分子营养学的研究方法1

第八节分子营养学基础王力营养与食品卫生教研室DepartmentofNutrition&FoodHygiene医学营养学（medicalnutrition）临床医学预防医学临床营养学（clinicalnutrition）分子生物学理论与实验技术的迅速发展自然界万事万物之间的联系解决问题的全面性学科的渗透与交叉一、分子营养学概述分子营养学就是营养学与现代分子生物学原理和技术有机结合而产生的一门新兴边缘学科。在阐述营养素与基因如何相互作用导致营养相关疾病发生发展方面取得了许多重要进展。主要内容1.定义2.研究对象3.研究内容4.发展简史研究营养素与基因之间的相互作用及其对机体健康影响的规律和机制，并据此提出促进健康和防治营养相关疾病措施的一门学科。（一）定义：营养素营养素基因基因(molecularnutrition)----研究营养素对基因表达的调控作用以及对基因组结构和稳定性的影响；----研究遗传因素对营养素消化、吸收、分布、代谢和排泄的决定作用。基因营养素探讨二者相互作用对生物体表型特征(如营养充足、缺乏、相关疾病、先天代谢性缺陷)影响的规律，从而针对不同基因型及其变异、营养素对基因表达的特异调节，制订出营养素需要量、供给量标准和膳食指南，或特殊膳食平衡计划，为促进健康，预防和控制营养缺乏病、营养相关疾病和先天代谢性缺陷提供依据。1、与营养相关的基因结构及其DNA和染色体结构。2、基因表达的过程及其产物（mRNA、蛋白质）3、膳食因素（营养素、植物化学物等其他非营养素）和膳食构成4、机体的健康（二）研究对象：微观---------宏观（三）研究内容1、筛选和鉴定机体对营养素做出应答反应的基因2、明确受膳食因素调节的基因的功能3．研究营养素对基因表达和基因组结构的影响及调节机制．4．鉴定与营养相关疾病有关的基因，并明确在疾病发生发展和严重程度中的作用。12345、利用营养素修饰基因表达或基因结构，以促进有益健康基因的表达，抑制有害健康基因的表达。6、筛选和鉴定机体对营养素反应存在差异的基因多态性或变异。7、基因多态性或变异对营养素消化、吸收、分布、代谢和排泄的影响及对生理功能的影响。5678、基因多态性对营养素需要量的影响。9、基因多态性对营养相关疾病发生发展和严重程度的影响。10．营养素与基因相互作用导致营养相关疾病和先天代谢性缺陷的过程及机制11、生命早期饮食经历对成年后营养相关疾病发生的影响及机制。89101112、根据上述研究结果，为促进健康和防治营养相关疾病，制定膳食干预方案；个体化的营养素需要量；特殊人群的特殊膳食指南及营养素供给量；营养相关疾病病人的特殊食疗配方。13、根据基因与营养素相互作用的原理，构建基因动物，开展基因治疗和以营养素为母体开发治疗营养相关疾病的药物。（四）分子营养学发展简史1、先天代谢性缺陷：如苯丙酮酸尿症（Phenylketonurics，PKU）基因突变营养素代谢和利用障碍膳食中限制苯丙氨酸增加酪氨酸苯丙氨酸羟化酶缺乏苯丙氨酸酪氨酸300多种2、1908年，首例先天代谢性疾病----尿黑酸尿症；3、1975年，美国实验生物学科学家联合会第59届年会首次举行“营养与遗传因素相互作用”专题讨论会；4、1985年，“分子营养学”-----名词首次5、2001年后，进入黄金时期；常染色体隐性遗传病二、营养素对基因表达的调控环境因素，尤其是营养素对基因表达会产生直接或间接作用，营养素修饰基因的表达，改变遗传学命运出现的时间进程.营养素可直接和独立地调节基因表达，从而对营养素功能的认识深入到了基因水平.(一)基因表达的概念和基因表达调控的基本理论1．基因表达的概念基因表达，是指按基因组中特定的结构基因上所携带的遗传信息，经转录、翻译等一系列过程，指导合成特定氨基酸序列的蛋白质而发挥特定生物功能的过程。蛋白翻译（二）营养素调控基因表达的基本途径营养素细胞受体结合调节酶转录因子基因功能基因表达1-以酶为靶标筛选功能因子酶为靶标筛选功能因子成为研究热点酶参与机体的各种代谢活动(消化吸收、代谢排泄、激素调节、造血功能、神经调节、免疫反应）人体发生的任何病变都有酶的作用参与通过促进或者抑制酶的活性可以达到改善生理功能的作用,使疾病得到控制和根治酶与疾病的关系1.血管紧张素转移酶-------高血压2.酪氨酸酶---------------老年癍/黑色素3.一氧化氮合酶-----------心脑血管疾病4.乙酰胆碱酯酶-----------老年痴呆症5.环加氧酶---------------炎症6.醛糖还原酶-------------糖尿病7.黄嘌呤氧化酶-----------痛风8.拓扑异构酶-------------肿瘤受体---细胞膜/细胞内大分子(糖蛋白/脂蛋白)特异性识别和结合细胞外信息分子(配体)-----环腺苷酸载体---信息分子---传送---细胞内---细胞效应药物/激素/神经递质/抗原/病毒受体功能:信息分子(化学信使):2-受体靶标筛选功能因子受体受体(环腺苷酸)特异性识别基团信号分子受体细胞生物效应受体作用模型1.胰岛素受体----------肥胖症2.儿茶酚胺受体--------哮喘病3.肾上腺受体----------心脑血管疾病4.生长因子受体--------恶性肿瘤5.神经递质受体--------神经精神病6.细胞粘附受体--------炎症/血栓形成受体与发病关系受体是功能因子作用的重要靶标之一通过受体阻断开发功能性食品及药物1.Rb与受体具有亲和力2.无内在活性3.防碍化学信使与受体结合4.阻断相应的生物效应5.割断疾病产生源头受体阻断剂(receptorblocker)1.血管紧张素转换酶(ACE)舒缓激肽----分解-----失活物质-----血压升高(舒缓激肽具有降压作用)致病机理:血管紧张素1----(ACE)----血管紧张素21-以酶为靶标筛选功能因子地中海柏木---原花青素;枸杞----降压肽;槟榔/麻黄/淫羊藿/大黄/肉桂/牡丹酮类植物来源的酶抑制剂---血管紧张素转换酶(ACE)抑制剂2.酪氨酸酶致病机理:酪氨酸----(酪氨酸酶)----多巴----多巴氧化----多巴醌----黑色素-----老年癍植物来源的酶抑制剂-酪氨酸酶抑制剂杜鹃科植物熊果黄酮植物来源的酶抑制剂-酪氨酸酶抑制剂3.乙酰胆碱酯酶(AchE)乙酰胆碱----(乙酰胆碱酯酶)----分解导致:1.记忆下降2.重症肌无力3.痴呆症老年痴呆症石杉属植物千层塔提取物植物来源的酶抑制------乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制剂4.环加氧酶(COX-2)---组织损伤后----导致细胞增殖----癌症COX-2---炎症细胞中一种可诱导酶.COX-2抑制凋亡酶活性COX-2凋亡酶车前草分离得乌苏酸植物来源的酶抑制--------环加氧酶(COX)-1/-2抑制剂5.黄嘌呤氧化酶致病机理:黄嘌呤----(黄嘌呤氧化酶)----尿酸---尿酸沉积----高尿酸症----痛风北美落叶松/喇叭花/肉桂/丁香/苷草/万寿菊植物来源的酶抑制------黄嘌呤氧化酶抑制剂6.醛糖还原酶(AR)-----糖代谢中得多元醇通路的限速酶致病机理(AR在高血糖时被激活)葡萄糖----(AR)----山梨醇糖尿病并发症引起细胞损伤是糖尿病后遗症如白内障和神经疾病的主要起因黄酮类水飞蓟/黄连素植物来源的酶抑制剂-------醛糖还原酶(AR)抑制剂植物来源的酶抑制剂-------单胺氧化酶（MAO）抑制剂为最早发现的抗抑郁剂，曾广泛应用，经长期观察，疗效不很理想，且副作用大，故已少用。但对恐怖、焦虑状态可能有效。7.拓扑异构酶1调节DNA空间构象的动态变化2参与DNA复制与转录3催化DNA分子超螺旋和解螺旋的相互变化生物碱拓扑异构酶（Topo)抑制剂-------抗肿瘤药物8.磷酸二酯酶(PDE)环磷酸酰苷(cAMP)/环磷酸鸟苷(cGTP)-----(PDE)----水解----5`-AMP和5`-GTP(无活性)-----心力衰竭/心肌梗死/动脉血栓cAMP和cGTP----细胞内信息传递的第二信使,调节细胞内的各种功能.生物碱植物来源的酶抑制剂--------磷酸二酯酶(PDE)抑制剂9.Na+，K+-ATP酶Na+，K+-ATP酶-----导致体内Na+，K+吸收增多,尿中排Na+，K+减少----肾炎酸摩大黄酚(蒽醌)植物来源的酶抑制剂-----Na+，K+-ATP酶抑制剂10.α-葡萄糖苷酶-----人体对淀粉等碳水化合物的吸收主要依靠该酶的活性抑制a-葡萄糖苷酶---延缓碳水化合物的吸收---降低餐后血糖的波动,对糖尿病及其并发症具有预防作用淀粉/多糖还原端非还原端a-葡萄糖苷酶葡萄糖淀粉/多糖----(a-葡萄糖苷酶)---非还原端切下葡萄糖植物来源的酶抑制剂---α-葡萄糖苷酶抑制剂11.蛋白激酶C(PKC)PKC----细胞膜----信号传递---癌细胞增殖抑制PKC----抑制癌细胞增殖PKC是一种Ca离子和磷脂酰丝氨酸激活的蛋白激酶,在细胞跨膜信号中起传递作用植物来源的酶抑制剂------蛋白激酶C抑制剂12.艾滋病毒(HIV)逆转录酶HIV-----人免疫缺陷病毒HIV逆转录酶----诱发细胞病变----HIV抑制HIV逆转录酶的活性----预防AIDS的途径HIV抑制剂:绿茶---(儿茶素);黄芩---(黄芩苷)苦瓜---(苦瓜碱)肾上腺素能受体导致:高血压、充血性心力衰竭、心率失常、男性前列腺肥大1.肾上腺素能受体2-受体靶标筛选功能因子α1受体阻断剂：静脉血管扩张肾上腺素能受体阻断剂乙酰胆碱能(ACh）受体分二种类型:2.乙酰胆碱能(ACh）受体M型N型M型:血管平滑肌、心肌、腺体细胞眩晕病、感染性休克、心血管N型：植物神经末梢肌肉松弛、肌肉萎缩毒藫碱型（M型)Ach受体阻断剂植物来源的受体阻断剂-------乙酰胆碱能(ACh）受体阻断剂烟碱型（N型)Ach受体阻断剂DA----脑内一种重要的神经递质,参与人类神经的调节DA受体----神经分裂症/帕金森症的主要靶标3.多巴胺(DA)受体主要负责大脑的情欲，感觉，将兴奋及开心的信息传递，也与上瘾有关。阻断神经疾病发生的幻觉/错觉多巴胺(DA)受体阻断剂血管紧张素Ⅱ(AⅡ)与受体结合收缩血管、升压作用阻断血管紧张素Ⅱ(AⅡ)受体－－治疗高血压4.血管紧张素Ⅱ(AⅡ)受体血小板活化因子(PAF)-------血小板/炎症细胞产生的内源性磷脂血小板活化因子(PAF）------血栓、中风、过敏、炎症、免疫功能下降5.血小板活化因子(PAF)受体PAF内源性磷脂免疫功能下降血栓中风过敏炎症植物提取物阻断血小板活化因子(PAF)受体1.《补阳还五汤》清代著名医方：地龙、川芎2.红花提取物3.银杏提取物4.胡椒科植物治疗：中风、血栓等内皮素(ET)----体内活性多肽(强大收缩血管作用)蛇毒、蜂毒、蝎毒－－－与ET有60％--80％的同源性，相关肽由同一组基因演变6.内皮素(ET)受体内皮素(ET)高血压、动脉硬化、心肌梗死、脑血管痉挛蛇毒/蜂毒/蝎毒内皮素(ET)受体阻断剂植物来源的受体阻断剂----内皮素受体阻断剂葡萄科植物枫叶腾提取物从某些抗蛇毒中草药寻找ET拮抗剂三、分子营养学的研究方法1、营养学研究方法2、分子生物学实验技术与方法（Northernblot，RT-PCR,mRNA差异显示，westernblot，基因芯片、基因敲除、转基因动物）3、分子遗传学研究方法4、分子流行病学研究方法5、生物化学研究方法6、细胞生物学研究方法Seeyou！