從營養(yǎng)基因組學看膳食與健康_諶小立_百度文庫

1、在人類健康和疾病病理學發(fā)展早期,營養(yǎng)對健康具 有重要作用,而在疾病病理學發(fā)展中后期則主要靠藥物 治療來恢復健康 1。所以膳食對人類健康的作用更值得 關注。隨著分子生物學的發(fā)展,生物活性膳食成分對健 康的影響研究也深入到基因水平,進入了營養(yǎng)基因組學 階段,這有利于科學揭示膳食與健康的關系。營養(yǎng)基因 組學是研究營養(yǎng)素和植物化學成分對人體基因的轉錄、 翻譯表達的影響以及代謝機制的科學。它主要從分子水 平和人群水平研究膳食營養(yǎng)與基因的相互作用及其對人 類健康的影響。通過研究最終將建立基于個體基因組結 構特征的膳食干預方法和營養(yǎng)保健手段,提出更具個體 化的營養(yǎng)策略 2,進而從營養(yǎng)學的角度而不是從藥物學的

2、角度,有效地預防疾病和促進健康。1膳食與健康膳食對人類健康非常重要,膳食的質和量是人類健康和疾病的一個關鍵決定因素 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 能預防癌癥和其它疾病的發(fā)生,促進健康。如葉酸有助 于預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-甲醇能預防結腸癌 3,番茄紅素 能預防前列腺癌和乳腺癌等。從營養(yǎng)基因組學看膳食與健康諶小立,趙國華(西南大學食品科學學院, 重慶400716作者簡介:諶小立(1983 ,男,重慶人,在讀碩士研究生,研究方向:食品科學。通訊作者:趙國華摘 要

3、 :本文從營養(yǎng)基因組學的角度綜述了膳食與健康的關系。 許多生物活性膳食成分能通過影響基因表達來 脫毒, 預防炎癥、 慢性疾病和癌癥等, 極大地促進人類健康。 當然, 營養(yǎng)基因組學的發(fā)展還不成熟, 需要大力研究 來最終實現(xiàn)基于個體基因型的營養(yǎng)策略, 從而用膳食調整來促進居民健康。關鍵詞:膳食;健康;營養(yǎng)基因組學;癌癥;基因 表 1膳食中大量存在的生物活性成分 4類別生物活性成分膳食來源 類別 生物活性成分 膳食來源 VD 乳制品 類胡蘿卜素番茄紅素 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 礦物質硒 谷物、 肉、 魚 吲哚類 吲哚-3-甲醇 十字花科蔬菜 鋅 肉、 蔬菜 一帖類 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 姜黃姜黃、 咖喱食品、 芥菜 黃酮類槲皮素 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 食 物 與 營 養(yǎng) Food and Nutrition in ChinaN

5、o.6,20082008年第 6期2營養(yǎng)與基因組研究2.1營養(yǎng)素對基因組穩(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。如,葉酸/甲基缺乏的膳食會影響p53基因編碼區(qū) 的甲基化狀態(tài),并進而改變p53基因的轉錄,從而誘導 肝癌 6。原癌基因c-myc表達增加則會增加腫瘤的發(fā)生 率 3。鋅缺乏會減少對S-腺苷甲硫氨酸(SAM中的甲 基的利用,并導致大鼠肝中基因組DNA低甲基化 3。長 期給予大鼠甲硫氨酸和膽堿缺乏的膳食導

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 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 啟動子 p53低甲基化 硒缺乏 啟動子 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 能夠通過其它方式影響基因組穩(wěn)定性。VC和VE的缺乏 導致DNA氧化和染色體損傷。VC抑制鳥嘌呤核苷堿基 的氧化修飾。VE是有效的脂質過氧化自由基清除劑, 抑制活性氧簇(R O S 導致D N A 單鏈斷裂。煙酸對 DNA 修復起重要作用,對維持基因組完整性很關鍵。 VD能通過抑制脂質體鐵離子依賴的脂質過氧化反應, 防止DNA雙鏈斷裂。另外,VD的補充可減少二乙基亞 硝胺誘導的大鼠肝細胞染色體畸變 3。草莓類植物成分 (如黃酮類和花青素能預防致癌途徑中某些點的基因 組不穩(wěn)定性,是潛在的抗癌劑 7。2.2營養(yǎng)素對基因表達的影響許多營養(yǎng)素成分(如脂肪酸 8-9、蛋白質、維生 素、黃酮類、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。所以某些營養(yǎng)素的缺乏都能通 過改變基因表達來導致慢性疾病或腫瘤(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調節(jié)基 因的轉錄,從而導致大量促炎癥反應細胞因子的表達, 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的轉錄。而炎癥是許多慢性疾病 (如CV

9、D、糖尿病、癌癥的基礎,所以攝入-3脂肪 酸對健康很有好處,尤其對5-脂肪氧化酶(5-LO遺傳 變異個體,AA和亞油酸(LA增加遺傳變異個體CVD 的危險性,而EPA和DHA 的膳食攝入可抑制導致動脈 粥樣硬化的白細胞三烯介導的炎癥反應來減少其危險 性 8。不飽和脂肪酸對過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異源二聚體結合到DNA響應元件(PPRE上改變 基因轉錄,其中PPAR在脂類氧化和炎癥中起重要作 用,而PPAR涉及脂肪細胞分化、葡萄糖和脂類貯藏 以及炎癥,它們都與CVD危險性相關。VD通過下調原癌基因c-myc表達并上調癌分化基因

10、 c-fos和c-jun的表達來抗癌。此外VD和VE通過上調c-fos 和c-jun的表達對H2O2和紫外線輻射引起的DNA損傷有保 護作用 3。槲皮素在相當?shù)蜐舛认戮湍芤种艭OX-2mRNA的轉 錄,從而預防炎癥。酚類化合物(如染料木黃酮、表沒 食子兒茶素-3-沒食子酸酯通過抑制細胞周期依賴性蛋 白激酶(cyclin-dependentkinases,CDK4、CDK2、 細胞周期蛋白D l 和細胞周期蛋白E并誘導C D K 抑制劑 (p21和p27基因,導致細胞周期停滯。異硫氰酸鹽也 能夠誘導p2l的表達來抑制細胞增殖。此外,凋亡可清 除有害的和突變的細胞,對癌癥的抵抗非常有效。硒、 表沒

11、食子兒茶素-3-沒食子酸酯、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誘導凋亡來預防癌癥。它們 通常誘發(fā)氧化應激來減量調節(jié)抗細胞凋亡基因(如Bcl-2或B c l -x 和增量調節(jié)促細胞凋亡基因(如B a x 或 Bak,從而導致細胞凋亡。諶小立等:從營養(yǎng)基因組學看膳食與健康 572.3營養(yǎng)素 -營養(yǎng)素相互作用對基因表達的影響 當單獨給予低劑量的9-順式視黃酸和VD3不能阻止 乳腺癌,但同時給予則有效。此相互作用的機制還不清 楚,可能涉及R A R 、R X R 與V D R 結合來調節(jié)細胞增 殖、分化和/或凋亡基因的表達。低劑量的S-烯丙

12、基半 胱氨酸和番茄紅素聯(lián)合能在比單獨給予更低的劑量下抑 制N-甲基-N-硝基-N-亞硝基胍誘導胃癌的發(fā)生,主要是 通過降低Bcl-2/Bax比率并增量調節(jié)Bim等來誘導癌細 胞凋亡。2.4基因多態(tài)性對營養(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也會影響營養(yǎng)素的吸收、代謝和作用位點 (分子靶 4,所以攜帶特異營養(yǎng)素敏感基因單核苷酸 多態(tài)性(SNPs的個體可能對某些營養(yǎng)素有特別的需 求,他們可能對膳食營養(yǎng)素過度或過度不敏感,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 葉酸的轉化減少,葉酸形成減少。存在此多態(tài)性的個體 需要補充更多葉酸。絕經(jīng)期婦女在攝入低鈣膳食時, 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存在問題及展望3.1存在的主要問題(1雖然營養(yǎng)基因組學技術從傳統(tǒng)方法(如North-e r n 印跡雜交、逆轉錄P C R 、定量實時R C P 發(fā)展到 D N A微陣列技術等技術,但是由于D N A 微陣列技術進 行全基因組分析的成本相當高,所以應用還不是特別 廣,而膳食是個復雜的體系(不是單一組分,對基因 的影響可能不僅僅限于某個靶,并且即使是單一營養(yǎng)素 還可能作用于多個分子靶,所以傳統(tǒng)的檢測技術可能是 有偏差

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

15、剖面,對鑒 定特定的分子靶和膳食干預的有效性是非常有利的,并 且此鑒定是基于個體基因型的,所以也可以為最終實現(xiàn) 個體化營養(yǎng)提供一些基礎數(shù)據(jù)。我們希望最終實現(xiàn)通過 膳食預防疾病和促進健康,真正實現(xiàn)“吃出健康”。當 然由于目前存在許多困難,最終目標的實現(xiàn)還需要很漫 長的過程,需要營養(yǎng)學家、生物學家和醫(yī)學家等長期合 作研究攻克難關。參考文獻1AfmanL,M üLerM.Nutrigenomics:FromMolecular NutritiontoPreventionofDisease.J.Am.Diet. Assoc.,2006,106(4 :569-576.2蔣與剛,劉靜.營養(yǎng)基因組學

16、的研究進展.生理科學進展, 2006,37(1 :22-26.3Liu-StrattonY,RoyS,SenCK.DNAmicroarray technologyinnutraceuticalandfoodsafety.Toxicol. Lett.,2004,150(1 :29-42.4MilnerJA.Moleculartargetsforbioactivefood components.J.Nutr.,2004,134(S9 :2492-2498. 5TrujilloE,DavisC,MilnerJ.Nutrigenomics, Proteomics,Metabolomics,andthe

17、Practiceof Dietetics.J.Am.Diet.Assoc., 2006, 106(3 :403-413. 6LiuL,WylieRC,AndrewsLG,etal.Aging, cancerandnutrition:theDNAmethylation connection.Mech.AgeingDev.,2003,124(10/12 ; 989-998.7DuthieSJ.Berryphytochemicals, genomicstability andcancer :Evidenceforchemoprotectionatseveral stagesinthecarcinogenicprocess.Mol.Nutr.FoodRes., 2007,51(6 :665-674.8SimopoulosAREvolutionaryaspectsofdiet,the omega-6/omega-3ra