从营养基因组学看膳食与健康_谌小立(精)

1、在人类健康和疾病病理学发展早期，营养对健康具有重要作用，而在疾病病理学 发展中后期则主要靠药物治疗来恢复健康1。所以膳食对人类健康的作用更值得 关注。随着分子生物学的发展，生物活性膳食成分对健 康的影响研究也深入到基因水平,进入了营养基因组学 阶段，这有利于科学揭示膳食与健康的关系。营养基因组学是研究营养素和植物化学成分对人体基因的转录、翻译表达的影响以及代谢机 制的科学。它主要从分子水 平和人群水平研究膳食营养与基因的相互作用及其对人类健康的影响。通过研究最终将建立基于个体基因组结构特征的膳食干预方法 和营养保健手段，提出更具个体 化的营养策略2，进而从营养学的角度而不是从药 物学的角度，有

2、效地预防疾病和促进健康。1膳食与健康膳食对人类健康非常重要，膳食的质和量是人类健康和疾病的一个关键决定因素3。膳食中存在大量生物活性成分，它们都能在 定程度上促进健康。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预防癌症和其它疾病的发生，促进健康。如叶酸有助于预防肝癌和心血管疾病（CVD等，白藜芦醇有助于 防止乳腺癌，吲哚-3-甲醇能预防结肠癌3,番茄红素能预 防前列腺癌和乳腺癌等。从营养基因组学看膳食与健康谌小立，赵国华（西南大学食品科学学院,重庆400716作者简介:谌小立（1983 ,男,重庆人，在读硕士研究生，研究方向：食品科学。通讯作者:赵国华摘要：本文从营养基因组学的角

3、度综述了膳食与健康的关系。许多生物活性 膳食成分能通过影响基因表达来 脱毒,预防炎症、慢性疾病和癌症等，极大地促进 人类健康。当然,营养基因组学的发展还不成熟，需要大力研究 来最终实现基于个 体基因型的营养策略，从而用膳食调整来促进居民健康。关键词:膳食;健康;营养基因组学；癌症;基因表1膳食中大量存在的生物活性成分4类别生物活性成分膳食来源类别生物活性成分膳食来源VD 乳制品类胡萝卜素番茄红素番茄叶酸蔬菜 叶黄素深绿色蔬菜维生素VA 蔬菜橙黄色蔬菜VE植物油异硫氰酸盐类异硫氰酸丙烯酯卷心菜VC 蔬菜、水果异硫氰酸苄酯十字花科植物乳制品、蔬菜莱服硫烷花茎甘蓝矿物质硒 谷物、肉、吲哚类吲哚-3-

4、甲醇十字花科蔬菜锌 肉、蔬菜 一帖类D-柠檬烯柑橘属水果油染料木黄酮大豆、豆制品 D-香芹酮香菜籽油白藜芦醇葡萄、红葡萄酒酚酸类 姜黄姜黄、咖喱食品、芥菜黄酮类槲皮素蔬菜、水果咖啡酸水果、咖啡豆、大豆红橘素柑橘属水果阿魏酸水果、大豆 儿茶素绿茶叶原酸水果、咖啡豆、大豆有机硫炳丙基硫葱属蔬菜叶绿素叶绿素绿色蔬菜二烯丙基硫化物大蒜 叶绿酸 绿色蔬菜中 国食物 与营养 Food and Nutrition in ChinaNo.6,20082008年第6期2营养与基因组研究2.1营养素对基因组稳定性的影响许多生物活性成分（如硒、锌、砷、V A、V B 6、VC12、叶酸、胆碱、多酚、染料木黄酮都会影

5、响DNA甲基化作用5。一些生物活性成分影响DNA甲基化的具体部位如表2,而这些基因编码的改变都与肿瘤发生DNA整有关。如，叶酸/甲基缺乏的膳食会影响p53基因编码区 的甲基化状态，并进而改变 p53基因的转录，从而诱导 肝癌 。原癌基因c-myc表达增加则会增加肿瘤的发生 率3。锌缺乏会减少对S-腺苷甲硫氨酸（SAM中的甲基的利用，并导致大鼠肝中基 因组DNA低甲基化3。长期给予大鼠甲硫氨酸和胆碱缺乏的膳食导致肝 体低甲基化和自发性肿瘤形成5。基因甲基化改变原因部位:基因甲基化改变原因部位c-myc低甲基化胆碱缺乏启动子p53低甲基化叶酸/甲基缺乏编码区c-myc低甲基化砷暴露启动子p53低甲

6、基化硒缺乏启动子c-myc低甲基化甲基缺乏编码区c-fos低甲基化甲基缺乏编码区P16INK4A超甲基化叶酸缺乏启动子c-Ha-ras低甲基化甲基缺乏编码区H-钙粘蛋白超甲基化叶酸缺乏5序列ER子超甲基化纤维不足启动表2 一些生物活性食品成分对DNA甲基化的影响6许多生物活性成分除了能够影响 DNA甲基化外，还能够通过其它方式影响基因组稳定性。VC和VE的缺乏 导致DNA氧化和染色体损伤。VC抑制鸟嘌呤核苷 碱基的氧化修饰。VE是有效的脂质过氧化自由基清除剂，抑制活性氧簇（R O S导 致D N A单链断裂。烟酸对DNA修复起重要作用，对维持基因组完整性很关键。VD能通过抑制脂质体铁离子依赖的

7、脂质过氧化反应 ，防止DNA双链断裂。另 外,VD的补充可减少二乙基亚硝胺诱导的大鼠肝细胞染色体畸变3。草莓类植物 成分（如黄酮类和花青素能预防致癌途径中某些点的基因组不稳定性，是潜在的抗癌剂7。2.2营养素对基因表达的影响许多营养素成分（如脂肪酸8-9、蛋白质、维生 素、黄酮类、吲哚、异硫氰酸 盐、禺葡聚糖、香菇多糖、丁酸及胃肠道菌群发酵形成的其它化合物等还能直接影响特异基因表达。所以某些营养素的缺乏都能通过改变基因表达来导致慢性疾在脂类氧化和炎症中起重以及炎症,它们都与CVD病或肿瘤（如心血管疾 病、糖尿病、肥胖症8、肝癌、肺癌3的发生。核因子 K B（NFkB活化可增加NF- kB调节基

8、因的转录,从而导致大量促炎症反应细胞因子 的表达，如白介素1（IL-1、IL-6、肿瘤坏死因子、环氧化酶-2 （COX-2、前列腺素 E2（PGE2等。C0-3脂肪酸有抗炎效果,抑制IL-1$ IL-6和TNFa。gj-3脂肪酸中二 十碳五烯酸（EPA和二十二碳六烯酸（DHA抑制炎症基因IL-1 3 mRNA的转录。而 炎症是许多慢性疾病（如CVD、糖尿病、癌症的基础，所以摄入GJ-3脂肪酸对健康 很有好处,尤其对5-脂肪氧化酶（5-LO遗传变异个体,AA和亚油酸（LA增加遗传变 异个体CVD的危险性，而EPA和DHA的膳食摄入可抑制导致动脉 粥样硬化的白 细胞三烯介导的炎症反应来减少其危险性

9、8。不饱和脂肪酸对过氧化物酶体增生 物激活受体（PPAR亲和力高9,PPAR被脂肪酸激活后，PPAR/ RXR异源二聚体结 合到DNA响应元件（PPRE上改变 基因转录，其中PPARc 要作用，而PPAY涉及脂肪细胞分化、葡萄糖和脂类贮藏 危险性相关。c-fos和c-jun的表达来抗VD通过下调原癌基因c-myc表达并上调癌分化基因癌。此外VD和VE通过上调c-fos和c-jun的表达对H和紫外线辐射引起的DNA损伤有保 护作用3。槲皮素在相当低浓度下就能抑制 C0X-2 mRNA的转录,从而预防炎症。酚类 化合物（如染料木黄酮、表没食子儿茶素-3-没食子酸酯通过抑制细胞周期依赖性蛋 白激酶（

10、cyclin-de pen de nt ki nases,CDK4、CDK2、细胞周期蛋白D l和细胞周期蛋 白E并诱导C D K抑制剂（p21和p27基因，导致细胞周期停滞。异硫氰酸盐也 能够 诱导p2l的表达来抑制细胞增殖。此外，凋亡可清除有害的和突变的细胞，对癌症的 抵抗非常有效。硒、 表没食子儿茶素-3-没食子酸酯、苯乙基异硫氰酸盐、视 黄酸、莱菔硫烷、姜黄、芹菜苷配基、槲皮素和白藜芦醇等许多膳食成分都能通过 诱导凋亡来预防癌症。它们通常诱发氧化应激来减量调节抗细胞凋亡基因（如Bcl-2或B c l -x和增量调节促细胞凋亡基因（如B a x或Bak,从而导致细胞凋亡。谌小立等：从营养

11、基因组学看膳食与健康 572.3营养素-营养素相互作用对基因表达的影响 当单独给予低剂量的9-顺式视 黄酸和VD不能阻止 乳腺癌,但同时给予则有效。此相互作用的机制还不清楚，可能涉及RA R、R X R与V D R结合来调节细胞增 殖、分化和/或凋亡基因的表达。低剂量 的S-烯丙基半胱氨酸和番茄红素联合能在比单独给予更低的剂量下抑制N-甲基-N-硝基-N-亚硝基胍诱导胃癌的发生,主要是通过降低Bcl-2/Bax比率并增量调节Bim等来诱导癌细胞凋亡。2.4基因多态性对营养素的影响基因多态性（也叫遗传易感性：基因序列和拷贝数目改变5,9也会影响营养素的吸收、代谢和作用位点份子靶4,所以携带特异营

12、养素敏感基因单核苷酸多态性（SNPs的个体可能对某些营养素有特别的需求，他们可能对膳食营养素过度或过度不敏感，更易或抵抗某些疾病的发生3。例如，乳糖基因多态性能够导致乳糖不 耐症9。亚甲基四氢叶酸还原酶 677位密码 子C被T置换，使5,10-亚甲基四氢叶 酸到5-亚甲基四氢 叶酸的转化减少，叶酸形成减少。存在此多态性的个体需要补充 更多叶酸。绝经期妇女在摄入低钙膳食时,VD受体基因BB突变型比bb突变型携 带者钙吸收量显著减少。3存在问题及展望3.1存在的主要问题（1虽然营养基因组学技术从传统方法（如North-e r n印迹杂交、逆转录P CR、定量实时RC P发展到D NA微阵列技术等技

13、术，但是由于D N A微阵列技术进行全基因组分析的成本相当高，所以应用还不是特别 广，而膳食是个复杂的体系（不是单一组分，对基因的影响可能不仅仅限于某个靶，并且即使是单一营养素还可 能作用于多个分子靶，所以传统的检测技术可能是 有偏差的3 0 （2食品不是药品, 对基因表达模式影 响相对较小1,不容易检测出来。虽然多数研究采用基 因表达模式改变50%作为显著水平，但非常低量的mRNA表达改变就有生理学显著性，所以 很有可能作出错误的结论。（3如何将微阵列分析的大量数据转化成与疾病和健康 相联系的准确信息，还有待研究。3.2展望由于营养基因组学可以最终阐明生物活性膳食成分的有效性，所以对开发新功

14、能食品（包括新的利于健康 的转基因食品和确定功能食品对特定个体的有效性非常有用。同时也可以实现对基因食品安全性的检测，消除公众对基因食品的恐惧。DNA微阵列技术的出现使全基因组的分析能够实现，这能够更准确分析疾病和 健康状态基因剖面，对鉴定特定的分子靶和膳食干预的有效性是非常有利的，并且此鉴定是基于个体基因型的，所以也可以为最终实现 个体化营养提供一些基础数据。我们希望最终实现通过膳食预防疾病和促进健康，真正实现吃出健康”当然由于目前存在许多困难，最终目标的实现还需要很漫 长的过程，需要营养学家、生物学家和医学家等长期合 作研究攻克难关。参考文献1Afman L,M tier M.Nutrig

15、enomics:From Molecular NutritiontoPrevention of Disease. J. Am.Diet. Assoc.,2006,106(4 :569-576.2 蒋与刚，刘静.营养基因组学的研究进展.生理科学进展,2006,37(1 :22-26.3 Liu-Stratton Y,Roy S,Sen C K.DNA microarray technology in nutraceutical and food safety.Toxicol. Lett.,2004,150(1 :29-42.4 MilnerJ A.Molecular targets for bi

16、oactivefoodcomponen ts.J.Nutr.,2004,134(S9 :2492-2498. 5Trujillo E,DavisC,Mil nerJ.Nutrigenomics, Proteomics,Metabolomics,and the Practice ofDietetics.J.Am.Diet.Assoc., 2006, 106(3 :403-413. 6Liu L,Wylie R C,A ndrewsL G, et al.Aging, cancer andnutrition:theDNA methylation conn ectio n.Mech.Age in gDev.,2003,124(10/12 ; 989-998.7 Duthie S J.Berry phytochemicals, genomic stability and cancer :Evidenee forchemoprotection at several stages in thecarcinogenic p rocess.Mol.Nutr.Food Res., 2007,51(6 :665-674.8 Simopoulos A R Evolutionaryaspectsof diet,the omega-6/omega-3ratio and genetic