现代营养学：营养基因组学概述

12.1.1.1　营养基因组学的提出

基因组学（genomics）是指对所有基因进行基因组作图（包括遗传图谱、物理图谱、转录本图谱），核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一门科学，是1986年由美国科学家Thomas Roderick提出的。而营养基因组学最早是由Della Penna提出来的，是利用基因组学研究成果及方法技术来研究与营养的合成、积累、吸收、转运及代谢等有关基因的综合性方法；或者说，它是从分子水平了解营养和膳食构成通过调节基因/蛋白质表达对个体的代谢和健康产生作用一门学科，而这种调节作用的产生也是基于个体不同的遗传基因背景。营养代谢过程从本质上讲取决于细胞或器官众多mRNA表达和众多密码蛋白质的相互作用结果。mRNA水平的改变可导致蛋白质的相应变化，但两者的改变并不总是平行。营养成分如氨基酸、脂肪酸和碳水化合物等都可能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）影响基因的表达，导致mRNA水平和（或）蛋白质水平甚至其功能的改变。

根据2002、2003年国际营养基因组会议上各国专家达成的共识，营养基因组学概括为研究营养素和植物化学物质对人体基因的转录、翻译表达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与基因的交互作用及其对人类健康的影响，研究遗传变异因素对膳食和疾病相互作用过程中或者对营养素需要量的影响，其主要目的是阐明对营养因素产生不同反应的基因变异。通过研究，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政策，进而使营养学研究的成果能够更有效地应用于疾病的预防，促进人类健康。

营养基因组学的提出，在营养学发展史上是具有里程碑意义的，它使得营养学研究能够与其他生物医学研究一样，使用共同的研究“语言”，而且也使营养学进入生物医学研究的核心领域。在传统的营养学中，每次实验通常只能检测几个指标，而现在通过“组学”研究的高通量研究技术，研究者们可以一次性得到大量的数据信息，而如何解释这些数据，并利用这些信息构建容易理解和解释的代谢分布图谱，则是对营养学研究者的一个巨大挑战。

12.1.1.2　营养基因组学研究的特殊性

营养基因组学与其他组学之间存在较大差异。如药物基因组学是研究一种化合物对数量有限的相关基因的作用结局；而营养基因组学则是研究机体对复杂食物的代谢反应，好比在同一时间研究上百种化合物，而且随着作用时间和作用部位的不同还存在较大差异。(www.xing528.com)

人类基因组和人群之间存在的基因多变性是在进化过程中，通过基因突变、基因选择和基因随机漂移而产生的，营养与其他环境因素一样，会对人类基因组产生影响。个体的膳食成分会对基因突变速率和营养素利用效果产生影响，如影响胎儿生存率和调节有害基因损害的外显率。在进化过程中，包括人类在内的哺乳动物必须能够快速适应营养环境的变化，以维持代谢稳定，并满足快速生成ATP以及合成更新和维持细胞组织所需成分的需要。机体对食物可利用性（包括能量和其他各种必需营养素的供给）产生快速和持续反应，其中涉及一系列相互关联的代谢过程，主要受各类激素水平的调节。营养素中的碳水化合物、脂质、蛋白质，以及矿物质如钙，均能直接影响激素分泌，激素再通过特定受体和一系列细胞内信号途径调节细胞功能，这些反应可以发生在几毫秒钟内，也可以持续反应数小时。此外，某些营养素和代谢产物能通过与某些细胞靶点如核转录因子和反应原件相作用而直接影响基因表达，并调节细胞外信号（激素）和细胞内环境信号的协同作用。目前利用先进的“组学”技术和数据分析工具进行相关研究的关键问题是能否重建和理解信号相互作用的基本机制，从而调节细胞转运和贮存营养素的能力，并微调中间产物通过代谢途径和分流点的通量，最终重新构建转录组学和蛋白组学。

12.1.1.3　营养基因组学研究中的转录谱

对哺乳动物进行转录谱研究在高通量基因组研究中一直占主导地位。目前的转录谱试验设计相对比较简单，主要是将细胞或组织置于不同的营养环境中（如缺乏或添加某一种营养素），然后分析基因表达的改变。根据这种试验设计所得结论通常是细胞对不同环境条件的反应伴随一组基因的重叠反应，导致这种结果产生的原因也可能与多个信号通路共同作用有关。转录谱作为营养或营养素依赖性基因表达分析的一种筛选方法，可能有助于通过特殊的处理措施，发现某些新基因或者mRNA片段。但是，通常在对新发现进行生物学解释的时候，建议采用逆转录多聚酶链反应（RT-PCR）或者核酸择交技术（northern blot）对特定的靶基因在mRNA水平的变化上进行分析，因为在多数情况下，芯片分析结果可能会低估转录水平的改变，因此需要通过一些标准方法进行验证。对转录谱的研究是通过发现与膳食调整细胞生理相关的新基因、机制或者通路以探索分子营养学的未知领域。

目前针对整体基因的分析已从基础研究的实验室分析方法，转向成为临床诊断工具。在人类营养学研究领域，基因表达谱的特征性可以用来解释营养状况或者疾病状况，甚至在临床症状出现前就可以发现。基因表达谱技术对提高人类疾病尤其是肿瘤诊断和个体化治疗有应用前景。最近几项综合性研究证明，使用基因表达谱分析可以把肿瘤根据特征分成不同临床亚型，并可预测临床预后。在将基因表达谱方法用于人类营养学研究中也存在多方面的局限性：①能否采用非侵入性技术获取细胞；②人群的遗传异质性；③人群饮食和生活习惯的多样性。