分子營養(yǎng)學精

關于分子營養(yǎng)學精

人類對生命現象與本質的認識，經歷了由整個機體水平向器官、組織、細胞、亞細胞結構及分子水平這樣一個逐漸深入的過程。近幾十年，隨著分子生物學理論與實驗技術在生命科學領域的各個學科的滲透及應用，產生了許多新興學科。分子營養(yǎng)學就是營養(yǎng)學與現代分子生物學原理和技術有機結合而產生的一門新興邊緣學科，它在闡述營養(yǎng)素與基因如何相互作用，導致營養(yǎng)相關疾病發(fā)生發(fā)展方面取得了許多重要進展。目前該學科剛具雛形，正處于不斷完善和發(fā)展階段，相信不久的將來，它必將成為一門在理論和實踐方面均具有重要意義的學科。第2頁,共62頁，2024年2月25日，星期天一、分子營養(yǎng)學(molecularnutrition)的定義及發(fā)展簡史第3頁,共62頁，2024年2月25日，星期天(一)分子營養(yǎng)學定義目前關于分子營養(yǎng)學尚無公認的定義。我們暫且定義為：分子營養(yǎng)學主要是研究營養(yǎng)素與基因之間的相互作用。一方面研究營養(yǎng)素對基因表達的調控作用；另一方面研究遺傳因素對營養(yǎng)素消化、吸收、分布、代謝和排泄的決定作用。在此基礎上，探討二者相互作用對生物體表型特征(如營養(yǎng)充足、營養(yǎng)缺乏、營養(yǎng)相關疾病、先天代謝性缺陷)影響的規(guī)律，從而針對不同基因型或變異或針對營養(yǎng)素對基因表達的特異調節(jié)作用，制訂出營養(yǎng)素需要量、供給量標準和膳食指南，或特殊膳食平衡計劃，為促進健康、預防和控制營養(yǎng)缺乏病、營養(yǎng)相關疾病和先天代謝性疾病提供真實、可靠的科學依據。

第4頁,共62頁，2024年2月25日，星期天分子營養(yǎng)學研究內容主要包括：

1．營養(yǎng)素對基因表達的調控作用及調節(jié)機制，從而對營養(yǎng)素的生理功能進行更完全，更深入的認識。

2．如何利用營養(yǎng)素促進有益健康基因的表達和抑制有害健康基因的表達。

3．遺傳變異或基因多態(tài)性對營養(yǎng)素消化、吸收、分布、代謝和排泄的影響。

4．營養(yǎng)素需要量存在個體差異的遺傳學基礎。

5．營養(yǎng)素—基因相互作用導致營養(yǎng)缺乏病、營養(yǎng)相關疾病和先天代謝性缺陷的機理及膳食干預研究。第5頁,共62頁，2024年2月25日，星期天(二)分子營養(yǎng)學的發(fā)展簡史人們對營養(yǎng)素與基因之間相互作用的最初認識，應該始于先天代謝性缺陷。1908年，Dr.ArchibaldE.Garrod在推測尿黑酸尿癥(alcaptonuria)的病因時，首先使用了“先天代謝性缺陷”(inbornerrorsofmetabolism)這個名詞術語，并由此第一個提出了基因—酶的概念(理論)，即一個基因負責調節(jié)一個特異酶的合成。該理論認為，先天代謝性缺陷的發(fā)生是由于基因突變或缺失，導致某種酶缺乏、代謝途徑某個環(huán)節(jié)發(fā)生障礙、中間代謝產物發(fā)生堆積的結果。第6頁,共62頁，2024年2月25日，星期天1948年，Gibson發(fā)現隱性高鐵血紅蛋白血癥(recessivemethemoglobinemia)是由于依賴NADH高鐵血紅蛋白還原酶缺乏所致；1952年，Cori提供證據表明葡萄糖-6-磷酸酶缺乏可導致馮奇爾克癥(VonGierke‘sdisease)；1953年，Jervis的研究表明苯丙酮酸尿癥(phenylketonuria,PKU)的發(fā)生是由于苯丙氨酸羧化酶缺乏所致。到目前為止，已發(fā)現了300多個先天代謝性缺陷。第7頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

先天代謝性缺陷的病因是由于基因突變，導致某種酶缺乏，從而使營養(yǎng)素代謝和利用發(fā)生障礙；反過來講，可針對代謝缺陷的特征，利用營養(yǎng)素來彌補或糾正這種缺陷。如典型的PKU，由于苯丙氨酸羧化酶缺乏，使苯丙氨酸不能代謝為酪氨酸，從而導致苯丙氨酸堆積和酪氨酸減少，因此可在膳食配方中限制苯丙氨酸的含量，增加酪氨酸的含量。先天代謝性缺陷的治療就是營養(yǎng)素與基因之間相互作用的一個早期例子，雖然營養(yǎng)素沒有對基因產生直接作用，但營養(yǎng)素可彌補基因的缺陷。第8頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

由于在先天代謝性疾病研究與治療方面積累了豐富的經驗，并獲得了突出成就，1975年春天，美國實驗生物學科學家聯合會第59屆年會在亞特蘭大舉行了“營養(yǎng)與遺傳因素相互作用”專題討論會。美國國立衛(wèi)生研究所(NIH)營養(yǎng)協調委員會主席ArtemisPSimopoulos博士認為，這是營養(yǎng)學歷史上具有里程碑意義的一次盛會。然而，由于當時受分子生物學發(fā)展的限制，分子營養(yǎng)學的發(fā)展還是非常緩慢的。盡管上個世紀50年代Waltson和Crick提出了DNA雙螺旋模板學說；60年代Monod和Jacob提出了基因調節(jié)控制的操縱子學說；以及70年代初期DNA限制性內切酶的發(fā)現和一整套DNA重組技術的發(fā)展，推動了分子生物學在廣度和深度兩個方面以空前的高速度發(fā)展，但在一段時間還沒有廣泛應用于營養(yǎng)學研究。第9頁,共62頁，2024年2月25日，星期天1985年，還是ArtemisPSimopoulos博士在西雅圖舉行的“海洋食物與健康”的會議上，首次使用了分子營養(yǎng)學這個名詞術語，并在1988年指出，由于分子生物學、分子遺傳學、生理學、內分泌學、遺傳流行病學等所取得快速發(fā)展及向營養(yǎng)學研究領域的滲透，從1988年開始，營養(yǎng)學研究進入了黃金時代。從文獻檢索的情況看，1988年以前的有關營養(yǎng)素與基因之間相互作用的文章寥寥無幾，而從1988年以后，該領域研究的論文與綜述驟然增多，并逐年呈幾何增加的趨勢。發(fā)表文章所涉及的內容大致可分為以下幾類：第10頁,共62頁，2024年2月25日，星期天(1)分子生物學技術在營養(yǎng)學研究中的應用；

(2)分子生物學與營養(yǎng)學結合的必要性；

(3)基因轉錄的代謝調節(jié)；

(4)基因表達的營養(yǎng)(或營養(yǎng)素)調節(jié)；

(5)營養(yǎng)與變異；

(6)基因多態(tài)性與營養(yǎng)素之間的相互作用對營養(yǎng)相關疾病的影響；

(7)基因多態(tài)性對營養(yǎng)素需要量的影響。第11頁,共62頁，2024年2月25日，星期天二、營養(yǎng)素對基因表達的調控第12頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

機體從受孕、細胞分裂、分化到生長發(fā)育，從健康狀態(tài)、疾病狀態(tài)到死亡等一切生命現象，無一不是基因表達的有條不紊調控的結果。而環(huán)境因素，尤其是營養(yǎng)或營養(yǎng)素對基因表達會產生直接或間接作用，從而對上述生命現象產生重要影響。從精子與卵細胞結合的一剎那，就決定了一個個體的遺傳學命運(即決定一個個體所攜帶的遺傳物質，該物質決定了個體的生命特征和含有哪些致病基因及大致什么時間出現疾病、壽命的長短等)。營養(yǎng)素雖然在短時間內不能改變這種遺傳學命運，但可通過營養(yǎng)素修飾這些基因的表達，從而改變這些遺傳學命運出現的時間進程。第13頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

過去在相當長的一段時間內對營養(yǎng)素功能的認識一直停留在生物化學、酶學、內分泌學、生理學和細胞學水平上。雖然已認識到營養(yǎng)素可調控細胞的功能，但一直認為是主要通過調節(jié)激素的分泌和激素信號的傳遞而實現的。只有在上個世紀80年代，才認識到營養(yǎng)素可直接和獨立地調節(jié)基因表達，從而對營養(yǎng)素功能的認識深入到了基因水平。因此深入研究營養(yǎng)素對基因表達的調控不僅對預防疾病，促進健康和長壽有十分重要意義，而且將重新、全面深入地認識營養(yǎng)素的功能。第14頁,共62頁，2024年2月25日，星期天(一)基因表達的概念和基因表達調控的基本理論

1．基因表達的概念所謂基因表達，是指按基因組中特定的結構基因上所攜帶的遺傳信息，經轉錄、翻譯等一系列過程，指導合成特定氨基酸序列的蛋白質而發(fā)揮特定生物功能的過程。第15頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

人體細胞中大約含有10萬個基因，而且對某一個體而言，每一種細胞中都攜帶相同的表達人體所有特征的各種基因，但并不是所有這些基因在所有細胞中同時表達，而必須根據機體的不同發(fā)育階段，不同的組織細胞及不同的功能狀態(tài)，選擇性、程序性地在特定細胞中表達特定數量的特定基因。一般認為同時表達的基因僅占基因總數的10%～15%，這表明存在著控制基因表達的機制。正是由于不同發(fā)育階段和不同組織細胞存在著基因表達的不同調控機制，才決定哪種基因表達或不表達，從而決定了不同發(fā)育階段同一組織細胞具有不同的功能，不同組織細胞具有不同的結構和功能，即基因表達存在發(fā)育階段特異性和組織細胞特異性。由此可見基因表達調控的重要性。第16頁,共62頁，2024年2月25日，星期天2．基因表達調控的基本理論如上所述，真核基因的表達是一個多階段過程，因此，真核基因表達的調控也是在多階段水平來實現的，即大致可分為轉錄前，轉錄、轉錄后、翻譯和翻譯后等5個水平。

(1)轉錄前調控：是指發(fā)生在基因組水平上基因結構的改變。這種調控方式較穩(wěn)定持久，甚至有些是不可逆的，主要見于機體發(fā)育過程中的體細胞分化的決定。其調控方式主要包括：基因丟失、基因擴增、基因重排、甲基化修飾及染色體結構改變等。

(2)轉錄水平調控：是指對以DNA上的特定基因為模板，合成初級轉錄產物這一過程的調節(jié)。轉錄水平的調控是真核基因表達中最重要的環(huán)節(jié)，主要涉及以下三種因素的相互作用。

第17頁,共62頁，2024年2月25日，星期天1)RNA聚合酶(RNApolymerase,RNAPol)真核生物的RNA聚合酶有三種，即RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。其中聚合酶Ⅱ的轉錄產物為mRNA?；蜣D錄是由RNA聚合酶催化完成的，轉錄水平的調控實質就是對RNA聚合酶活性的調節(jié)。因此凡是可影響RNA聚合酶活性的內外因素，均可對基因轉錄進行調節(jié)。

2)順式調控元件(cis-actingelement)為與結構基因串聯的特定的DNA序列，它們對基因轉錄的精確起始和活性調節(jié)起著舉足輕重的作用。順式調控元件一般含有蛋白結合位點。順式調控元件又包括：①啟動子(Promoter)：啟動子是與基因起動有關的核酸序列，位于基因轉錄起始位點5ˊ端，只能在近距離起作用(一般在100bp之間)，有方向性，空間位置較恒定。第18頁,共62頁，2024年2月25日，星期天啟動子又分為以下幾種：

a.Goldberg-Hogness盒(Hogness盒，TATA盒)：其核心序列為TATAATAAT，位于轉錄起始位點上游-30bp附近區(qū)域。TATA盒決定了基因轉錄的精確起始。

b.上游啟動子元件(Upstreampromoterelement,UPS)：主要包括CAAT盒和GC盒。CAAT盒位于轉錄起始位點上游-70～-80bp區(qū)域，其核心序列為GGTCCAATCT。GC盒核心序列為CCGCCC，位置不固定。CAAT盒和GC盒與TATA一樣，都是普通啟動子元件，它們的協同作用決定了基因的基礎轉錄效率。第19頁,共62頁，2024年2月25日，星期天c.組織特異性啟動子：每一種組織細胞都有自身獨有的啟動子，調控細胞特異性功能蛋白的表達。如肝細胞特異性啟動子元件HP1，它們位于白蛋白、抗胰蛋白酶和AFP等肝細胞特異性基因的調控區(qū)，與這些基因在肝細胞的特異性表達有關。

d.誘導性啟動子：如cAMP反應元件等，介導對cAMP、生長因子等信號的反應。第20頁,共62頁，2024年2月25日，星期天②增強子(enhancer)：增強子是一類能促進轉錄活性的順式調控元件，其特點是，無方向性；遠距離作用，距靶基因可近可遠，甚至遠至幾十個Kb也同樣能發(fā)揮作用，可位于基因的上游、下游或內部；無基因特異性，對各種基因啟動子均有作用；具有組織特異性；有相位性，它的作用雖然與距離無關，但只有當它位于DNA雙螺旋的某一相位時，才具有較強活性。③沉寂子(Silencer)或衰減子(dehencer)：其作用是抑制基因的轉錄，作用方式與增強子相似。④加尾信號及轉錄終止信號：在加PolyA尾位點的上游10～20bp處，常見一保守的AATAA序列，為加尾信號；而具有PolyA尾基因的終止信號是G/T簇，其通式為：YGTGTTYY。第21頁,共62頁，2024年2月25日，星期天3)反式作用因子(trans-actingfactor)又稱為反式作用轉錄因子，是由位于不同染色體或同一染色體上相距較遠的基因編碼的蛋白質因子。反式作用因子一般含有兩個結構域：DNA結合結構域(DNA-bindingdomain)，該結構域能與DNA的特定序列結合，因此習慣上反式作用因子也被稱為DNA結合蛋白(DNA-bindingprotein)；轉錄活化結構域，即調節(jié)轉錄活性。反式作用因子與順式調節(jié)元件相結合，從而調節(jié)基因表達第22頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

根據其作用方式，反式作用因子可分為以下三類：①普通轉錄因子：這是在多數細胞中普遍存在的轉錄因子，參與基因的基礎表達。②組織特異性轉錄因子：只在特定細胞存在，并誘導特定基因表達的轉錄因子?；虮磉_的組織特異性在很大程度上取決于組織特異性轉錄因子的存在。③誘導性反式作用因子：這些反式作用因子的活性可被特異的誘導因子所誘導。這種活性的誘導可以是新蛋白質的合成，也可是已存在蛋白質的翻譯后修飾。反式作用因子的活性調節(jié)主要包括：磷酸化-去磷酸化，糖基化，蛋白質-蛋白質相互作用。第23頁,共62頁，2024年2月25日，星期天(3)轉錄后水平的調控：真核基因轉錄后，必須經過一系列的加工過程才能成為成熟的mRNA，對此過程的調節(jié)，稱為轉錄后水平的調控。其調控方式主要包括戴“帽”，加“尾”，拼接(splicing)等。

(4)翻譯水平的調控：翻譯過程主要涉及mRNA，tRNA，核糖體和可溶性蛋白因子四大類物質。其中可溶性蛋白因子可分為肽鏈起始因子、肽鏈延長因子和肽鏈終止因子等。第24頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

翻譯水平的調控主要涉及以下幾個環(huán)節(jié)：

1)對mRNA從細胞核遷移到細胞質過程的調節(jié)。

2)對mRNA穩(wěn)定性調節(jié)。許多因素可影響mRNA穩(wěn)定性，從而影響作為翻譯模板mRNA的數量，最終影響蛋白質表達的數量。

3)對可溶性蛋白質因子的修飾。主要是通過磷酸化作用對肽鏈起始因子、延長因子和終止進行修飾，從而影響翻譯效率。

4)對特異tRNA結合特異氨基酸運輸至mRNA過程的調節(jié)。第25頁,共62頁，2024年2月25日，星期天(5)翻譯后水平的調控。蛋白質合成后，還需經過一系列的加工過程才能成為有活性的功能蛋白質，包括切除信號肽、磷酸化、糖基化、乙酰化等化學修飾，以及蛋白質切割后的連接等。了解基因表達的一些基本理論，對于理解營養(yǎng)對基因表達的調節(jié)是至關重要的第26頁,共62頁，2024年2月25日，星期天(二)營養(yǎng)素對基因表達的調控機制

1．營養(yǎng)素對基因表達的作用特點幾乎所有的營養(yǎng)素對基因的表達都有調節(jié)作用。其作用特點是：一種營養(yǎng)素可調節(jié)多種基因的表達；一種基因表達又受多種營養(yǎng)素的調節(jié)；一種營養(yǎng)素不僅可對其本身代謝途徑所涉及的基因表達進行調節(jié)，還可影響其它營養(yǎng)素代謝途徑所涉及的基因表達；營養(yǎng)素不僅可影響細胞增殖、分化及機體的生長發(fā)育的有關基因表達，而且還可對致病基因的表達產生重要的調節(jié)作用。第27頁,共62頁，2024年2月25日，星期天2．營養(yǎng)素對基因表達的調控水平營養(yǎng)素可在基因表達的所有水平(轉錄前、轉錄、轉錄后、翻譯和翻譯后共5個水平)上對其進行調節(jié)，雖然不同營養(yǎng)素各有其重點或專一調節(jié)水平，但絕大多數營養(yǎng)素對基因表達的調節(jié)發(fā)生在轉錄水平上。

3．營養(yǎng)素對基因表達的調控途徑營養(yǎng)素本身或其代謝產物可作為信號分子，作用于細胞表面受體或直接作用于細胞內受體，從而激活細胞信號轉錄系統(tǒng)，并與轉錄因子相互作用激活基因表達，或直接激活基因表達。第28頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

主要途徑有：①cAMP或cGMP蛋白激酶途徑；②酪氨酸激酶系統(tǒng)；以上兩個途徑主要是通過對一些轉錄因子和/或輔助因子的磷酸化和去磷酸化作用，從而影響這些因子的激活基因轉錄的活性；③離子通道；④和/或磷酸肌苷酸介導的途徑；⑤細胞內受體途徑。細胞內受體可以是催化反應的酶，也可以是基因表達的調控蛋白。大多數營養(yǎng)素對基因表達的調控是通過細胞內受體途徑實現的。實際上，營養(yǎng)素對基因表達的調控過程是相當復雜的，但可以簡化為下列步驟：第29頁,共62頁，2024年2月25日，星期天第30頁,共62頁，2024年2月25日，星期天三、基因多態(tài)性(genepolymorphysm)對營養(yǎng)素吸收代謝和利用的影響第31頁,共62頁，2024年2月25日，星期天DNA結構在不同種類的生物體內存在很大差異，正是這種差異導致了生物物種的多樣性和不同生物之間形態(tài)學特征和生物學特征的巨大差異。而同種生物不同個體之間，DNA結構雖然具有很大的同源性，但仍然存在著差異，也正是這種差異導致了同種生物不同個體之間在形態(tài)學特征和生物學特征方面也存在一定的差異。DNA結構差異包括DNA序列差異和DNA序列長度差異，且這種差異多數發(fā)生在不編碼蛋白質的區(qū)域及沒有重要調節(jié)功能的區(qū)域，少數發(fā)生在蛋白質編碼區(qū)及調節(jié)基因表達的區(qū)域。第32頁,共62頁，2024年2月25日，星期天DNA結構的差異實質是DNA序列某些堿基發(fā)生了突變。在1%～50%的人群中，平均每200～300核苷酸就有一個堿基發(fā)生了突變(或叫變異)，可見個體之間DNA結構存在著很大變異。但由于突變多數發(fā)生在非基因序列，因此多數突變得不到表達，不會產生任何后果；而發(fā)生在基因序列的突變，有些是正常突變，有些是有益的，有些是有害的，甚至是致死的，有些是條件有害的。第33頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

當某些堿基突變在人群中的發(fā)生率不足1%時，稱為罕見的遺傳變異；當某些堿基突變(產生兩種或兩種以上變異的現象)在人群中的發(fā)生率超過1%～2%時，就稱為遺傳多態(tài)性或DNA多態(tài)性；當堿基突變發(fā)生在基因序列時，可產生一個基因的一種以上不同的形式(又稱一個基因的不同基因型)，且在人群中的發(fā)生率超過1%，這種情況稱為基因多態(tài)性。對于人類，大約存在有30%的基因多態(tài)性，也就是說有30%的基因發(fā)生了突變，而70%的基因沒有發(fā)生突變，這就是人類個體之間在許多方面很相似但又有差別的原因。因此，基因多態(tài)性決定了個體之間的差異。如果基因多態(tài)性存在于與營養(yǎng)有關的基因之中，就會導致不同個體對營養(yǎng)素吸收、代謝和利用存在很大差異，并最終導致個體對營養(yǎng)素需要量的不同。下面就以幾個例子來說明上述觀點。第34頁,共62頁，2024年2月25日，星期天(一)維生素D受體(VDR)基因多態(tài)性對鈣吸收及骨密度的影響影響骨質疏松癥發(fā)生的因素很多，包括年齡、性別、不同生理狀態(tài)(婦女絕經前后)、機體營養(yǎng)狀況(特別是鈣攝入水平)、生活方式(飲酒、吸煙、運動)等。但這些環(huán)境因素無法解釋同一國家內和不同國家間骨質疏松癥發(fā)生廣泛存在差異的原因；另一方面家族遺傳性、雙胞胎配對及不同種族之間的比較研究，均說明骨質疏松癥的發(fā)生還存在著遺傳因素的影響。其中由于VDR基因多態(tài)性對鈣吸收及骨密度均有影響，因此有可能成為骨質疏松癥發(fā)生的遺傳因素之一。第35頁,共62頁，2024年2月25日，星期天VDR基因由于堿基突變，形成了三種基因型，即bb基因型、BB基因型和Bb基因型。一項研究發(fā)現，攜帶有BB基因型絕經期婦女，在攝入低鈣膳食時，其鈣吸收量要比攜帶有bb基因型絕經期婦女明顯減少；另一項研究發(fā)現，當每日鈣攝入量在300mg(低)至1500mg(高)之間進行變化時，bb基因型的個體始終比BB基因個體鈣吸收率高。因此認為bb基因型是鈣吸收率高基因型；而BB基因型是鈣吸收率低基因型，這種基因型不能適應低鈣膳食攝入的情況。目前鈣的推薦攝入量(RDA)為800mg～1200mg/天，當RDA為800mg/天時，攜帶有BB基因型的人群，將有相當部分的個體將不能攝入足夠的鈣量，并將出現鈣缺乏現象。因此針對BB基因型人群，鈣的RDA要適當高一些。第36頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

在一項針對72位老年人的18個月的研究發(fā)現，所有9個BB基因型老年人的骨密度均發(fā)生了丟失，而所有26個bb基因型老年人的骨密度均未發(fā)生丟失，而且上述這兩種情況均與鈣的攝入量無關；另外37人的基因型為Bb，這些人骨密度變化隨著鈣攝入量的不同而不同。因此，認為bb基因型是高骨密度基因型，BB基因型是低骨密度基因型，這兩種基因型骨密度對鈣攝入量變化反應不大，甚至與鈣攝入量無關；而攜帶有Bb基因型者骨密度與鈣的攝入量呈劑量反應關系。第37頁,共62頁，2024年2月25日，星期天VDR的三種不同基因型在不同的國家、甚至同一國家的不同種族之間的基因頻率分布是不同的。例如，日本人群中bb基因型約占75%，而BB基因型所占比例較低；高加索人群中bb基因型約占33%，而Bb基因型約占50%。VDR三種基因型在不同種族人群中的不同分布，可說明不同種族人群鈣吸收、骨密度及骨質疏松癥發(fā)生不同的原因；同時既使在同一個種族，VDR三種基因型在人群中也有不同的分布，這可說明個體之間在鈣吸收、骨密度及骨質疏松癥發(fā)生存在差異的原因。因此針對不同的國家、不同的種族及不同的個體，在制訂鈣的推薦攝入量時，應考慮不同基因型的影響。第38頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

如有可能的話，應針對不同的基因型制訂不同的膳食供給量標準。另外，在進行補鈣膳食干預時，也應考慮不同基因型的影響，以便確定哪種基因型人群在補鈣過程中會獲得最大益處，而哪些基因型人群獲益不大、甚至一點效果也沒有，以便有針對性補鈣；而對補鈣效果不明顯的那些基因型人群，則應采取其它的食物或藥物干預，而不是一味盲目補鈣。

(二)亞甲基四氫葉酸還原酶(MTHFR)基因多態(tài)性對葉酸需要量的影響按照目前葉酸的RDI標準，既使某一人群葉酸的供給量達到這一標準，仍有部分個體發(fā)生葉酸缺乏癥狀，其原因是葉酸代謝發(fā)生了障礙。第39頁,共62頁，2024年2月25日，星期天MTHFR催化生物性可逆的還原反應，將5,10-亞甲基四氫葉酸還原為5-甲基四氫葉酸，同時脫去一個甲基供體給同型半胱氨酸，從而合成蛋氨酸。目前研究發(fā)現，MTHFR基因的第677位的堿基發(fā)生了由C→T的突變，從而產生了該基因的三種等位基因多態(tài)性，即C/C，C/T和T/T三種基因型；同時由C→T的突變，造成了該基因所編碼的MTHFR中的氨基酸也發(fā)生了突變，即由Ala(丙氨酸)→Val(纈氨酸)，由此已產生了該酶的三個相應表型，即Ala-Ala(野生型)、Ala-Val(雜合型)、Val-Val(突變純合型)。上述這種突變增加了酶的熱不穩(wěn)定性，使其不能與MTHFR反應中的輔酶(黃素腺嘌呤二核苷酸FAD)結合，而降低了該酶活性。三種酶的活性由高到低的次序為Ala-Ala，Ala-Val，Val-Val，從而使同型半胱氨酸向蛋氨酸的轉化發(fā)生了障礙，導致同型半胱氨酸在血中和尿中濃度增加。

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大量研究已經證實，血中同型半胱氨酸濃度增加，可增加一些疾病發(fā)病危險性：在胎兒和兒童時期，出現神經管缺陷、嚴重的心理發(fā)育遲緩，嚴重時在一周歲內導致死亡；在成年時期，血漿同型半胱氨酸的少量增高(>15mmol/L)被認為是血管疾病的一個獨立危險因素，包括明顯增加心肌梗塞、中風、外周血管疾病和靜脈栓塞的危險性。對攜帶有C/C、C/T和T/T基因型的不同人群血中葉酸和同型半胱氨酸水平進行比較，可發(fā)現攜帶C/C基因型者血中葉酸水平最高，同型半胱氨酸水平最低；攜帶C/T基因型者，血中葉酸水平較高，同型半胱氨酸水平較高；攜帶T/T基因型者，血中葉酸水平最低，同型半胱氨酸水平最高。第41頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

葉酸攝入不足只對攜帶有T/T基因型人群的影響較大，使血中同型半胱氨酸水平升高，而對攜帶有C/C和C/T基因影響不大(雜合表型與野生表型很接近)，而補充大劑量葉酸時可迅速使血漿中同型半胱氨酸水平恢復正常，其機理為高葉酸狀態(tài)可增加不耐熱基因型MTHFR(val-val型MTHFR)的熱穩(wěn)定性，從而增加了該酶活性。因此提示為使T/T基因型人群的同型半胱氨酸代謝正常，應比一般人群攝入更多的葉酸。第42頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

不同種族不同人群的MTHFR三種基因多態(tài)性的分布頻率不同：高加索人群中亞洲人群的T/T基因型約占12%，C/T基因型大于50%；非洲-美洲人群T/T基因發(fā)生率較低，而歐洲高加索人群變異很大。一般認為不同種族不同人群的T/T基因型所占比較范圍為8%～18%(也有認為是5%～15%)，可見這種易出現葉酸缺乏的人群所占的比例還是相當大的，應引起高度重視。第43頁,共62頁，2024年2月25日，星期天(三)載脂蛋白基因多態(tài)性對血脂代謝的影響載脂蛋白是結合血脂并運輸到機體各組織進行代謝和利用的蛋白。大量研究發(fā)現載脂蛋白基因發(fā)生突變，形成不同等位基因型多態(tài)性，并進一步形成不同表型的載脂蛋白，可影響血脂代謝和利用，從而影響高脂血癥、動脈粥樣硬化、心、腦血管疾病的發(fā)病率。下面以APOE基因為例進行介紹。

APOE基因多態(tài)性對血脂代謝的影響目前所制訂的葉酸RDI，是針對一般人群并是在假設這些人群是正常的情況下制訂的，而沒有考慮T/T突變純合型這部分個體的特殊需要，因此為避免葉酸缺乏造成的危害，對這部分特殊人群應制訂更高的葉酸供給量。第44頁,共62頁，2024年2月25日，星期天APOE可與乳糜微粒、乳糜微粒殘余物，VLDL、IDL和HDL等結合形成脂蛋白，并可調控這些脂蛋白與特異受體(APOE受體或APOB、E受體)相結合，以便被代謝或利用，因此在調節(jié)血脂和脂蛋白代謝方面起著非常重要作用。人類的APOE基因位于第19號染色體長臂上，由于某一堿基可被另外兩種堿基替代(發(fā)生在兩個不同位點)，因而出現了三種等位基因，使人群中有6種不同的基因型：3種純合子(E2/E2、E3/E3、E4/E4)；3種雜合子(E2/4，E2/3，E3/4)。相應的人群就有6種APOE表型。第45頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

一般情況下，人群中以APOE3基因所占比較最多，約占78%(其中APOE3/3占50%以上，APOE3/4、E3/2約占20%左右)，APOE4約占14%，APOE2約占7%。因此，一般認為APOE3是野生型，而APOE4、APOE2是變異型。由于APOE不同表型與受體的結合活性不同及自身在體內的代謝速率存在明顯差異；另外APOE不同表型還可影響腸道對膽固醇的吸收率，因此APOE不同表型可影響血脂水平及心腦血管的發(fā)病率。第46頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

有研究報道，人群中LDL膽固醇水平的16%總變異可能與APOE等位基因變異有關。攜帶有APOE等位基因(除APOE3/3外)的人群容易出現高總膽固醇、高LDL膽固醇和Ⅲ型高脂蛋白血癥的傾向，如APOE4攜帶者易出現高膽固醇血癥；而APOE2則容易出現Ⅲ型高脂蛋白血癥和乳糜微粒、VLDL堆積，但其膽固醇水平較低，可能由于LDL形成受阻，以及LDL受體向上調節(jié)，清除膽固醇能力增強。來自不同國家、不同人群的大量研究發(fā)現，在血脂正常的人群中，不同APOE表型者血漿TC、LDL-C水平高低依次是：E4/E4>E4/E3>E3/E3>E3/E2>E2/E2?？梢夾POE表型對血中膽固醇水平有著明顯的影響，而這種影響不受環(huán)境和其它遺傳背景的干擾。第47頁,共62頁，2024年2月25日，星期天APOE等位基因在家族性高膽固醇血癥和冠心病人當中出現的頻率較高。如美國黑人、芬蘭人冠心病患病率較高，他們攜帶有APOE4基因頻率也較高，而攜帶APOE3等位基因頻率較低。因此認為APOE4基因型攜帶者有易患高膽固醇血癥和冠心病的傾向。第48頁,共62頁，2024年2月25日，星期天APOE不同等位基因型對低膽固醇膳食的反應也不相同，有研究發(fā)現，攜帶有APOE4等位基因的芬蘭人，對于攝入膽固醇的反應要比攜帶有APOE2等位基因的芬蘭人要明顯的多；在由高脂膳食向低脂膳食轉變過程中，攜帶有APOE4等位基因的受試者表現出了血清總膽固醇和LDL膽固醇較大幅度的減少，其減少程度比APOE3/3基因型大得多(這是美國人群研究結果)；在美國的另一項研究發(fā)現，具有APOE3/2型的婦女在攝入多不飽和脂肪酸以后血脂異常并沒有得到明顯改善，因為HDL明顯減少，而具有APOE4/3型的男性卻獲得了明顯改善。由以上實驗結果可發(fā)現，APOE4基因型攜帶者可從低脂膳食干預中獲得最大益處。

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近年來，世界范圍內大樣本群體調查發(fā)現，APOE基因型分布在歐美高加索人種以E3/3為常見，其次為E3/4；亞洲蒙古人種也以E3/3為常見，其次為E2/3；我國漢族APOE基因型分布與亞洲蒙古人種相似；而維吾爾族與高加索人相似。了解不同種族、不同人群的APOE基因型分布，有利于針對不同基因型人群采取不同的低脂肪或低膽固醇膳食干預計劃，尤其發(fā)現APOE4攜帶者將助于通過膳食預防和控制心腦血管疾病發(fā)病率。第50頁,共62頁，2024年2月25日，星期天四、營養(yǎng)素與基因相互作用在疾病發(fā)生中的作用第51頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

遠在古代時期，國內外的哲學家和醫(yī)學家就認識到遺傳因素和環(huán)境相互作用，共同影響著人類的健康和疾病的發(fā)生，其中營養(yǎng)素作為環(huán)境中的重要因素之一，它與遺傳因素—基因相互作用導致疾病的證據，不僅可從整個人類社會進化過程中，遺傳因素進化落后于營養(yǎng)因素變化的矛盾中找到一些蛛絲馬跡，還可從現代分子遺傳學、分子流行病學和分子營養(yǎng)學中找到一些線索。第52頁,共62頁，2024年2月25日，星期天(一)營養(yǎng)因素變化與遺傳因素進化之間的矛盾在原始社會，人類主要靠采集、打獵、捕魚為生，經常是饑一頓，飽一頓，在當時這種營養(yǎng)條件作用下，人類的遺傳因素做了適應性變化，即產生了所謂“節(jié)約基因型”，即在食物或能量供應充足的情況下，能最大限度地貯存能量，供缺少食物時使用，以便維持生存。應當說，遺傳因素的改變是為了適應當時的營養(yǎng)條件，從而使人類適應當時的環(huán)境。第53頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

隨著人類社會的進步，食物逐漸豐富起來，這些“節(jié)約基因型”顯然不再有用了，在充足能量和營養(yǎng)作用下，這些基因應該逐漸失活、變異或“關閉”。大多數人適應了營養(yǎng)這種變化，這些基因不再起作用了；而仍有一部分這些基因并沒有“關閉”，仍在起作用，暴露于食物充足的情況下，這些“節(jié)約基因”仍在大量貯存能量，從而導致人類肥胖、糖尿病、心腦血管疾病和高血壓。這部分現在仍攜帶有“節(jié)約基因型”的人群對高脂肪、高能量特別易感，是易感人群。第54頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

大約在舊石器時代晚期(即4萬年以前)，人類的基因型就已確定下來，而且這種基因型的確定是適應了當時的營養(yǎng)狀況的。當時的營養(yǎng)狀況與現代社會(尤其是西方社會)相比，攝入了較高的蛋白質、鈣、鉀和抗壞血酸，而鈉攝入量較低。而現代社會的膳食結構發(fā)生了幾個重要變化，其特征是：(1)能量攝入增加而消耗減少；(2)飽和脂肪、ω-6脂肪酸和反式脂肪酸攝入增加，而ω-3脂肪酸攝入減少；(3)復雜碳水化合物(主要是寡糖)和膳食纖維攝入減少?，F代社會膳食中ω-6脂肪酸/ω-3脂肪酸的比例是20:1～14:1，而不是對人體健康有益的1:1。