营养遗传学与营养基因组学:研究揭示了什么
营养遗传学研究的是基因如何影响人对食物的反应;营养基因组学则研究相反的问题:食物如何开启和关闭基因。研究已经解析了其中许多关联——例如 LCT 与乳糖、MTHFR 与叶酸、CYP1A2 与咖啡因,或 FADS1/FADS2 与 omega-3 脂肪酸。研究还表明,个性化营养建议比一般性建议效果更好。对您的咨询而言,这意味着:基因是有价值的组成部分——与饮食史和测量值相结合,并配以作为合乎逻辑的结论的建议。
7,500 年的牛奶史:营养遗传学的教科书案例
大约 7,500 年前,在中巴尔干地区与中欧之间的某处,农民饲养产奶的家畜——并饮用牛奶。问题在于:当时大多数成年人几乎无法消化乳糖。而携带某种特定基因变异的人却可以。他们因此拥有优势,这种变异也随之扩散开来(Itan 等,PLoS Computational Biology 2009)。
如今我们已经知道确切的位置:在芬兰家系中,LCT 基因上游的 C/T-13910 变异与经生化检测证实的乳糖酶非持续性完全相关(Enattah 等,Nature Genetics 2002)。这种“牛奶变异”在欧洲血统人群中很常见,而在世界许多其他地区则很少见。
一句话概括营养遗传学:同样的食物遇到不同的基因——因而产生不同的作用。而这正是它对您的咨询如此有价值的原因。
食谱与电灯开关:营养遗传学还是营养基因组学?
这两个术语听起来几乎一样,但观察的方向恰好相反:
- 营养遗传学——食谱:您的 DNA 就像一本非常厚的食谱,而每个人都有几道食谱的写法略有不同。营养遗传学关注的问题是:这些差异如何改变您的客户吸收和分解营养素以及对饮食作出反应的方式?
- 营养基因组学——电灯开关:在这里,食物就像一个开关,可以开启和关闭基因。举一个例子:PPARγ 是脂肪细胞形成的控制中心,而其 PPARγ2 形式在人体脂肪组织中的活跃程度,取决于肥胖和营养因素(Deeb 等,Nature Genetics 1998)。
对您的咨询而言,关键是营养遗传学——您与客户讨论的基因分析正是来源于此。营养基因组学则提供了基础:它揭示饮食如何一直作用到细胞内部。
关于用语的说明:在本指南通俗易懂的段落中,我们常说“功能正常的”或“有效的”基因以及“功能受损的”基因。这是有意为之的简化,我们在报告中也采用这种说法。从专业角度讲,我们说的是基因变异(多态性)——即 DNA 中常见的差异,它们使某个基因的效率略高或略低,而不是“坏掉的”基因。
本文回答的是对您作为专业人士而言最重要的问题:研究揭示了什么——您又该如何运用?
个性化的三个层级——每一级都以下面一级为基础
国际营养遗传学/营养基因组学学会(ISNN)将个性化营养描述为一个包含三级台阶的阶梯(Ferguson 等,Journal of Nutrigenetics and Nutrigenomics 2016):
- 一般性指南,按年龄、性别和社会决定因素面向不同人群。
- 个体化营养,结合关于当前状况的信息:身体测量数据、血液与代谢指标、身体活动。
- 基因型导向的营养,额外考虑罕见或常见的基因变异。
每一级都让咨询更加个人化。基因显示的是一个人的倾向。表型——测量值和身体数据——显示的是他目前所处的状况。两者结合,才能为您呈现完整的图景。
证据阶梯:研究如何揭示基因效应
不妨把研究想象成一架梯子。每一级都增添一块拼图——从实验室到日常生活。文献记载充分的基因效应同时立足于多级台阶之上。
| 级别 | 能说明什么 | 示例 |
|---|---|---|
| 1. 功能性实验室研究 | 某个变异是否会减慢或加快人体的某件“工具”(一种酶) | MTHFR 677C>T:酶活性降低(Frosst 等,Nature Genetics 1995) |
| 2. 全基因组关联研究(GWAS) | 在大型群体中,哪些变异与某一性状相关 | 维生素 D 水平与 GC、DHCR7 和 CYP2R1 附近的变异(Wang 等,Lancet 2010) |
| 3. 基因–饮食交互作用 | 基因是否在特定饮食下产生差异 | APOA2 与饱和脂肪(Corella 等 2009,见下文) |
| 4. 按基因分组分析的随机试验 | 某项干预的效果是否因基因而异 | 按 CYP1A2 分组的咖啡因与耐力表现(Guest 等,Medicine & Science in Sports & Exercise 2018) |
| 5. 基于基因的建议的研究 | 获得基因信息的人如何改变饮食 | 获得基于基因的建议后的盐和脂肪摄入(见下文) |
对您的咨询而言,这意味着:对于每一项声称,都要问它立足于哪几级台阶。台阶越多,基础越稳固。
研究基础扎实的领域
对于许多基因–营养素组合,作用机制、反复的观察结果以及部分干预研究彼此高度吻合:
- 乳糖(LCT):即开头的例子——人类遗传学中了解最透彻的关联之一。
- 叶酸(MTHFR):MTHFR 是将叶酸转化为其在血液中主要循环形式的“工具”。677C>T 变异会降低这件工具的活性(Frosst 1995)。一项针对健康女性的荟萃分析发现,血液叶酸水平呈现明显梯度:两个基因拷贝均功能正常(CC)者最高,两个拷贝均功能受损(TT)者最低(Tsang 等,American Journal of Clinical Nutrition 2015)。
- 咖啡因(CYP1A2):CYP1A2 是人体对付咖啡因的“工具”。一种常见变异参与决定这件工具能被“调高”到什么程度——在吸烟者中,AA 基因型者分解咖啡因的速度明显更快(Sachse 等,British Journal of Clinical Pharmacology 1999)。在运动中可以看出这一点有多实用:同样剂量的咖啡因让 AA 携带者在计时赛中骑得更快(Guest 等 2018)。
- Omega-3(FADS1/FADS2):在一项涵盖 8,866 人的全基因组荟萃分析中,这些转化基因中的变异与血液中 omega-3 脂肪酸 ALA、EPA 和 DPA 的水平密切相关(Lemaitre 等,PLoS Genetics 2011)。
所有基因的详细介绍——它们的作用、研究揭示了什么,以及对咨询的意义——详见营养咨询中的关键基因。
精彩之处:基因、饮食与行为
如今的研究已远远超越单个基因。它关注基因与饮食如何共同作用——以及人们如何根据自己的基因知识采取行动:
- 基因–饮食交互作用得到证实:就 APOA2 而言,只有在人们大量摄入饱和脂肪时,CC 基因型才与较高的 BMI 相关——这一结果在三个独立人群中均得到证实。作者称,这是第一个在 BMI 方面得到如此有力且一致的重复验证的基因–饮食交互作用(Corella 等,Archives of Internal Medicine 2009)。
- 个性化胜过一般化:在欧洲 Food4Me 研究中(1,269 名参与者完成了研究),个性化建议——基于个人自身的饮食,部分还结合了测量值和基因——比一般性建议更能改善饮食:更少的红肉、盐和饱和脂肪,更多的叶酸(Celis-Morales 等,International Journal of Epidemiology 2017)。
- 基因知识可以改变行为:携带 ACE 变异、并因此被建议少吃盐的人,在 12 个月后比对照组更大幅度地减少了钠摄入量(Nielsen 和 El-Sohemy,PLoS One 2014)。在 NOW 试验中,只有获得基因信息的组在 12 个月后显著降低了脂肪摄入量(Horne 等,BMJ Nutrition, Prevention & Health 2020)。
- 体重是团队协作:就体重而言,研究已经识别出 97 个基因座(Locke 等,Nature 2015)。没有哪个基因能单独起决定作用——由此可见,优质的分析会综合多个基因。在一项有 302 人参与的Novogenia 内部研究中,采用基于基因的饮食的参与者,减掉的体重约为采用标准饮食者的 2.4 倍。
基因与生活方式如何共同作用,详见基因不是命运:基因与生活方式如何共同作用。
专业学会的建议
- ISNN(2016):遗传图谱的差异会影响营养素需求、代谢以及对饮食的反应。个性化营养应建立在营养遗传学和营养基因组学的扎实知识基础之上——该学会认为自身的职责在于推动科学发展并确保声称有据可依(Ferguson 等 2016)。
- 评估框架(2017):一个专家组制定了一个框架,用于评估某项基因–饮食声称的科学有效性及其是否具有可操作性——作为基于营养遗传学检测提供透明、科学可靠建议的基础(Grimaldi 等,Genes & Nutrition 2017)。
- 美国营养与饮食学会(Academy of Nutrition and Dietetics,美国,2014):营养基因组学揭示了饮食与基因型如何相互作用、共同塑造表型。为此,营养专业人士需要具备基本的遗传学能力;家族史、实验室指标和风险因素仍然是实现个性化的重要工具(Camp 和 Trujillo,Journal of the Academy of Nutrition and Dietetics 2014)。
共同的主线是:营养遗传学应掌握在具备专业能力的人手中,并与饮食史和测量值相结合才能发挥其价值——而这正是您的咨询发挥作用之处。
基因、建议、落实:三个层面
良好的营养遗传学咨询会将三个层面区分开来——然后将它们连接成一个清晰的计划:
| 层面 | 示例 | 含义 |
|---|---|---|
| 1. 基因特征 | LCT 变异与乳糖消化 | 有研究记载——在 Novogenia,每个基因都有至少三项独立研究支持 |
| 2. 建议 | 有意识地选择含乳糖的食物 | 由该特征得出的合乎逻辑的结论 |
| 3. 落实 | 此人在日常生活中实际做出的改变 | 这正是您的指导发挥作用的地方 |
在 Novogenia,我们这样表述:基因分析所测定的基因特征有充分的文献依据——纳入的每个基因都有至少三项独立研究支持。由此推导出的建议是合乎逻辑的结论,未经科学证实。这种清晰会让您在谈话中更可信。更多内容请参阅科学方法说明。
检查清单:如何识别有充分依据的声称
- 规模:该效应是否在大量人群中得到研究?
- 重复验证:独立研究团队是否多次发现了这一效应?
- 血统:研究人群与您的客户是否相符?基因变异在世界各地的频率各不相同——想想那个“牛奶变异”。
- 效应大小:以千克、百分比或分钟计,差异有多大?
- 作用机制:是否已知该基因在体内的作用?
- 明确区分:报告是否区分了基因特征与建议?
对您的咨询而言:基因是一个组成部分
- 基因让图景更完整:与饮食史、身体数据和血液检测值相结合,基因让您的咨询更加个人化。
- 是倾向,而非定论:将结果解释为一种与饮食、运动和环境相互作用的倾向。基因不是命运——您的客户可以采取行动。
- 清晰表述:该特征有文献依据;基于它的建议是合乎逻辑的结论。
- 将医学部分交给医生:与疾病相关的分析——如 HLA-DQ2/DQ8、HFE、APOE 或血栓形成因子——以及药物遗传学属于医学分析。凡国家法律有此要求,它们都应交由医生负责。
如何在谈话中清晰地讲解结果,详见清晰讲解基因报告。
常见问题
营养遗传学与营养基因组学有什么区别?
营养遗传学在科学上是否得到认可?
基因分析对减重有帮助吗?
人们了解自己的基因后会改变饮食吗?
如何判断一项基因声称是否有充分依据?
相关内容: 营养咨询中的关键基因 · 基因不是命运:基因与生活方式如何共同作用 · Novogenia 如何对科学声称进行分级
注意:本指南是面向专业人士的一般性信息,不能替代医疗或法律建议。基因分析所测定的基因特征有充分的文献依据(纳入的每个基因都有至少三项独立研究支持);由此推导出的营养、微量营养素和生活方式建议是合乎逻辑的结论,未经科学证实。法规可能发生变化;错漏及变更除外。
