从营养基因组学看膳食与健康_谌小立(精)

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,它们都能在一定程度上促进健康。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β-胡萝卜素橙黄色蔬菜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钙

乳制品、蔬菜莱菔硫烷花茎甘蓝矿物质

硒谷物、肉、鱼吲哚类吲哚-3-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 China

No.6,2008

2008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、

VC

12

、叶酸、胆碱、多酚、染料木黄酮都会影响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 [6]。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DNA整体低甲基化和自发性肿瘤形成 [5]。

表 2一些生物活性食品成分对 DNA 甲基化的影响 [6]

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 超甲基化纤维不足启动子

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、β-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

κB(NF-κB活化可增加NF-κB调节基因的转录,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。ω-3脂肪酸有抗炎效果,抑制IL-1β、IL-6和TNFα。ω-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-1βmRNA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ω-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 [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PPARα在脂类氧化和炎症中起重要作用,而PPARγ涉及脂肪细胞分化、葡萄糖和脂类贮藏以及炎症,它们都与CVD 危险性相关。

VD通过下调原癌基因c-myc表达并上调癌分化基因 c-fos和c-jun的表达来抗癌。此外VD和VE通过上调c-fos 和c-jun的表达对H

2

O

2

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COX-2mRNA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