兩項(xiàng)研究闡明飲食對(duì)基因表達(dá)和生理的影響

有時(shí)你就是不能抵擋一塊巧克力蛋糕的誘惑，即使有再多的健康意識(shí)，人們偶爾也會(huì)沉迷于垃圾食品。馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院（UMMS）的一項(xiàng)新研究指出，即使這些偶爾的放縱是很少量的，也可能對(duì)基因表達(dá)造成重大影響，并給生理和健康帶來(lái)負(fù)面影響。

UMMS系統(tǒng)生物學(xué)項(xiàng)目主任、分子醫(yī)學(xué)教授A.J. Marian Walhout領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Cell雜志上。在這篇文章中，研究者們闡明了代謝和生理與飲食之間的。利用線蟲(chóng)這一模式生物，Walhout博士和他的同事們觀察了不同的飲食會(huì)對(duì)基因表達(dá)產(chǎn)生哪些不同的影響，這些基因可能與至關(guān)重要的生理變化有關(guān)。

Walhout說(shuō)：“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)線蟲(chóng)以不同類(lèi)型的細(xì)菌為食時(shí)，它們能戲劇性地改變自身的基因表達(dá)程序，進(jìn)而導(dǎo)致重要的生理變化。與以大腸桿菌為食的實(shí)驗(yàn)室線蟲(chóng)相比，以叢毛單胞菌為天然食物的線蟲(chóng)繁殖力很弱，生命周期短，并且發(fā)育很快。”
Walhout和他的同事們確定了線蟲(chóng)在食用以上兩種不同的細(xì)菌后，發(fā)生在它們基因表達(dá)上的至少87種變化。令人驚訝的是，這些改變不存在于在營(yíng)養(yǎng)控制方面通常活躍的TOR和胰島素信號(hào)通路中；相反，這些改變部分發(fā)生于決定線蟲(chóng)發(fā)育和生長(zhǎng)的蛻皮通路中。這一內(nèi)容為飲食、基因表達(dá)和生理學(xué)之間提供了關(guān)鍵的。這篇文章的*作者，Walhout實(shí)驗(yàn)室的博士后Lesley MacNeil說(shuō)：“更重要的是，這些在線蟲(chóng)中受飲食影響的調(diào)控因子的同源基因也控制了人類(lèi)的晝夜節(jié)律。我們已經(jīng)知道晝夜節(jié)律受飲食影響。這表明我們或許能利用線蟲(chóng)來(lái)研究飲食、基因表達(dá)和生理之間，以及它們與人類(lèi)疾病之間的復(fù)雜。”

引人注目的是，與只食用大腸桿菌的線蟲(chóng)相比，即使線蟲(chóng)只食用了少量的叢毛單胞菌，它們的基因表達(dá)和生理特征都會(huì)發(fā)生急劇的變化。這些結(jié)果提供了有趣的可能性：并不能用健康或不健康來(lái)判斷不同的飲食規(guī)律，而是特定數(shù)量的特定食物在某些條件下可能是的，能改善生理效果。

Walhout說(shuō)：“在原本不健康的飲食中加入少量健康的食物，就可能帶來(lái)基因表達(dá)方面的有益改變，并產(chǎn)生較大的生理學(xué)影響。”
Walhout實(shí)驗(yàn)室的另一項(xiàng)研究利用線蟲(chóng)作為模式系統(tǒng)探索了關(guān)于疾病和人類(lèi)飲食療法的復(fù)雜問(wèn)題。他們發(fā)現(xiàn)，干擾參與線蟲(chóng)代謝的基因表達(dá)會(huì)導(dǎo)致代謝不平衡，從而干擾了動(dòng)物的飲食響應(yīng)，這些結(jié)果可能對(duì)治療一系列人類(lèi)遺傳病有直接影響。

Walhout實(shí)驗(yàn)室的Emma Watson博士說(shuō)：“為了更好的理解飲食影響線蟲(chóng)基因表達(dá)的分子機(jī)制，我們尋找了對(duì)飲食有異常響應(yīng)的基因，并發(fā)現(xiàn)了能整合細(xì)胞內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)需求/失衡與外部可用性是一個(gè)大的代謝網(wǎng)絡(luò)以及調(diào)控基因。這些信息進(jìn)而被傳遞到線蟲(chóng)的信息處理基因處，導(dǎo)致了異常的響應(yīng)。”

根據(jù)Walhout所說(shuō)，我們有可能利用這一線蟲(chóng)中的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)來(lái)類(lèi)比，了解特定的飲食養(yǎng)生法是如何減輕這些代謝疾病的。另外，它還可以被用來(lái)篩選可與飲食治療產(chǎn)生相同效果的藥物或其它小分子。

盡管Walhout和同事們只是對(duì)線蟲(chóng)進(jìn)行了基礎(chǔ)飲食研究，但是他們得到的結(jié)果能夠直接指導(dǎo)人類(lèi)的疾病治療，因?yàn)榭梢詫⒕€蟲(chóng)作為模式系統(tǒng)來(lái)查明飲食響應(yīng)、先天代謝疾病的機(jī)制，并尋找它們之間的。

“由于很多原因，我們很難回答人類(lèi)的飲食、基因表達(dá)和生理學(xué)之間的復(fù)雜關(guān)系。現(xiàn)在，我們能利用一個(gè)非常簡(jiǎn)單的系統(tǒng)——線蟲(chóng)，來(lái)回答關(guān)于這些內(nèi)容的細(xì)節(jié)問(wèn)題。

這些發(fā)現(xiàn)暗示，基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的存在促進(jìn)了線蟲(chóng)對(duì)內(nèi)部生理和外部環(huán)境的快速響應(yīng)，進(jìn)而維持了線蟲(chóng)體內(nèi)的代謝平衡。有趣的是，線蟲(chóng)中的一個(gè)現(xiàn)象與導(dǎo)致人類(lèi)先天代謝病的突變類(lèi)似；一種可幫助將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可用形式的酶的基因出現(xiàn)缺陷時(shí)會(huì)導(dǎo)致這類(lèi)遺傳疾病。這些疾病常常可用通過(guò)飲食干預(yù)的方法治療，即避免有毒物質(zhì)的積累，以及給患者補(bǔ)充可能耗盡的代謝產(chǎn)物。
有時(shí)你就是不能抵擋一塊巧克力蛋糕的誘惑，即使有再多的健康意識(shí)，人們偶爾也會(huì)沉迷于垃圾食品。馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院（UMMS）的一項(xiàng)新研究指出，即使這些偶爾的放縱是很少量的，也可能對(duì)基因表達(dá)造成重大影響，并給生理和健康帶來(lái)負(fù)面影響。

UMMS系統(tǒng)生物學(xué)項(xiàng)目主任、分子醫(yī)學(xué)教授A.J. Marian Walhout領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Cell雜志上。在這篇文章中，研究者們闡明了代謝和生理與飲食之間的。利用線蟲(chóng)這一模式生物，Walhout博士和他的同事們觀察了不同的飲食會(huì)對(duì)基因表達(dá)產(chǎn)生哪些不同的影響，這些基因可能與至關(guān)重要的生理變化有關(guān)。

Walhout說(shuō)：“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)線蟲(chóng)以不同類(lèi)型的細(xì)菌為食時(shí)，它們能戲劇性地改變自身的基因表達(dá)程序，進(jìn)而導(dǎo)致重要的生理變化。與以大腸桿菌為食的實(shí)驗(yàn)室線蟲(chóng)相比，以叢毛單胞菌為天然食物的線蟲(chóng)繁殖力很弱，生命周期短，并且發(fā)育很快。”

Walhout和他的同事們確定了線蟲(chóng)在食用以上兩種不同的細(xì)菌后，發(fā)生在它們基因表達(dá)上的至少87種變化。令人驚訝的是，這些改變不存在于在營(yíng)養(yǎng)控制方面通常活躍的TOR和胰島素信號(hào)通路中；相反，這些改變部分發(fā)生于決定線蟲(chóng)發(fā)育和生長(zhǎng)的蛻皮通路中。這一內(nèi)容為飲食、基因表達(dá)和生理學(xué)之間提供了關(guān)鍵的。這篇文章的*作者，Walhout實(shí)驗(yàn)室的博士后Lesley MacNeil說(shuō)：“更重要的是，這些在線蟲(chóng)中受飲食影響的調(diào)控因子的同源基因也控制了人類(lèi)的晝夜節(jié)律。我們已經(jīng)知道晝夜節(jié)律受飲食影響。這表明我們或許能利用線蟲(chóng)來(lái)研究飲食、基因表達(dá)和生理之間，以及它們與人類(lèi)疾病之間的復(fù)雜。”

引人注目的是，與只食用大腸桿菌的線蟲(chóng)相比，即使線蟲(chóng)只食用了少量的叢毛單胞菌，它們的基因表達(dá)和生理特征都會(huì)發(fā)生急劇的變化。這些結(jié)果提供了有趣的可能性：并不能用健康或不健康來(lái)判斷不同的飲食規(guī)律，而是特定數(shù)量的特定食物在某些條件下可能是的，能改善生理效果。

Walhout說(shuō)：“在原本不健康的飲食中加入少量健康的食物，就可能帶來(lái)基因表達(dá)方面的有益改變，并產(chǎn)生較大的生理學(xué)影響。”

Walhout實(shí)驗(yàn)室的另一項(xiàng)研究利用線蟲(chóng)作為模式系統(tǒng)探索了關(guān)于疾病和人類(lèi)飲食療法的復(fù)雜問(wèn)題。他們發(fā)現(xiàn)，干擾參與線蟲(chóng)代謝的基因表達(dá)會(huì)導(dǎo)致代謝不平衡，從而干擾了動(dòng)物的飲食響應(yīng)，這些結(jié)果可能對(duì)治療一系列人類(lèi)遺傳病有直接影響。

Walhout實(shí)驗(yàn)室的Emma Watson博士說(shuō)：“為了更好的理解飲食影響線蟲(chóng)基因表達(dá)的分子機(jī)制，我們尋找了對(duì)飲食有異常響應(yīng)的基因，并發(fā)現(xiàn)了能整合細(xì)胞內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)需求/失衡與外部可用性是一個(gè)大的代謝網(wǎng)絡(luò)以及調(diào)控基因。這些信息進(jìn)而被傳遞到線蟲(chóng)的信息處理基因處，導(dǎo)致了異常的響應(yīng)。”

根據(jù)Walhout所說(shuō)，我們有可能利用這一線蟲(chóng)中的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)來(lái)類(lèi)比，了解特定的飲食養(yǎng)生法是如何減輕這些代謝疾病的。另外，它還可以被用來(lái)篩選可與飲食治療產(chǎn)生相同效果的藥物或其它小分子。

盡管Walhout和同事們只是對(duì)線蟲(chóng)進(jìn)行了基礎(chǔ)飲食研究，但是他們得到的結(jié)果能夠直接指導(dǎo)人類(lèi)的疾病治療，因?yàn)榭梢詫⒕€蟲(chóng)作為模式系統(tǒng)來(lái)查明飲食響應(yīng)、先天代謝疾病的機(jī)制，并尋找它們之間的。

“由于很多原因，我們很難回答人類(lèi)的飲食、基因表達(dá)和生理學(xué)之間的復(fù)雜關(guān)系。現(xiàn)在，我們能利用一個(gè)非常簡(jiǎn)單的系統(tǒng)——線蟲(chóng)，來(lái)回答關(guān)于這些內(nèi)容的細(xì)節(jié)問(wèn)題。

這些發(fā)現(xiàn)暗示，基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的存在促進(jìn)了線蟲(chóng)對(duì)內(nèi)部生理和外部環(huán)境的快速響應(yīng)，進(jìn)而維持了線蟲(chóng)體內(nèi)的代謝平衡。有趣的是，線蟲(chóng)中的一個(gè)現(xiàn)象與導(dǎo)致人類(lèi)先天代謝病的突變類(lèi)似；一種可幫助將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可用形式的酶的基因出現(xiàn)缺陷時(shí)會(huì)導(dǎo)致這類(lèi)遺傳疾病。這些疾病常常可用通過(guò)飲食干預(yù)的方法治療，即避免有毒物質(zhì)的積累，以及給患者補(bǔ)充可能耗盡的代謝產(chǎn)物。