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(原创)营养基因组学——我们可以吃得更健康(3)

已有 4167 次阅读 2014-7-8 16:07 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦

营养基因组学

营养基因组学(nutritional genomics或nutrigenomics)是一门研究食物是如何影响个体遗传信息表达,以及个体基因如何进行营养物质、生物活性物质代谢,并对这一代谢过程作出何种反应的学问。从这个简单的定义中,我们可以看到所谓“营养基因组学”实际上包含了两大方面的内容:一是食物,即各营养元素对基因信息的影响;二是基因对各营养素代谢的响应。常识告诉我们,有时候同样一种食物,有些人吃了没什么问题,另外一些人吃了则会有问题,其根本原因在于个体之间的差异,而这个差异从根本上说很可能是由个体之间的基因差异决定的。

食物引起遗传信息表达的改变以及基因型差异造成不同的代谢谱是营养基因组学的中心理论,这一理论真实地反映了食物和健康之间的关系。由于基因测序技术的不断进步,高通量、低价格的测序成为一种可能;同时人们对健康永不停歇的追求,最终让人们开始思考、研究基因序列与健康之间的微妙关系。人类基因组计划的完成让我们翻开了人类遗传“天书”的第一页,让我们了解了地球生命系统同一性的同时,也让我们知道了物种之间、同种生物个体之间的差异。我们来自同一个祖先,但我们又是那么的不一样,从基因水平上讲,我们每个人都是独一无二的。

简单点说,营养基因组学的内容就是研究营养素是如何影响基因组以及基因组又是如何影响人体代谢的。

 

二、营养素和基因表达

近10年的研究已证实,食物(营养)中的大量或微量元素都能通过激素作用的方式单独控制基因表达。人体主要营养元素中的脂肪酸、胆固醇和葡萄糖及葡萄糖代谢产物、脂溶性维生素等都可以通过转录因子(transcription factor)来调节基因的功能。转录因子实际上是一类拥有特殊功能的蛋白质,它们能与基因5`端上游特定序列专一性地结合,从而保证目的基因以特定的强度在特定的时间与空间表达。

 

1. 固醇调节元结合蛋白和糖类应答元结合蛋白

近期有研究表明,多不饱和脂肪酸能阻止几种饱和脂肪酸合成有关肝基因的表达。多不饱和脂肪酸通过调节几种活跃的转录因子,发挥其在基因表达上的作用。固醇调节元结合蛋白(SREBP)和糖类应答元结合蛋白(ChREBP)是两种重要的转录因子,目前研究也较为深入。

SREBP控制着30种以上的基因的表达,这些基因被证实与人体内源性胆固醇、脂肪酸、甘油酯和磷脂的合成有关。SREBP有三种亚型,分别是SREBP -2、SREBP-1a及SREBP-1c,其中1c的生理作用最强。三个亚型中1a和1c被同一基因编码,不同的是,这段基因中的外显子通过选择性拼接并选择不同起始位点作为转录起始位点。这些转录因子是如何响应体内胆固醇等营养素变化的呢?原来体内的胆固醇、胰岛素/葡萄糖和多不饱和脂肪酸的分子数量水平通过反馈抑制它们自身的蛋白水解而控制成熟的、可以正常发挥转录因子功能的SREBP的形成。

ChREBP是糖类诱导特定的生脂基因(lipogenicand myogenic gene)表达所必须的,这些生脂基因控制着人体内将碳水化合物转化为甘油三脂的过程。日常生活中,有些人虽然主要吃谷物制品,很少吃大鱼大肉,但是仍然很胖,究其原因,就是这种生脂基因过度表达的结果,碳水化合物被大量转化成了脂肪在体内储存了起来。研究表明,在缺乏胰岛素的情况下,营养素本身似乎就能诱导调节几种糖酵酶和脂肪生成酶的表达,ChREBP也可以起到调节作用(图10)。

SREBP和ChREBP都参与了营养素和激素对编码葡萄糖代谢和脂肪生长中某些酶的基因调控,同时它们又共同参与调控了重要的生脂基因。从这个方面讲,某个人是否会长胖,除了受到目前已确定的某些肥胖基因影响之外,同时还受到营养元素供给的影响。

 

2. 核受体

细胞核内的受体可以直接或间接地应答脂溶性营养素及其代谢物,进而进行调控基因表达。核受体的结构比较复杂,目前研究人员正在深入研究其功能及与各营养素之间的关系。研究人员通过对肝脏X受体、法尼醇X受体及炎症反应中的核受体等多种核受体的研究,已证实核受体是一种有效的代谢传感器。

 

3. 维生素A和维生素D

人体重要的营养素维生素A和D被证实也能有效影响基因表达。如维生素A的衍生物类维生素A能影响碳水化合物、脂肪酸和胆固醇等多种多样的新陈代谢的信号途径。同时,类维生素A在胚胎形成期以及细胞增殖、分化和凋亡过程发挥了重要作用。此外,类维生素A还控制着各种各样的激素应答基因。

维生素D的生物激活形式1,25-二羟基维生素D3[C1] 能与维生素D受体交互作用,进而促进钙元素在体内的稳定。因此,可以说,维生素D的生物激活形式是人体钙元素新陈代谢的重要调解者。人体的骨骼、肾脏、肠、脑、心脏、胰腺、皮肤、淋巴等各处都发现有维生素D的受体,正是有了这些受体的存在,维生素D 才能发挥作用。维生素D能增加肠对钙的吸收和调节骨骼中的钙元素,可以说维生素D在整个矿物质代谢中发挥了重要作用。

 

4. 植物雌激素

植物雌激素的发现比较有意思。1940年,人们偶然发现一些牛羊等食草动物吃了含有红三叶的草后出现了不孕,而且怀孕的牛羊常常会流产,小牛、小羊会提前发情。于是人们认识到,这些植物中可能存在某种具有动物雌激素的物质。到了1960年前后,人们从三叶草中分离得到了异黄酮芒柄花黄素(isofavones formononetin)和鸡豆黄素A(biochanin A),这就是第一批被确认的植物雌激素(图11)。

进一步的研究发现,这些植物雌激素的化学结构与哺乳动物的某种雌激素化学机构比较相似。雌激素受体能以同源或异源二聚体的方式直接与DNA结合或与其它DNA转录因子形成复合物,从而调节基因的表达。由此我们可以看出,本来是作为食物摄入的营养素,却可以模仿雌激素而发挥某些特定的功能。这样说来,我们在摄入某种未知或低含量营养素的时候,我们的基因表达方式可能就在悄无声息中发生了改变。




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