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两项研究阐明饮食对基因表达和生理的影响

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两项研究阐明饮食对基因表达和生理的影响

发布日期:2020-04-26 作者: 点击:

       有时你就是不能抵挡一块巧克力蛋糕的诱惑,即使有再多的健康意识,人们偶尔也会沉迷于垃圾食品。马萨诸塞大学医学院(UMMS)的一项新研究指出,即使这些偶尔的放纵是很少量的,也可能对基因表达造成重大影响,并给生理和健康带来负面影响。

       UMMS系统生物学项目主任、分子医学教授A.J. Marian Walhout领导了这项研究,相关结果发表在Cell杂志上。在这篇文章中,研究者们阐明了代谢和生理与饮食之间的联系。利用线虫这一模式生物,Walhout博士和他的同事们观察了不同的饮食会对基因表达产生哪些不同的影响,这些基因可能与至关重要的生理变化有关。

       Walhout说:“简单来说,我们发现当线虫以不同类型的细菌为食时,它们能戏剧性地改变自身的基因表达程序,进而导致重要的生理变化。与以大肠杆菌为食的实验室线虫相比,以丛毛单胞菌为天然食物的线虫繁殖力很弱,生命周期短,并且发育很快。”

基因表达

       Walhout和他的同事们确定了线虫在食用以上两种不同的细菌后,发生在它们基因表达上的至少87种变化。令人惊讶的是,这些改变不存在于在营养控制方面通常活跃的TOR和胰岛素信号通路中;相反,这些改变部分发生于决定线虫发育和生长的蜕皮通路中。这一内容为饮食、基因表达和生理学之间提供了关键的联系。这篇文章的第一作者,Walhout实验室的博士后Lesley MacNeil说:“更重要的是,这些在线虫中受饮食影响的调控因子的同源基因也控制了人类的昼夜节律。我们已经知道昼夜节律受饮食影响。这表明我们或许能利用线虫来研究饮食、基因表达和生理之间,以及它们与人类疾病之间的复杂联系。”

       引人注目的是,与只食用大肠杆菌的线虫相比,即使线虫只食用了少量的丛毛单胞菌,它们的基因表达和生理特征都会发生急剧的变化。这些结果提供了有趣的可能性:并不能用健康或不健康来判断不同的饮食规律,而是特定数量的特定食物在某些条件下可能是最理想的,能改善生理效果。

       Walhout说:“在原本不健康的饮食中加入少量健康的食物,就可能带来基因表达方面的有益改变,并产生较大的生理学影响。”

       Walhout实验室的另一项研究利用线虫作为模式系统探索了关于疾病和人类饮食疗法的复杂问题。他们发现,干扰参与线虫代谢的基因表达会导致代谢不平衡,从而干扰了动物的饮食响应,这些结果可能对治疗一系列人类遗传病有直接影响。

       Walhout实验室的Emma Watson博士说:“为了更好的理解饮食影响线虫基因表达的分子机制,我们寻找了对饮食有异常响应的基因,并发现了能整合细胞内部营养需求/失衡与外部可用性是一个大的代谢网络以及调控基因。这些信息进而被传递到线虫的信息处理基因处,导致了异常的响应。”

       这些发现暗示,基因调控网络的存在促进了线虫对内部生理和外部环境的快速响应,进而维持了线虫体内的代谢平衡。有趣的是,线虫中的一个现象与导致人类先天代谢病的突变类似;一种可帮助将营养物质转化为可用形式的酶的基因出现缺陷时会导致这类遗传疾病。这些疾病常常可用通过饮食干预的方法治疗,即避免有毒物质的积累,以及给患者补充可能耗尽的代谢产物。

       根据Walhout所说,我们有可能利用这一线虫中的基因调控网络来类比,了解特定的饮食养生法是如何减轻这些代谢疾病的。另外,它还可以被用来筛选可与饮食治疗产生相同效果的药物或其它小分子。

       尽管Walhout和同事们只是对线虫进行了基础饮食研究,但是他们得到的结果能够直接指导人类的疾病治疗,因为可以将线虫作为模式系统来查明饮食响应、先天代谢疾病的机制,并寻找它们之间的联系。

   “由于很多原因,我们很难回答人类的饮食、基因表达和生理学之间的复杂关系。现在,我们能利用一个非常简单的系统——线虫,来回答关于这些内容的细节问题。”


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关键词:基因表达

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