分子營養(yǎng)學的研究方法1

第八節(jié)分子營養(yǎng)學基礎王力營養(yǎng)與食品衛(wèi)生教研室DepartmentofNutrition&FoodHygiene醫(yī)學營養(yǎng)學（medicalnutrition）臨床醫(yī)學預防醫(yī)學臨床營養(yǎng)學（clinicalnutrition）營養(yǎng)學分子生物學理論與實驗技術的迅速發(fā)展自然界萬事萬物之間的聯系解決問題的全面性學科的滲透與交叉一、分子營養(yǎng)學概述分子營養(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。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。主要內容1.定義

2.研究對象3.研究內容4.發(fā)展簡史研究營養(yǎng)素與基因之間的相互作用及其對機體健康影響的規(guī)律和機制，并據此提出促進健康和防治營養(yǎng)相關疾病措施的一門學科。（一）定義：營養(yǎng)素營養(yǎng)素基因基因(molecularnutrition)----研究營養(yǎng)素對基因表達的調控作用以及對基因組結構和穩(wěn)定性的影響；----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?；驙I養(yǎng)素探討二者相互作用對生物體表型特征(如營養(yǎng)充足、缺乏、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及其變異、營養(yǎng)素對基因表達的特異調節(jié)，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缺陷提供依據。1、與營養(yǎng)相關的基因結構及其DNA和染色體結構。2、基因表達的過程及其產物（mRNA、蛋白質）3、膳食因素（營養(yǎng)素、植物化學物等其他非營養(yǎng)素）和膳食構成4、機體的健康（二）研究對象：微觀---------宏觀（三）研究內容1、篩選和鑒定機體對營養(yǎng)素做出應答反應的基因2、明確受膳食因素調節(jié)的基因的功能3．研究營養(yǎng)素對基因表達和基因組結構的影響及調節(jié)機制．4．鑒定與營養(yǎng)相關疾病有關的基因，并明確在疾病發(fā)生發(fā)展和嚴重程度中的作用。12345、利用營養(yǎng)素修飾基因表達或基因結構，以促進有益健康基因的表達，抑制有害健康基因的表達。6、篩選和鑒定機體對營養(yǎng)素反應存在差異的基因多態(tài)性或變異。7、基因多態(tài)性或變異對營養(yǎng)素消化、吸收、分布、代謝和排泄的影響及對生理功能的影響。5678、基因多態(tài)性對營養(yǎng)素需要量的影響。9、基因多態(tài)性對營養(yǎng)相關疾病發(fā)生發(fā)展和嚴重程度的影響。10．營養(yǎng)素與基因相互作用導致營養(yǎng)相關疾病和先天代謝性缺陷的過程及機制11、生命早期飲食經歷對成年后營養(yǎng)相關疾病發(fā)生的影響及機制。89101112、根據上述研究結果，為促進健康和防治營養(yǎng)相關疾病，制定膳食干預方案；個體化的營養(yǎng)素需要量；特殊人群的特殊膳食指南及營養(yǎng)素供給量；營養(yǎng)相關疾病病人的特殊食療配方。13、根據基因與營養(yǎng)素相互作用的原理，構建基因動物，開展基因治療和以營養(yǎng)素為母體開發(fā)治療營養(yǎng)相關疾病的藥物。（四）分子營養(yǎng)學發(fā)展簡史1、先天代謝性缺陷：如苯丙酮酸尿癥（Phenylketonurics，PKU）基因突變營養(yǎng)素代謝和利用障礙膳食中限制苯丙氨酸增加酪氨酸苯丙氨酸羥化酶缺乏苯丙氨酸酪氨酸300多種2、1908年，首例先天代謝性疾病----尿黑酸尿癥；3、1975年，美國實驗生物學科學家聯合會第59屆年會首次舉行“營養(yǎng)與遺傳因素相互作用”專題討論會；4、1985年，“分子營養(yǎng)學”-----名詞首次5、2001年后，進入黃金時期；常染色體隱性遺傳病二、營養(yǎng)素對基因表達的調控環(huán)境因素，尤其是營養(yǎng)素對基因表達會產生直接或間接作用，營養(yǎng)素修飾基因的表達，改變遺傳學命運出現的時間進程.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.(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。蛋白翻譯（二）營養(yǎng)素調控基因表達的基本途徑營養(yǎng)素細胞受體結合調節(jié)酶轉錄因子基因功能基因表達1-以酶為靶標篩選功能因子酶為靶標篩選功能因子成為研究熱點酶參與機體的各種代謝活動(消化吸收、代謝排泄、激素調節(jié)、造血功能、神經調節(jié)、免疫反應）人體發(fā)生的任何病變都有酶的作用參與通過促進或者抑制酶的活性可以達到改善生理功能的作用,使疾病得到控制和根治酶與疾病的關系1.血管緊張素轉移酶-------高血壓2.酪氨酸酶---------------老年癍/黑色素3.一氧化氮合酶-----------心腦血管疾病4.乙酰膽堿酯酶-----------老年癡呆癥5.環(huán)加氧酶---------------炎癥6.醛糖還原酶-------------糖尿病7.黃嘌呤氧化酶-----------痛風8.拓撲異構酶-------------腫瘤受體---細胞膜/細胞內大分子(糖蛋白/脂蛋白)特異性識別和結合細胞外信息分子(配體)-----環(huán)腺苷酸載體---信息分子---傳送---細胞內---細胞效應藥物/激素/神經遞質/抗原/病毒受體功能:信息分子(化學信使):2-受體靶標篩選功能因子受體受體(環(huán)腺苷酸)特異性識別基團信號分子受體細胞生物效應受體作用模型1.胰島素受體----------肥胖癥2.兒茶酚胺受體--------哮喘病3.腎上腺受體----------心腦血管疾病4.生長因子受體--------惡性腫瘤5.神經遞質受體--------神經精神病6.細胞粘附受體--------炎癥/血栓形成受體與發(fā)病關系受體是功能因子作用的重要靶標之一通過受體阻斷開發(fā)功能性食品及藥物1.Rb與受體具有親和力2.無內在活性3.防礙化學信使與受體結合4.阻斷相應的生物效應5.割斷疾病產生源頭受體阻斷劑(receptorblocker)1.血管緊張素轉換酶(ACE)舒緩激肽----分解-----失活物質-----血壓升高(舒緩激肽具有降壓作用)致病機理:血管緊張素1----(ACE)----血管緊張素21-以酶為靶標篩選功能因子地中海柏木---原花青素;

枸杞----降壓肽;

檳榔/麻黃/淫羊藿/大黃/肉桂/牡丹酮類植物來源的酶抑制劑

---血管緊張素轉換酶(ACE)抑制劑2.酪氨酸酶致病機理:

酪氨酸----(酪氨酸酶)----多巴----多巴氧化----多巴醌----黑色素-----老年癍植物來源的酶抑制劑-酪氨酸酶抑制劑杜鵑科植物熊果黃酮植物來源的酶抑制劑-酪氨酸酶抑制劑3.乙酰膽堿酯酶(AchE)乙酰膽堿----(乙酰膽堿酯酶)----分解導致:

1.記憶下降

2.重癥肌無力

3.癡呆癥老年癡呆癥石杉屬植物千層塔提取物植物來源的酶抑制

------乙酰膽堿酯酶(AChE)抑制劑4.環(huán)加氧酶(COX-2)

---組織損傷后

----導致細胞增殖----

癌癥COX-2---炎癥細胞中一種可誘導酶.

COX-2抑制凋亡酶活性

COX-2凋亡酶車前草分離得烏蘇酸植物來源的酶抑制

--------環(huán)加氧酶(COX)-1/-2抑制劑5.黃嘌呤氧化酶致病機理:

黃嘌呤----(黃嘌呤氧化酶)----尿酸

---尿酸沉積----高尿酸癥----痛風北美落葉松/喇叭花/肉桂/丁香/苷草/萬壽菊植物來源的酶抑制

------黃嘌呤氧化酶抑制劑6.醛糖還原酶(AR)

-----糖代謝中得多元醇通路的限速酶致病機理(AR在高血糖時被激活)葡萄糖----(AR)----山梨醇糖尿病并發(fā)癥引起細胞損傷是糖尿病后遺癥如白內障和神經疾病的主要起因

黃酮類水飛薊/黃連素植物來源的酶抑制劑

-------醛糖還原酶(AR)抑制劑植物來源的酶抑制劑

-------單胺氧化酶（MAO）抑制劑為最早發(fā)現的抗抑郁劑，曾廣泛應用，經長期觀察，療效不很理想，且副作用大，故已少用。但對恐怖、焦慮狀態(tài)可能有效。7.拓撲異構酶1調節(jié)DNA空間構象的動態(tài)變化2參與DNA復制與轉錄3催化DNA分子超螺旋和解螺旋的相互變化生物堿拓撲異構酶（Topo)抑制劑

-------抗腫瘤藥物8.磷酸二酯酶(PDE)環(huán)磷酸酰苷(cAMP)/環(huán)磷酸鳥苷(cGTP)-----(PDE)----水解----5`-AMP和5`-GTP(無活性)-----心力衰竭/心肌梗死/動脈血栓cAMP和cGTP----細胞內信息傳遞的第二信使,調節(jié)細胞內的各種功能.生物堿植物來源的酶抑制劑

--------磷酸二酯酶(PDE)抑制劑9.Na+，K+-ATP酶

Na+，K+-ATP酶-----導致體內Na+，K+吸收增多,尿中排Na+，K+減少----腎炎酸摩大黃酚(蒽醌)植物來源的酶抑制劑

-----Na+，K+-ATP酶抑制劑10.α-葡萄糖苷酶-----人體對淀粉等碳水化合物的吸收主要依靠該酶的活性抑制a-葡萄糖苷酶---延緩碳水化合物的吸收---降低餐后血糖的波動,對糖尿病及其并發(fā)癥具有預防作用淀粉/多糖還原端非還原端a-葡萄糖苷酶葡萄糖淀粉/多糖----(a-葡萄糖苷酶)---非還原端切下葡萄糖植物來源的酶抑制劑

---α-葡萄糖苷酶抑制劑11.蛋白激酶C(PKC)PKC----細胞膜----信號傳遞---癌細胞增殖抑制PKC----抑制癌細胞增殖PKC是一種Ca離子和磷脂酰絲氨酸激活的蛋白激酶,在細胞跨膜信號中起傳遞作用植物來源的酶抑制劑

------蛋白激酶C抑制劑12.艾滋病毒(HIV)逆轉錄酶HIV-----人免疫缺陷病毒HIV逆轉錄酶----誘發(fā)細胞病變----HIV抑制HIV逆轉錄酶的活性----預防AIDS的途徑HIV抑制劑:綠茶---(兒茶素);黃芩---(黃芩苷)苦瓜---(苦瓜堿)腎上腺素能受體導致:高血壓、充血性心力衰竭、心率失常、男性前列腺肥大1.腎上腺素能受體2-受體靶標篩選功能因子α1受體阻斷劑：靜脈血管擴張腎上腺素能受體阻斷劑乙酰膽堿能(ACh）受體分二種類型:2.乙酰膽堿能(ACh）受體M型N型M型:血管平滑肌、心肌、腺體細胞眩暈病、感染性休克、心血管N型：植物神經末梢肌肉松弛、肌肉萎縮毒藫堿型（M型)Ach受體阻斷劑植物來源的受體阻斷劑

-------乙酰膽堿能(ACh）受體阻斷劑煙堿型（N型)Ach受體阻斷劑DA----腦內一種重要的神經遞質,參與人類神經的調節(jié)DA受體----神經分裂癥/帕金森癥的主要靶標3.多巴胺(DA)受體主要負責大腦的情欲，感覺，將興奮及開心的信息傳遞，也與上癮有關。阻斷神經疾病發(fā)生的幻覺/錯覺多巴胺(DA)受體阻斷劑血管緊張素Ⅱ(AⅡ)與受體結合收縮血管、升壓作用阻斷血管緊張素Ⅱ(AⅡ)受體－－治療高血壓4.血管緊張素Ⅱ(AⅡ)受體血小板活化因子(PAF)-