营养基因组学

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同时, Jim和Rodriguez认为, 在进行营养基因组学研究时, 应注 意以下5个方面：产生适当的代谢反应需要多少营养素, 特别是需要 多少宏量营养素; 对于遗传背景不同的人, 在复杂的膳食成分下如何 获得适量的营养素; 如何将膳食成分同机体代谢的精细和长期调控 联系起来; 在现有的分子和基因组技术条件下, 如何获得不同人自出 生到死亡期间的营养需要的变化量; 如何确保以一种对社会负责的 态度正确利用基因组学信息, 特别是当它与健康状况不同的人群, 如 不同种族、贫富不一和未投保的人。
营养基因组学：人类健康的 新“钥匙”
人类基因与食物营养作用 今后可 看基因定食谱
• 个性营养成为可能。目前的营养需要量均系针对群体而言， 而未能考虑个体之间的基因差异。如人的基因上约有 140～200万个单核苷酸多态性（SNPs），其中6万多个 存在于外显子中，这可能是人体对营养素需求及产生反应 差异的重要分子基础。因此，未来将有可能应用基因组学 技术阐明与营养有关的SNPs，并用来研究动物对营养素 需求的个体差异，通过基因组成以及代谢型的鉴定，确定 个体的营养需要量，使个体营养成为可能，即根据动物的 遗传潜力进行个体饲养，这就是“基因饲养”。此外，应 用基因组技术也将有助于开发出针对一些针对性强、功效 明显的动物源性功能食品。 • 某种特定的食物不见得对每个人都“有好处”或“有坏 处”，自身的DNA也并非一定就能决定你的健康，关键是 看它们二者如何相互作用
为了确定这些食物与人体健康之间的关系，科学家 决定针对许多被认为有益身体健康的营养素进行基因 方面的研究。首先名列美国联邦政府研究名单首要目 标的就是硒元素。之前已经有研究指出每天吃200毫克 的硒，大约是国际标准的2倍，可以降低罹患前列腺癌、 肺癌、结肠直肠癌的机率。茄红素也是另一个研究目 标，曾经有研究指出它可以降低罹患前列腺癌的机率 达35%，因此NCI的研究人员已经开始着手进行小型临 床研究，试着找出它的安全剂量以及观察它是否能帮 助前列腺癌患者对抗癌细胞。此外被认为能奖励女性 罹患乳癌机率的大豆也是该研究的重点项目之一， Milner博士预测：“在未来5年内，我们将会得到许多 关于基因如何影响个人对不同食物所产生的反应的资 料。”不过这项研究可能会耗费数年之久，因此美国 癌症协会的建议是多吃各类的食物，包括每天至少5份 的蔬果并且减肥。
• 此外，基因组技术的应用将促进食物中具有保健作用的生 物活性成份的筛选。目前已有多个利用功能性基因组学技 术对食物中活性组分进行筛选，从而应用于疾病预防的项 目在不同的国家启动。其中的一个例子是欧共体资助的筛 选针对结直肠肿瘤的功能性食品项目。在这项研究中，采 用了多种功能性基因组技术用于检测与结直肠肿瘤发生有 关的基因，例如可以测定几乎所有蛋白质表达的蛋白组技 术。高效的基因组技术使研究者能有效地发现那些既能受 食物中生物活性组分调控的，又在疾病病理过程扮演重要 角色的新的生物学标志物。这些分子水平的生物学标志物 比传统上使用的生化学标志物具有更灵敏、更特异的优点。 这一特点对于保健食品的研究尤为重要。因为保健食品不 同于药物，食物中生物活性物质对机体的影响往往较微弱。 因而采用传统的生化指标可能不能反映出这种微弱的改变。
但是，目前国际上对营养基因组学还没有一个明确的定义。有 些专家认为营养基因组学不应被视为营养学的一个分支，是一种边 缘学科。这个词涵盖着营养学的全部，是增添了新的内涵的未来的 营养学。营养基因组学将触及营养学研究的各个领域，其与传统意 义上的营养学的区别在于，其研究将充分结合和利用日益扩增的基 因学领域的知识和技术。营养基因组学的一个显著特征是一系列能 够监测极大数目的分子表达、基因变异等的基因组技术和生物信息 学在营养学研究中的广泛应用。
• 可以说，没有这些功能强大的“全局性（global）”的生物检测 技术以及结合了最先进的计算机技术的生物统计、大规模的数据 处理等信息学方法的支持，营养基因组学就不能在真正意义上成 为一门学科。 • • 营养基因组学研究将关注整个机体、整个系统或整个生物功 能分子水平上的通路的轮廓（profile）变化，而非单个或几个孤 立生物学标志物的改变。简单地讲，营养基因组学将主要研究在 分子水平上及人群水平上膳食营养与基因的交互作用及其对人类 健康的影响；并将致力于建立基于个体基因组结构特征上的膳食 干预方法和营养保健手段，提出更具个性化的营养政策，从而使 得营养学研究的成果能够更有效的应用于疾病的预防，达到促进 人类健康的目的。
重要地位
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营养学是研究人体营养规律及其改善措施的科学。人们在很 早以前就开始了营养学的研究, 如我国的医学古籍《黄帝内经· 素 问》中就提出了“五谷为养、五果为助、五畜为益、五菜为充” 等朴素的合理营养概念。而西方的医学始祖希波克拉底在公元前 400年前也提出了食品中的特殊成分对于维持生命是必不可少的。 但真正意义上的营养学诞生却是在发现了构成人体重要物质的18 世纪后期, 从1900年至今, 营养学研究不断深入, 已经历了3个阶 段。二战后, 营养学进入了基于实验科学技术的鼎盛时期。
20世纪后半叶, 人类进入了细胞时代, 主要研究营养素在体内代 谢、生理功能及其对组织细胞的影响。而分子生物学划时代的到来, 为营养学向微观世界发展、探索生命奥秘提供了理论基础。特别是 人类及模式生物的基因组草图、基因组序列图相继绘制完成, 为人 类阐明基因组及所有基因的结构与功能, 揭开生命奥秘奠定了基础。 营养科学也由营养素对单个基因表达及其作用的分析, 开始朝着基 因组及其表达产物在代谢调节中的作用方向发展。在此背景下, 营 养基因组学(Nutritional genomics, 有时也称为Nutrigenomics)应运 而生, 并迅速成为营养学研究的新前沿。2002年2月和2003年11月, 在荷兰先后召开了第一届和第二届国际营养基因组会议, 凸现了营 养基因组学研究的重要性。
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食物中含有丰富的某种营养素是否真的能预防癌症？ 美国政府将招募32000名中年人进行一项研究探讨硒元素 或维他命E是否真的预防前列腺癌。由于有些基因学研究 指出某些营养素可能对某个人有益，但是对别人可能就不 是那么回事。因此美国国家癌症研究院的John Milner博 士表示：“未来将是针对个人营养量身定做的时代，这个 营养基因组学将会是令人相当兴奋的新科学。”Milner博 士表示有35%的癌症跟饮食习惯有关，不过这并不代表偶 尔吃个汉堡或油炸圈饼就会下场凄惨。但是也确实有许多 研究指出多吃植物性食物、蔬菜、水果得到癌症的机率会 比较低。
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据《新闻周刊》近期封面文章报道，在展望未来的 医学发展状况时，美国塔夫茨大学营养学与基因组学实验 室主任琼斯·欧德沃斯的观点，对那些只能花4美元买杯 石榴汁的人而言或许不失为一个好消息。在欧德沃斯看来， 那种常常被称作“时尚”的、大范围向所有人提供同一饮 食建议的时代可能即将结束。由于基因的差异，每个人对 某种食物的反应是不一样的，这就会造成人们吃同一种食 物但出现的后果却可能有很大差别。基于此，对于那些只 能买石榴汁喝的人来说，只要其基因能充分利用这一饮料 中的营养物质，就可能使他们足以保持一个健康的体魄。
研究内容
主要研究内容包括以下方面：了解食物活性成分如何直接或间 接地影响人体内基因组结构的变化; 探讨膳食因子可营养素对人体 基因组产生的影响; 探讨哪些慢性或遗传性疾病容易受到膳食因子 的影响; 依据人体基因多态性的差异, 探讨健康人体和疾病患者对不 同膳食因子敏感性的差异; 根据不同人对营养需求、状态及其自身 基因多态性的差异来设计个性化膳食, 藉此达到预防慢性疾病的发 生。
为健康食品验明正身的基因学研究
• 揭示营养素的作用机制或毒性作用。通过基因表达的变 化可以研究能量限制、微量营养素缺乏、糖代谢等问题； 应用分子生物学技术，能够测定单一营养素对某种细胞或 组织基因表达谱的影响；采用基因组学技术，可以检测营 养素对整个细胞、组织或系统及作用通路上所有已知和未 知分子的影响。因此，这种高通量、大规模的检测无疑将 使学者能够真正了解营养素的作用机制。此外，基因组学 技术也将为饲料安全性评价、病原菌检测、掺杂及使伪甄 别提供强有力的手段。
营养基因组学
• 学科简介
• 营养基因组学是研究营养素和植物化学物质对机体基因的转录、 翻译表达及代谢机理的科学。它以分子生物学技术为基础，应用 DNA芯片、蛋白质组学等技术来阐明营养素与基因的相互作用。 目前主要是研究营养素和食物化学物质在人体中的分子生物学过 程以及产生的效应, 对人体基因的转录、翻译表达以及代谢机制, 其可能的应用范围包括营养素作用的分子机制、营养素的人体需 要量、个体食谱的制定以及食品安全等, 它强调对个体的作用。 是继药物之后源于人类基因组计划的个体化治疗的第二次浪潮。 营养基因组学所涉及的学科有营养学、分子生物学、基因组学、 生物化学、生物信息学等, 从这个层面上看, 营养基因组学是基于 多学科的边缘学科。
许多营养素通过转录系统选择性的改变基因表达, 调节 不同组织、不同环境条件下特定基因组的活性。营养成分 如氨基酸、脂肪酸和糖等, 都会影响基因的表达, 其作用方 式可以是通过控制基因构型或通过代谢产物或代谢状态(如 激素状况、细胞氧化还原状况等等), 继而导致mRNA水平和 (或)蛋白质水平甚至其功能的改变。因此, 在营养研究中, 基 因组学和蛋白质组学利用细胞培养、动物和人类寻找和鉴 定对某些营养素、药物或食物有良好反应的特殊标志物。
发展概念和过程
1953年, Watson和Crick发现了被称为“生命奥秘”的DNA结构, DNA结构解释了遗传物质是如何复制和传递信息的。DNA这种优雅 神秘的双螺旋结构的发现, 引发的革命震动了生物学界和医学界, 标 志着分子生物学的开始。1961年, DNA中碱基对序列转录基因密码 的破译成功, 标志着基因时代的到来。以人类基因组 “工作框架图” 完成为标志, 生命科学已进入了后基因组时代。 美国科学家 Thomas Roderick(1986)提出了基因组学(Genomics), 主要内容包括 以全基因组测序为目标的结构基因组学(Structural genomics)和以基 因功能鉴定为目标的功能基因组学(Functional genomics) 。