分子生物学在营养学中的应用

2、维生素D受体基因多态性对钙吸收及骨密度的影响
在遗传因素的影响中，发现VDR基因多态性对 钙吸收及骨密度均有影响，由于碱基突变， VDR 基因形成了三种基因型，即bb基因型、BB基因型 和Bb基因型。
研究认为bb基因型是高骨密度基因（高吸收 率），BB基因型是低骨密度基因型（低吸收率） ，这两种基因型骨密度对钙摄入量变化反应不大 ，甚至与钙摄入量无关；而携带有Bb基因型者骨 密度与钙的摄入量呈剂量反应关系。
与营养相关的基因结构及其DNA和染色体结构。 基因表达的过程及其产物（mRNA、蛋白质）。 膳食因素。 机体的健康。
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（三）分子营养学的研究内容
1．筛选和鉴定机体对营养素作出应答反应的基因。 2．明确受膳食因素调节的基因的功能。 3．研究营养素对基因表达和基因组结构的影响及
其作用机制，一方面可从基因水平深入理解营 养素发挥已知生理功能的机制，另一方面有助 于发现营养素新的功能。 4．鉴定与营养相关疾病有关的基因，并明确在疾 病发生、发展和疾病严重程度中的作用。
因此针对不同的国家、不同的种族及不同的个体， 在制订钙的推荐摄入量时，应考虑不同基因型的影响。 如有可能的话，应针对不同的基因型制订不同的膳食 供给量标准。另外，在进行补钙膳食干预时也应考虑 不同基因型的影响，以便确定哪种基因型人群在补钙 过程中会获得最 大益处，而哪些基因型人群获益不 大、甚至一点效果也没有，以便有针对性补钙；而对 补钙效果不明显的那些基因型人群，则应采取其它的 食物或药物干预，而不是一味盲目补钙。
三、营养素对基因结构和稳定性的影响
（一）营养素影响基因组结构和稳定性的机制
目前尚不太清楚，可能有如下几个方面
1．营养素作为酶的底物或辅助因子影响酶的活性
很多维生素和微量元素都可作为维持染色体 和DNA结构稳定性的酶的底物或辅助因子，如果 这些营养素缺乏，则可引起相应的酶活性下降， 从而导致染色体和DNA结构不稳定或DNA损伤。
程度的影响。
10．营养素与基因相互作用导致营养相关疾病和 先天代谢性缺陷的过程及机制。
11．生命早期饮食经历对成年后营养相关疾病发 生的影响及机制。
12．根据上述研究结果，为促进健康和防治营养 相关疾病，制订膳食干预方案：个体化的营养 素需要量；特殊人群（营养相关疾病易感人群） 的特殊膳食指南及营养素供给量；营养相关疾 病病人的特殊食疗配方等。
一种基因表达又受多种营养素的调节
一种营养素不仅可对其本身代谢途径所涉及的 基因表达进行调节，还可影响其它营养素代 谢途径所涉及的基因表达
营养素不仅可影响细胞增殖、分化及与机体生 长发育有关的基因表达，而且还可对致病基 因的表达产生重要的调节作用。
2．营养素对基因表达的调控水平
营养素可在基因表达的所有水平(转录前、转 录、转录后、翻译和翻译后共5个水平)上对其 进行调节，虽然不同营养素各有其重点或专一 调节水平，但绝大多数营养素对基因表达的调 节发生在转录水平上。
营养表观遗传学(nutriepigenetics)研究营养素 引起的表观遗传变化，从而阐明营养素对健康的 影响。
（二）研究营养素对基因组结构和稳定性影响的实 际意义
营养素对基因组结构和稳定性的影响是近些年 来营养学领域提出的新观点。在打破了只有外源性 致癌剂或致突变剂才能够影响基因组稳定性的旧观 念后，重新认识营养素在基因组结构和稳定性方面 的作用，更加有利于指导人们如何合理膳食。
（二）铁对基因表达的调控
体内铁通过铁调节蛋白（IRP）对铁反应元件（ IER）的作用，达到对转铁蛋白受体和铁蛋白基因 表达的调控。
当体内铁缺乏时：增加转铁蛋白受体基因表达数 量，使细胞铁摄入增加、抑制铁蛋白基因表达， 使铁储存减少。
铁含量高时：抑制转铁蛋白受体基因表达数量， 使细胞铁摄入减少、增加铁蛋白基因表达，使铁 储存增加。
3．营养素对基因表达的调控途径
营养素本身或其代谢产物可作为信号分子， 作用于细胞表面受体或直接作用于细胞内受体， 从而激活细胞信号转导系统，并与转录因子相 互作用或直接激活基因表达。
主要途径有： ①cAMP或cGMP蛋白激酶途径； ②酪氨酸激酶系统，以上两个途径主要是通过对一
些转录因子和／或辅助因子的磷酸化和去磷酸化 作用，从而影响这些因子的激活基因转录的活性； ③离子通道； ④和／或磷酸肌苷酸介导的途径； ⑤细胞内受体途径，细胞内受体可以是催化反应的 酶，也可以是基因表达的调控蛋白。
日本人群中bb基因型约占75％，而BB基因型所占 比例较低；高加索人群中bb基因型约占33％，而Bb基 因型约占50％。VDR三种基因型在不同种族人群中的 不同分布可说明不同种族人群钙吸收、骨密度及骨质 疏松症发生不同的原因；同时即使在同一个种族， VDR三种基因型在人群中也有不同的分布，这可说明 个体之间在钙吸收、骨密度及骨质疏松症发生存在差 异的原因。
第二节 分子生物学在营养学中的应用
一、分子营养学概述
（一）分子营养学的定义
分子营养学是研究营养素与基因之间的相互作 用（包括营养素与营养素之间、营养素与基因 之间和基因与基因之间的相互作用）及其对机 体健康影响的规律和机制，并据此提出促进健 康和防治营养相关疾病措施的一门学科。
（二）分子营养学的研究对象
四、基因多态性对营养素吸收、代谢和利用的影响
1、概念：基因多态性是指当DNA序列的某些碱基发 生当突变发生时，可产生一个基因的一种以上不 同的形式(又称一个基因的不同基因型)，且在人 群中的发生率超过1％的情况。 人类大约存在有30％的基因多态性，也就是 说有30％的基因发生了突变，而大约有70％的基 因可能没有发生突变，这就是人类个体之间在许 多方面很相似但又有差别的原因。因此，基因多 态性决定了个体之间的差异。如果基因多态性存 在于与营养有关的基因之中，就会导致不同个体 对营养素吸收、代谢和利用存在很大差异，并最 终导致个体对营养素需要量的不同。
表观遗传学研究方法：包括DNA序列分析、甲基化 敏感的限制性内切酶技术、甲基化芯片、质谱等技 术和方法。
基因多态性的研究方法 ：包括凝胶电泳、高通量 基因测序、基因芯片、高效液相色谱、质谱等技术 。
二、营养素对基因表达的调控
（一）营养素对基因表达的调控机制
1．营养素对基因表达的作用特点:
一种营养素可调节多种基因的表达；
2．氧化应激
机体某些抗氧化微量营养素缺乏可使机体处 于氧化应激状态。
3．营养表观遗传学
表观遗传学(epigenetics)是指在不改变DNA序列 的情况下，生物表现型发生改变、保持相对稳定 和遗传。表观遗传变化主要是来自染色体的构建 、组蛋白和DNA的修饰，包括DNA的甲基化、乙酰 化、磷酸化修饰或去修饰作用。
13．根据基因与营养素相互作用的原理，构建转 基因动物，开展基因治疗和以营养素为母体开 发治疗营养相关疾病的药物。
（四）分子营养学的研究方法
基因组学方法 ：包括基因组提取、基因克隆、 mRNA差异显示、基因芯片、基因敲除和转基因、 RNA干扰、生物信息等技术和方法。
蛋白质组学方法：包括双向凝胶电泳、荧光差异凝 胶电泳、多维色谱一质谱、蛋白质芯片等技术
5．利用营养素修饰基因表达或基因结构，以促进有 益健康基因的表达，抑制有害健康基因的表达。
6．筛选和鉴定机体对营养素反应存在差异的基因多 态性或变异。
7．基因多态性或变异对营养素消化、吸收、分布、 代谢和排泄的影响及其对生理功能的影响。
8．基因多态性对营养素需要量的影响。 9．基因多态性对营养相关疾病发生发展和疾病严重
五、营养素与基因相互作用在疾病发生中的作用
(一）营养因素变化与遗传因素进化之间的矛盾 (二）营养素与基因相互作用的模式及在疾病发生
中的作用