sun210008的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/sun210008

博文

(原创)营养基因组学——我们可以吃得更健康(4)

已有 2894 次阅读 2014-7-8 16:09 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦

三、母体营养:营养和表达调控

在我们出生之前,每个人的DNA序列在父母精卵结合的那一刹那就已经确定了。出生后,我们很难通过短期的外在影响来改变我们的DNA序列,从而改善我们的基因。当然,目前生命科学界正研究的基因治疗可能可以在某个局部开始改善或修正某些基因序列从而治疗某些特殊的疾病。

人类饮食营养素变化很大,其中包含了大量用于甲基代谢的营养素。最近有科学研究表明,我们可以通过食物(营养素)调节胚胎及其早期发育,这种调节甚至可以改善基因表达。在不涉及DNA序列变化的情况下,实现基因表达方面的可遗传改变,让人们兴奋不已,这也是现在表观遗传学的主要研究内容之一。这些可遗传的改变包括酶促DNA甲基化和组蛋白修饰时所伴随的改变,以及染色质结构的其它修饰。

所有营养素都可能对基因表达产生一定的影响,许多营养素在胚胎发育过程中所起到的作用可能远远大于成年后。由此可见,那些孕育宝宝的妈妈们的营养素摄取对胎儿的重要性就可见一斑了。为什么儿女们的饮食习惯或生活习性与生俱来就会和母亲更为接近,或许可以从这里找到答案(图12)。


1. DNA甲基化

甲基代谢依赖食物中的叶酸、蛋氨酸、锌及维生素B12等,这也是为什么孕期女性需要口服补充叶酸的原因。DNA和组蛋白的甲基化是表观遗传学调节的主要部分。DNA甲基化(DNA methylation)是最早发现的基因修饰途径之一。在甲基转移酶的催化下,DNA的CG两个核苷酸的胞嘧啶被选择性地添加甲基,形成5-甲基胞嘧啶。甲基化位点可随DNA的复制而遗传,因为DNA复制后,甲基化酶可将新合成的未甲基化的位点进行甲基化。由此可见,DNA的甲基化可引起基因的失活,而去甲基化过程可以让失活的基因再度拥有活性,这就好比给DNA序列上的某些功能单元序列装上了开关(图13)。



最近的科学研究表明,包括人类在内的哺乳动物一生中的DNA甲基化水平会经历两次显著变化。第一次发生在受精卵最初几次卵裂中,去甲基化酶清除了DNA分子上几乎所有从亲代遗传来的甲基化标志;第二次发生在胚胎植入子宫时,一种新的甲基化遍布整个基因组,甲基化酶使DNA重新建立一个新的甲基化模式。细胞内新的甲基化模式一旦建成,即可通过甲基化以“甲基化维持”的形式将新的DNA甲基化传递给所有子细胞DNA分子。从这个角度看,孕育最早期对胎儿来说至关重要。营养和代谢对胚胎和胎儿发育非常重要,一些母体效应可对后代终生,甚至是下几代都产生影响(图14-15)。



不过,自然界中的生物尤其是动物总是趋向并且擅长早期繁殖,因为大多数动物(有些物种几乎是全部个体)在它们还没来得及衰老前便会被它们的天敌,或寄生虫或细菌病毒猎杀。因此,动物在分配营养素等有价值的资源时会优先用于繁殖,即胚胎会最大程度利用母体的营养素。当营养素不足时,动物将在短期存活和生殖之间进行分配;当营养素充足时,动物将更多的用于生殖目的。显然,让个体存活的更久一些,还是更早产生更多的后代,后者更能体现营养素对该物种的实际意义。


2. 与人类生殖相关的表观遗传作用

研究表明,人类的母体效应和表观遗传不如我们的实验动物啮齿类那样明确,但人类可能也有类似现象发生。如幼年癌症很可能就是由于胎儿发育阶段有一个甲基化的不当遗传或丢失造成的。又如过敏性哮喘也可能是由于胎儿或新生儿继承了DNA表观遗传模式,胎儿基因在幼年时期持续表达而造成的。有研究表明,经过细胞核移植等早期操作处理可以引起小鼠的表观遗传改变,因此我们有理由相信人类辅助生殖的组织培养条件和其它操作处理也可能会影响儿童的表观遗传。所以,选择人工辅助生殖还是有一定潜在风险的(图16-18)。


2013年7月28日,《Nature》杂志报道了由中外科研人员合作的科研成果,该研究利用单细胞表达谱研究的RNA-seq技术,对人胚胎早期发育各阶段全基因组RNA转录谱的系统分析,发现在胚胎发育早期各阶段中存在着父亲或母亲来源的单等位基因表达差异。同时,运用加权基因共表达网络分析(WGCNA)显示胚胎早期发育各阶段中的细胞周期、基因调控、蛋白质翻译以及代谢通路的转录变化是以分步进行的方式按顺序发生,并明确了该机制在物种间保守存在,仅在发育特异性和时序上有所差异,证明了哺乳动物早期胚胎发育进化上的共性。



四、T2MD(2型糖尿病)

1. 认识T2MD

2型糖尿病原名“成人发病型糖尿病”,多在35~40岁之后发病,占糖尿病患者90%以上。2型糖尿病患者体内产生胰岛素的能力并非完全丧失,甚至有的患者体内胰岛素产生过多,但胰岛素作用效果较差,患者体内的胰岛素是一种相对缺乏。

与1型糖尿病一样,2型糖尿病具有复杂的遗传因素,目前与2型糖尿病有关的基因多达二十几个。肥胖、高热量饮食、体力活动不足及年龄的增长是2型糖尿病最主要的环境因素,高血压、血脂异常等因素也会增加患病风险。与白种人及亚洲人比较,2型糖尿病更容易在土著美洲人、非洲-美洲人及西班牙人群中发生(图19)。


2. T2MD背后的秘密

自受精卵开始,新的生命就继承了不同的基因组合及其特异性的表观遗传修饰,每一个个体生来就对2型糖尿病及其它各种慢性疾病具有独特的易感性。一个人并不是非要等到30岁以后才能知道他是否具有患2型糖尿病的可能,一切都是“命中注定”的。我们生而不同,当然出生后的生存生长环境也极大地影响着如2型糖尿病这样的疾病的发生的风险。

作为生物体的我们必须不断地摄入各种营养素。不同膳食结构所包含的不同组合的营养素在一定程度上会改变某些疾病的发病几率和严重程度,也就说膳食中的热量摄入或其它特殊化学物质直接或间接地影响了引起慢性疾病的基因表达。当然遗传背景的改变也影响着营养物质的代谢。许多膳食中的化合物是多种转录因子的配体,膳食中的化学物质也会直接影响蛋白质和酶的活性。

就2型糖尿病而言,环境因素其实比饮食的影响更重要。通常情况下,细胞因子的水平对环境变化十分敏感,它能够反映蛋白和RNA表达的变化。有些环境因素在我们看来非常普通,如每日整体睡眠时间及睡眠的连续性、能量摄入及消耗的平衡状态、体力活动、大气氧分压、应激等心理因素、茶水及其它饮料的摄入等,都可影响我们如2型糖尿病等慢性疾病基因的表达水平。




http://blog.sciencenet.cn/blog-67814-810055.html

上一篇:(原创)营养基因组学——我们可以吃得更健康(3)
下一篇:(原创)营养基因组学——我们可以吃得更健康(5)

1 Vetaren11

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2020-8-6 09:11

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部