如何在科学指导下進行营养保健
——营养基因组学与基因组健康

人民政协网 www.rmzxb.com.cn 日期:2009-03-04 02:52



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汪旭






　　基因组损伤与健康的关系
　　人类的基因由DNA构成，人体细胞中一套完整的DNA称为人类基因组(genome)。人类基因组含有约3万个左右的基因、约占总DNA的1％－1.5％，剩余98％以上的序列包含了大量“管理”基因开闭、调控基因功能与表达的重要元件以及尚未揭示功能的DNA。人类基因组DNA的结构和功能状态即基因组健康水平是关乎人体健康状况的最基本的物质基础。
　　在人体整个生命历程中，面临着多种不良内外环境因素的影响和干扰，如辐射、各种来源的物理、化学污染、不当膳食和不良生活习惯等，这些因素构成了人类健康的潜在威胁。其根源之一，是上述因素在适当条件下，与基因组DNA相互作用，导致基因组损伤即基因组稳定性下降，基因组损伤是引起细胞、器官、组织功能异常的重要病因之一。有证据表明，一些不育夫妇基因组损伤程度显著高于正常人；基因组损伤高的夫妻若生育，胎儿出现发育缺陷的几率也较高；癌症患者的基因组损伤比正常人高2－3倍；流行病学已经有明确的证据，基因组高水平损伤预示着10－15年后的癌症高发病率；基因组稳定性下降，还可加速个体衰老、导致遗传损伤相关的退行性疾病如早老性痴呆、帕金森氏病、高血压、心血管疾病、糖尿病、骨质疏松症等疾病的危险度增加。环境因素导致基因组稳定性下降并损害人类健康已经是一个不争的事实。因此，基因组损伤程度的升高即基因组的健康水平下降可作为上述疾病易患性提高的重要标志和预警信号。降低基因组损伤即优化基因组健康状态，可降低相关疾病的危险度。
　　营养对基因组功能的促进作用
　　食物是人类从“环境”中摄取最多的外来物质，膳食成分的多样性、复杂性和功能性也远远超过我们的想象，它们与人类遗传物质相互作用的模式、机理和健康结局存在高度的多样性。探讨膳食中各种组分与基因组相互作用的模式与机理，及其产生的健康效应，是营养学一个崭新的应用学科领域，称之为营养基因组学(nutrigenomics)。理解膳食组分与遗传物质相互作用模式、区别不同个体遗传物质与膳食组分相互作用的差异，预测这些作用引起的健康效应，是我们优化人类基因组、策划个性化营养干预手段、进行基因组健康管理的重要理论依据。
　　膳食中含有的一些维生素和矿物质，称之为微量营养素(micronutrients)，是我们人体必需的营养成分，它们在我们体内各种代谢活动中发挥着重要的、不可或缺的生理功能。越来越多的证据显示，适当地摄入某些微量营养素，并保持其良好的代谢状况能够有效地防范基因组损伤和改进一些基因的功能，进而增强基因组的稳定性。例如维生素C能有效阻止DNA氧化，叶酸、甲硫氨酸等甲基类化合物能通过参与DNA的修饰和DNA合成而影响基因表达和DNA的结构、锌和镁可辅助许多重要酶的正常功能，这些维生素和矿物质缺乏可导致基因组稳定性下降。已有实验证明，某些微量营养素的中度缺乏引起的基因组损伤相当于大剂量环境遗传毒物如致癌剂、紫外辐射与离子辐射等引起的遗传损伤的强度级别。在离体培养的人类淋巴细胞中，当叶酸浓度处于临床检验正常值低限时，对细胞遗传物质的损伤相当于允许安全范围10倍以上的X－射线辐射。
　　众多国内外实验室营养基因组学的研究，已经发现若干微量营养素能影响人类基因组的稳定性，这些微量营养素表现了对基因组的保护或损伤作用。如维生素E、叶酸类物质、钙、视黄醇、烟酸等微量营养素的适量补充，可以使离体培养的人类淋巴细胞的遗传损伤降低1/3~1/2，表现了明确的基因组健康维护效应。
　　营养的“另类”作用
　　然而，我们的遗传物质也存在对某些膳食成分产生“不良反应”、导致遗传损伤的情形；而且，对某些个体有利的营养物质可能并不适宜于其他个体。那么，什么样的膳食结构和营养干预策略可以个性化地改善基因组的状况？首先，我们需要了解营养物质与遗传物质相互作用的一般特性，常规地讲，有利于DNA的正常合成、有利于DNA损伤修复的营养物质多属于老少皆宜的“大众化”通用营养物质；其次，我们需要了解某些微量营养素在一定条件下，具有潜在的遗传损伤能力。分子流行病学和医学遗传学研究已经发现，某些营养物质的中高水平对人类遗传物质无益，如核黄素、生物素、泛酸的摄入量在中等以上水平的个体，出现不同程度的基因组损伤，对于这样一些营养物质的补充，需要特别慎重；此外，我们还需要了解人群中不同的个体对相同的膳食组分存在的反应差异。如叶酸代谢的一个重要酶基因MTHFR的多态性(遗传差异性)，对相应个体的叶酸摄取和利用率有明显的影响，有可能引起叶酸代谢相关的疾病。澳大利亚CSIRO营养健康研究中心与我们的合作研究已经证实甲基类微量营养素如叶酸、5－甲基四氢叶酸缺乏可导致基因组稳定性的下降，且不同的叶酸代谢酶基因多态性也对基因组稳定性有一定影响。因此，建立个性化膳食干预策略，优化人类基因组的稳定性，必须依据人体遗传背景的多样性，有针对性地建立个性化的营养物质需求菜单。临床医学现行的微量营养素推荐日摄取量(RDA)通常是依据预防微量营养素缺乏直接相关的疾病而制定，与维护基因组健康为目标的微量营养素需求还存在一定的差距。
　　基于基因组分析的营养保健
　　随着营养基因组学研究的深入，我们将有可能更新现行的预测、预防疾病的策略，鉴于基因组健康可因营养、生活与工作习惯及环境的改变而发生变化，而微量营养素的适当摄取与正常代谢的维持，有利于维护基因组健康、降低基因组损伤相关的发育异常和各种退行性疾病的危险度，我们因此引入了基因组健康分析(genome　health　analysis)的理念，即在DNA层面对整个基因组健康状态进行诊断、根据个体的基因组健康状况和遗传背景，制定适宜的个性化微量营养素摄取与生活习惯干预策略，最终降低基因组损伤，提高健康水平。
　　基因组健康分析包括DNA整体健康状况的诊断以及受损DNA的逆转策略。当分析发现个体基因组损伤处于较高水平时，可根据该个体某些微量营养素浓度、以及与这些营养物质代谢吸收相关的基因多态性状况，解析导致个体基因组损伤的主要原因，随后量体裁衣地、有针对性地设计个性化微量营养素摄取与生活习惯干预策略，以逆转基因组损伤，提高个体的基因组健康水平。
　　根据营养基因组学的研究成果，科学家们提出了基因组健康诊疗(Genome　Health　Clinics)的概念，通过建立基因组的健康－营养状况－基因型诊断系统，专家可根据个体遗传背景给出营养建议，通过膳食对DNA的影响而优化基因组健康，预防发育和退行性疾病。因此，建立人类基因组健康数据库、开拓以维护基因组健康为目的的微量营养素推荐日摄取量，研发能维护基因组健康的饮食模式、功能食品和强化食品，是公众健康及食品工业发展的重要目标。
　　基因组健康诊疗机构，是针对基因组健康维护提出来的有发展前景的健康管理机构，其以评价基因组损伤诊断和营养状况、建立基因组损伤数据库和专家针对性的个性化营养配置建议为主要内容，以疾病防范为主要目的。澳大利亚CSIRO的科学家们在全球率先开展了这项工作，通过血样生化测试、个体的基因多态性与遗传背景分析、微量营养素的摄入与代谢、基因组损伤状况的评价，综合设计个性化营养干预方案。已有实践证明相关干预后，个体的基因组健康水平有明显提高。我国这方面的工作起步较晚，为数不多的实验室在进行相关研究，而企业进行这方面研究的仅联合基因集团一家。联合基因集团与云南师范大学共同合作的技术项目就是建立中国人基因组健康分析基础数据库。我们希望在不久的将来，中国的基因组健康诊疗工作能成为现实并进一步完善，直接有效地为人民造福。
　　汪旭
　　云南师范大学生命科学学院教授、院长、博导，云南省环境诱变剂学会理事长，中国环境诱变剂学会常务理事，云南省第十一届人大常委。


载自---联合基因---公司新闻---沈阳明博士编辑