分子营养学的地位和作用 |
| 发布时间：2005-09-13 |
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20世纪50年代DNA双螺旋模板学说的提出、60年代基因调控操纵
分子学说的出现、70年代初期DNA限制性内切酶的发现和一整套DNA体
外重组技术———基因工程技术的发展，推动了分子生物学的迅猛发
展。它使整个生命科学的研究上升到一个全新的阶段。分子微生物学、
分子免疫学、分子生理学、分子病理学、分子药理学、分子心脏病学、
分子神经病学、分子内分泌学以及分子营养学等边缘学科应运而生。
现在，分子营养学研究已引起国内外营养科学工作者的关注并取得长
足的进步。
分子营养学至今还没有一个公认的权威定义，但可以理解为，是
应用分子生物学技术和方法从分子水平上研究营养学的一个新领域，
是营养科学研究的一个层面，是营养科学的一个组成部分或分支。
分子水平主要指生物大分子水平，生物大分子主要指蛋白质与核
酸。一切有生命的物质均含有这两类大分子，它们是生命标志的物质
基础。核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两大类。DNA
是基因的物质基础。从化学结构看，一个基因就是DNA长链上的一个
结构单位，是遗传信息的贮存和携带者。RNA主要参与遗传信息表达
的各个过程。所谓分子水平就是指蛋白质与核酸水平，而且主要指核
酸水平。
从分子水平上研究营养学，也就是从DNA水平或基因乃至蛋白质
水平研究营养学。研究内容遍及营养科学的各个领域。当前的研究热
点主要有：营养与基因表达、营养与遗传、营养与基因组的稳定性等。
分子营养学在营养科学研究中的地位如上所述，分子营养学是营
养科学研究的一个层面，是营养科学的组成部分，是营养科学研究的
一个新兴领域和营养科学的前沿。营养科学研究乃至生命科学研究一般
都是在人群、整体（主要是动物）、细胞和分子四个层面上展开的。
人群层面多采用流行病学方法，以调查研究为主；整体、细胞、分子
层面多采用实验研究。四个层面相辅相成，构成一个营养科学研究的
系统工程。流行病学研究所观察到的现象需要通过实验研究证实，实
验研究通过整体、细胞、分子水平逐步认识现象的本质。分子水平是
实验研究不断发展的产物，它更有助于探索现象的本质。因此，分子
营养学作为营养科学的组成部分，它不仅可以证实营养现象，更重要
的是探索营养现象的内在机制，对营养科学的发展至关重要。
分子营养学在营养科学研究中的作用
分子营养学的形成和历史尚不足30年，但在营养科学研究的诸多
领域已经显示出前所未有的生命力，有力地推动了营养科学的发展。
仅从以下几个方面即可初见端倪。
一、通过营养与基因表达的研究拓宽了对营养素功能的认识
长期以来，人们对营养素的生理功能概括为：提供能量、构成和
修补身体组织、调节生理功能。尽管也强调调节功能，但只是认识到
通过酶和激素的调节。直到上世纪80年代，才认识到营养素作为一种
基因表达的调控物，可以直接和独立地调控基因表达。这不仅对慢性
病的营养防治有重要意义，而且对深入认识营养素的功能及其作用机
制也有重要意义。
例如，通过脂肪酸对基因表达调控的研究，发现脂肪酸不仅是供
能物质和生物膜的重要组成部分，而且可通过细胞膜受体信号途径和
转录因子活化途径调节基因表达等而发挥重要的生理功能。如今，已
发现膳食脂肪及脂肪酸至少可通过3种不同的机制调控基因表达：1．
作为类花生酸的前体物；2．作为核受体的配体；3．调控核内SREBP1
c（固醇调节元件结合蛋白）的含量。
脂肪酸影响基因表达的第二个途径是调控一组被称为过氧化物酶
体增殖子活化受体（PPAR）的核受体。已经发现PPAR有四种亚型，即
α、β、γ1和γ2。这些核受体均为固醇类激素核受体超级家庭中的成员，
能与DNA的基元结合。
PPAR能调控参与脂肪酸代谢的基因的表达。这些基因几乎涉及脂
肪酸代谢的所有方面，如脂肪酸的摄取、脂肪酸的结合、脂肪酸氧化
及脂肪细胞的分化等。除此之外，还参与炎症反应以及细胞的生长和
分化。有趣的是，脂肪酸及其代谢中间产物与PPAR结合，并使PPAR活
化的过程类似于固醇类激素与固醇类激素受体的结合。例如，多不饱和
的n－3脂肪酸活化PPAR后，可以增强过氧化物酶体和微粒体脂肪酸的
氧化。在前脂肪细胞中，类花生酸与PPARγ2结合并使其活化后，可
以使脂肪细胞分化的速率增高，并使脂肪组织对胰岛素的敏感性增高，
改善胰岛素抵抗。
当PPAR作为脂肪酸调控基因表达的靶分子而被研究人员相当关注
后，人们发现这并非是脂肪酸影响基因表达的惟一靶分子。最近的研
究表明，SREBP1c对脂肪酸的调控尤其敏感，其在脂肪酸和甘油三酯
的合成过程中起着十分重要的作用。
又如，通过维生素D对基因表达调控的研究，不仅加深了对维生
素D传统生理功能作用机制的认识，还发现了维生素D的一些新的生理
功能。
已知1，25－（OH）2D3在小肠的主要功用是促进钙、磷吸收；在
肾脏主要是钙磷酸化及钙的重吸收；在骨组织参与骨代谢。现已发现，
主要是由于钙结合蛋白（在小肠），钙结合蛋白D28K（在肾脏），骨
钙蛋白和骨桥蛋白（在骨）等基因上有维生素D反应元件，维生素D可
对上述基因的表达进行调控，从而发挥上述功能。
另外，在传统的靶组织中还发现了一些维生素D新的调节基因，
如发现了锁骨－颅骨发育障碍基因的一个新的转录因子，它主要调节
间质细胞分化成为骨细胞，而1，25－（OH）2D3可在mRNA（信使核糖
核酸）水平上抑制该过程。在对破骨细胞形成研究中，发现了两个新
的维生素调节基因，一个是破骨细胞分化因子、骨蛋白整合素配体基
因，其表达的蛋白属于肿瘤坏死因子家族的膜相关成员；一个是破骨
细胞形成抑制因子、骨蛋白整合素配体基因，其表达的蛋白属于肿瘤
坏死因子家庭的一种分泌型蛋白。前者促进破骨细胞形成，后者可阻止
破骨细胞的形成，1，25－（OH）2D3可抑制该因子的作用。还有，在
非传统靶组织中也发现了维生素D调节基因，可直接抑制粒细胞－巨噬
细胞克隆刺激因子的转录过程，从而具有免疫抑制作用，因此维生素D
及其衍生物可预防和治疗自身免疫性疾病；可抑制生长迅速的肿瘤细
胞、角质细胞的生长，因此临床上常用维生素D衍生物来治疗肿瘤和银
屑病。
据目前所知，几乎所有营养素都参与了基因表达的调控，它们的
实际意义还是有待于发掘。其中研究比较多的有氨基酸、葡萄糖、维
生素A、维生素B6、铁等。
二、通过基因多态性的研究为制订RNI提供了新的思路。
遗传学研究表明，不同人群甚至同一人群不同个体的DNA（脱氧
核糖核酸）存在一定差异。DNA结构的差异包括DNA序列差旌虳NA序
列长度差异。这种差异的实质是
DNA序列的某些碱基发生了突变。当碱基突变发生在基因序列时，
可产生一个基因的一种以上的不同形式（又称一个基因的不同基因型
），且在人群中发生率超过1％时称为基因多态性。例如：维生素D受
体（VDR）基因由于碱基突变形成bb、BB、Bb三种基因型；又如：亚
甲基四氢叶酸还原酶（MTHFR）由于碱基突变形成C／C、C／T、T／T
三种基因型。如果与营养有关的基因存在多态性，就会对不同个体对
营养素的吸收、代谢和利用产生影响，最终导致对营养素需求和耐受
产生差异。这对建立个性化的营养素需要量和膳食指导有重要意义。
例如，叶酸代谢是近年来医学、遗传学和营养学研究的热点之一，
主要是因为人们发现叶酸与神经管畸形、肿瘤和心血管疾病有关。已
知MTHFR是同型半胱氨酸代谢中的关键酶之一，这种酶的活性和热稳定
性都较低。现已证实，这种热不稳定性是由MTHFR基因等677位的碱基
由C→T、1298A→C型等的突变所造成的。MTHFR基因的遗传变异体在
叶酸水平较低时易造成中度的高半胱氨酸血症，这种遗传与营养的交
互作用，增加了心血管疾病的神经管缺陷的危险性。而实验和临床资
料表明，大剂量叶酸补充可以增加体内5－甲基四氢叶酸生成，从而降
低血浆同型半胱氨酸水平，减少心血管疾病的发病和神经管畸形儿童
的出生率。由此推断，就MTHFR基因突变的个体而言，他们对叶酸的
需求要高于普通人群。
又如，骨质疏松现已成为世界关注的健康问题。研究发现，雌激
素受体基因、TGF－β基因、VDR基因的变异均与骨质疏松有关，其中
VDR基因多态性对骨密度峰值的影响达75％。有研究发现，携带有BB
基因型的绝经期妇女，在摄入低钙膳食时，其钙的吸收量明显低于携
带有bb基因型的绝经期妇女；另一项研究发现，当每日摄入钙在300mg
—1000mg之间进行变化时，bb基因型的个体始终比BB基因型个体钙吸
收率高。因此认为，bb基因型是钙吸收率高基因型，而BB基因型是钙
吸收率低基因型。
VDR三种基因型在不同国家乃至同一国家不同种族之间分布频率
是不同的。例如：日本人群中bb基因型约占75％，BB基因型所占比例
较低；高加索人群中bb基因型约占35％，而Bb基因型约占50％。VDR
基因型的不同分布可能是导致钙吸收、利用差异的重要原因。因此，
在制订RNI（膳食营养素推荐摄入量）时应考虑基因多态性。 |
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