòng)子 p53低甲基化 葉酸/甲基缺乏 編碼區(qū) c-myc 低甲基化 砷暴露 啟動(dòng)子 p53低甲基化 硒缺乏 啟動(dòng)子 c-myc 低甲基化 甲基缺乏 編碼區(qū) c-fos 低甲基化 甲基缺乏 編碼區(qū) P16INK4A 超甲基化 葉酸缺乏 啟動(dòng)子 c-Ha-ras 低甲基化 甲基缺乏 編碼區(qū) H-鈣粘蛋白 超甲基化 葉酸缺乏 5 序列 ER 超甲基化 纖維不足 啟動(dòng)子許多生物活性成分除了能夠影響DNA甲基化外

7、,還 能夠通過(guò)其它方式影響基因組穩(wěn)定性。VC和VE的缺乏 導(dǎo)致DNA氧化和染色體損傷。VC抑制鳥(niǎo)嘌呤核苷堿基 的氧化修飾。VE是有效的脂質(zhì)過(guò)氧化自由基清除劑, 抑制活性氧簇(R O S 導(dǎo)致D N A 單鏈斷裂。煙酸對(duì) DNA 修復(fù)起重要作用,對(duì)維持基因組完整性很關(guān)鍵。 VD能通過(guò)抑制脂質(zhì)體鐵離子依賴(lài)的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng), 防止DNA雙鏈斷裂。另外,VD的補(bǔ)充可減少二乙基亞 硝胺誘導(dǎo)的大鼠肝細(xì)胞染色體畸變 3。草莓類(lèi)植物成分 (如黃酮類(lèi)和花青素能預(yù)防致癌途徑中某些點(diǎn)的基因 組不穩(wěn)定性,是潛在的抗癌劑 7。2.2營(yíng)養(yǎng)素對(duì)基因表達(dá)的影響許多營(yíng)養(yǎng)素成分(如脂肪酸 8-9、蛋白質(zhì)、維生 素、黃酮類(lèi)、吲哚、

8、異硫氰酸鹽、-葡聚糖、香菇多 糖、丁酸及胃腸道菌群發(fā)酵形成的其它化合物等還能 直接影響特異基因表達(dá)。所以某些營(yíng)養(yǎng)素的缺乏都能通 過(guò)改變基因表達(dá)來(lái)導(dǎo)致慢性疾病或腫瘤(如心血管疾 病、糖尿病、肥胖癥 8、肝癌、肺癌 3的發(fā)生。 核因子B(NF-B活化可增加NF-B調(diào)節(jié)基 因的轉(zhuǎn)錄,從而導(dǎo)致大量促炎癥反應(yīng)細(xì)胞因子的表達(dá), 如白介素1(IL-1、IL-6、腫瘤壞死因子、環(huán)氧化酶-2 (COX-2、前列腺素E2(PGE2等。-3脂肪酸有 抗炎效果,抑制IL-1、IL-6和TNF。-3脂肪酸中 二十碳五烯酸(EPA和二十二碳六烯酸(DHA抑制 炎癥基因IL-1mRNA的轉(zhuǎn)錄。而炎癥是許多慢性疾病 (如CV

9、D、糖尿病、癌癥的基礎(chǔ),所以攝入-3脂肪 酸對(duì)健康很有好處,尤其對(duì)5-脂肪氧化酶(5-LO遺傳 變異個(gè)體,AA和亞油酸(LA增加遺傳變異個(gè)體CVD 的危險(xiǎn)性,而EPA和DHA 的膳食攝入可抑制導(dǎo)致動(dòng)脈 粥樣硬化的白細(xì)胞三烯介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)來(lái)減少其危險(xiǎn) 性 8。不飽和脂肪酸對(duì)過(guò)氧化物酶體增生物激活受體 (PPAR親和力高 9,PPAR被脂肪酸激活后,PPAR/ RXR異源二聚體結(jié)合到DNA響應(yīng)元件(PPRE上改變 基因轉(zhuǎn)錄,其中PPAR在脂類(lèi)氧化和炎癥中起重要作 用,而PPAR涉及脂肪細(xì)胞分化、葡萄糖和脂類(lèi)貯藏 以及炎癥,它們都與CVD危險(xiǎn)性相關(guān)。VD通過(guò)下調(diào)原癌基因c-myc表達(dá)并上調(diào)癌分化基因

10、 c-fos和c-jun的表達(dá)來(lái)抗癌。此外VD和VE通過(guò)上調(diào)c-fos 和c-jun的表達(dá)對(duì)H2O2和紫外線(xiàn)輻射引起的DNA損傷有保 護(hù)作用 3。槲皮素在相當(dāng)?shù)蜐舛认戮湍芤种艭OX-2mRNA的轉(zhuǎn) 錄,從而預(yù)防炎癥。酚類(lèi)化合物(如染料木黃酮、表沒(méi) 食子兒茶素-3-沒(méi)食子酸酯通過(guò)抑制細(xì)胞周期依賴(lài)性蛋 白激酶(cyclin-dependentkinases,CDK4、CDK2、 細(xì)胞周期蛋白D l 和細(xì)胞周期蛋白E并誘導(dǎo)C D K 抑制劑 (p21和p27基因,導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯。異硫氰酸鹽也 能夠誘導(dǎo)p2l的表達(dá)來(lái)抑制細(xì)胞增殖。此外,凋亡可清 除有害的和突變的細(xì)胞,對(duì)癌癥的抵抗非常有效。硒、 表沒(méi)

11、食子兒茶素-3-沒(méi)食子酸酯、苯乙基異硫氰酸鹽、視 黃酸、萊菔硫烷、姜黃、芹菜苷配基、槲皮素和白藜蘆 醇等許多膳食成分都能通過(guò)誘導(dǎo)凋亡來(lái)預(yù)防癌癥。它們 通常誘發(fā)氧化應(yīng)激來(lái)減量調(diào)節(jié)抗細(xì)胞凋亡基因(如Bcl-2或B c l -x 和增量調(diào)節(jié)促細(xì)胞凋亡基因(如B a x 或 Bak,從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。諶小立等:從營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)看膳食與健康 572.3營(yíng)養(yǎng)素 -營(yíng)養(yǎng)素相互作用對(duì)基因表達(dá)的影響 當(dāng)單獨(dú)給予低劑量的9-順式視黃酸和VD3不能阻止 乳腺癌,但同時(shí)給予則有效。此相互作用的機(jī)制還不清 楚,可能涉及R A R 、R X R 與V D R 結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞增 殖、分化和/或凋亡基因的表達(dá)。低劑量的S-烯丙

12、基半 胱氨酸和番茄紅素聯(lián)合能在比單獨(dú)給予更低的劑量下抑 制N-甲基-N-硝基-N-亞硝基胍誘導(dǎo)胃癌的發(fā)生,主要是 通過(guò)降低Bcl-2/Bax比率并增量調(diào)節(jié)Bim等來(lái)誘導(dǎo)癌細(xì) 胞凋亡。2.4基因多態(tài)性對(duì)營(yíng)養(yǎng)素的影響基因多態(tài)性(也叫遺傳易感性:基因序列和拷貝數(shù) 目改變 5,9也會(huì)影響營(yíng)養(yǎng)素的吸收、代謝和作用位點(diǎn) (分子靶 4,所以攜帶特異營(yíng)養(yǎng)素敏感基因單核苷酸 多態(tài)性(SNPs的個(gè)體可能對(duì)某些營(yíng)養(yǎng)素有特別的需 求,他們可能對(duì)膳食營(yíng)養(yǎng)素過(guò)度或過(guò)度不敏感,更易或 抵抗某些疾病的發(fā)生 3。例如,乳糖基因多態(tài)性能夠 導(dǎo)致乳糖不耐癥 9。亞甲基四氫葉酸還原酶677位密碼 子C被T置換,使5,10-亞甲基四氫

13、葉酸到5-亞甲基四氫 葉酸的轉(zhuǎn)化減少,葉酸形成減少。存在此多態(tài)性的個(gè)體 需要補(bǔ)充更多葉酸。絕經(jīng)期婦女在攝入低鈣膳食時(shí), VD受體基因BB突變型比bb突變型攜帶者鈣吸收量顯著 減少。3存在問(wèn)題及展望3.1存在的主要問(wèn)題(1雖然營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)技術(shù)從傳統(tǒng)方法(如North-e r n 印跡雜交、逆轉(zhuǎn)錄P C R 、定量實(shí)時(shí)R C P 發(fā)展到 D N A微陣列技術(shù)等技術(shù),但是由于D N A 微陣列技術(shù)進(jìn) 行全基因組分析的成本相當(dāng)高,所以應(yīng)用還不是特別 廣,而膳食是個(gè)復(fù)雜的體系(不是單一組分,對(duì)基因 的影響可能不僅僅限于某個(gè)靶,并且即使是單一營(yíng)養(yǎng)素 還可能作用于多個(gè)分子靶,所以傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)可能是 有偏差

14、的 3。(2食品不是藥品,對(duì)基因表達(dá)模式影 響相對(duì)較小 1,不容易檢測(cè)出來(lái)。雖然多數(shù)研究采用基 因表達(dá)模式改變50%作為顯著水平,但非常低量的 mRNA表達(dá)改變就有生理學(xué)顯著性,所以很有可能作出 錯(cuò)誤的結(jié)論。(3如何將微陣列分析的大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化 成與疾病和健康相聯(lián)系的準(zhǔn)確信息,還有待研究。 3.2展望由于營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)可以最終闡明生物活性膳食成分 的有效性,所以對(duì)開(kāi)發(fā)新功能食品(包括新的利于健康 的轉(zhuǎn)基因食品和確定功能食品對(duì)特定個(gè)體的有效性非常有用。同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)基因食品安全性的檢測(cè),消 除公眾對(duì)基因食品的恐懼。DNA微陣列技術(shù)的出現(xiàn)使全基因組的分析能夠?qū)?現(xiàn),這能夠更準(zhǔn)確分析疾病和健康狀態(tài)基因

15、剖面,對(duì)鑒 定特定的分子靶和膳食干預(yù)的有效性是非常有利的,并 且此鑒定是基于個(gè)體基因型的,所以也可以為最終實(shí)現(xiàn) 個(gè)體化營(yíng)養(yǎng)提供一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。我們希望最終實(shí)現(xiàn)通過(guò) 膳食預(yù)防疾病和促進(jìn)健康,真正實(shí)現(xiàn)“吃出健康”。當(dāng) 然由于目前存在許多困難,最終目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)還需要很漫 長(zhǎng)的過(guò)程,需要營(yíng)養(yǎng)學(xué)家、生物學(xué)家和醫(yī)學(xué)家等長(zhǎng)期合 作研究攻克難關(guān)。參考文獻(xiàn)1AfmanL,M üLerM.Nutrigenomics:FromMolecular NutritiontoPreventionofDisease.J.Am.Diet. Assoc.,2006,106(4 :569-576.2蔣與剛,劉靜.營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)

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