2024-06-04
2017年，我國為貫徹落實《“健康中國2030”規劃綱要》，提高國民營養健康水平，制定了《國民營養計劃（2017-2030年）》，積極推動食品營養與健康產業的發展，引導居民形成科學的膳食習慣，高效識別并量化食品中的功能成分，促進功能性食品的研發；推動開展嬰幼兒、學生、老人、臨床慢病病人等膳食營養行動?？梢钥闯?，我國將國民健康居于首位，同時食品營養與健康產業對實施健康中國戰略具有重大作用。
隨著高通量測序技術、生物信息學及人工智能等科技的不斷進步，為食品多組學研究提供了前所未有的可能性。以微生物組學、基因組學、轉錄組學、蛋白質組學以及代謝組學等為核心的多組學技術及其串聯研究，為食品科學提供了前所未有的深度和廣度，使科學家能夠從分子層面全面解析食品的組成、功能及其對人體健康的影響，進而推動食品科學進入大數據時代。多組學理論及技術的廣泛應用，高品質、高營養、高技術含量產品的研發和制造，都是食品營養與健康產業科技創新的展現。隨著食品精準營養與個性化調控逐漸融入產品開發，未來食品也將更安全、更營養、更方便、更美味、更可持續。
多組學在食品營養與健康研究中的應用思路
在食品營養與健康研究中，多組學是一種綜合利用多種技術手段來研究生物體的整體組成和功能的方法。如何應用多組學思路來探究食品營養與健康的關系，可以從以下幾個方面入手：
微生物組學
微生物組學可以幫助研究人員了解腸道菌群對食品代謝和健康的影響。通過對腸道微生物群落的研究，可以發現不同飲食對腸道微生態平衡的影響。微生物多樣性與宏基因組的研究可以揭示腸道微生物與食品營養之間的關聯，為食品和腸道微生物的干預策略提供依據。
基因組學
基因組學可以幫助研究人員了解個體對某些食物的代謝方式。通過對個體的基因組進行測序和分析，結合基因型和表型之間的關聯，可以發現與食品營養和健康相關的基因變異。通過基因組學的研究，可以揭示個體對不同食品的反應差異，了解食品營養與基因之間的相互作用。
轉錄組學
轉錄組學可以揭示在飲食因素影響下，細胞內基因的表達方式。研究人員可以通過分析基因的轉錄產物（mRNA）的表達水平，可以了解不同食品對基因表達的影響。通過轉錄組學的研究，可以識別出受食品營養調控的關鍵基因，從而揭示食品對機體的調控機制。
蛋白質組學
蛋白質組學可以幫助研究人員了解人體內在飲食作用下蛋白質的組成和功能。通過對生物體內蛋白質的組成和功能進行分析，可以了解食品對蛋白質表達和修飾的影響。通過蛋白質組學的研究，可以發現與食品營養相關的重要蛋白質，進一步了解食品對健康的影響。
代謝組學
代謝組學可以對食品中的營養成分進行定性和定量分析，同時也可以幫助研究人員查看人體在消化吸收后，對特定食物成分的代謝產物的變化情況。通過分析生物體內代謝產物的組成和變化，可以了解食品與代謝之間的關系。通過代謝組學的研究，可以揭示不同食品對代謝途徑的調節作用，為食品營養與健康提供更深入的認識。
綜上所述，多組學思路在食品營養與健康研究中的應用可以通過微生物組學、基因組學、轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學等方面來探索食品與健康之間的關系，從而為人們提供更科學的飲食指導和健康管理方案。
食品領域多組學案例分享
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1、Cell Metabolism：多組學聯合揭示豬去氧膽酸治療非酒精性脂肪肝的機制
非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)被認為是一種影響全球約四分之一人口的流行病。但驅動NAFLD發生和發展的病因和病理因素尚未完全闡明。膽汁酸(BAs)是一組由肝細胞內膽固醇合成的兩親性分子，BA-腸道菌群串擾與包括NAFLD在內的代謝性疾病有關，在調節宿主葡萄糖和脂質代謝中起重要作用。前期研究顯示非12α-羥基化膽汁酸、豬膽酸（HCA）和豬脫氧膽酸（HDCA）在調節葡萄糖穩態和預測2型糖尿病未來風險方面具有治療潛力。本文研究了一組由腸道微生物群修飾的膽汁酸（BAs），即豬去氧膽酸（HDCA）species，與非酒精性脂肪肝病的存在和嚴重程度呈負相關。在多種小鼠模型中，HDCA被證實能夠通過抑制腸道的法尼酯X受體（FXR）并上調肝臟的CYP7B1來緩解NAFLD。此外，HDCA顯著增加了益生菌種類如狄氏副擬桿菌的豐度，這種益生菌通過脂肪酸-肝臟過氧化物酶體增殖物激活受體α（PPARα）信號通路增強脂質分解代謝，進而上調肝臟的FXR。這些發現表明，HDCA具有治療NAFLD的潛力，其獨特機制是同時激活肝臟的CYP7B1和PPARα。
2、Carbohydrate Polymers：代謝組+多樣性+蛋白組揭示水溶性羊肚菌多糖保肝活性與潛在機制
酒精性肝?。ˋLD）是由長期過量飲酒引起的，其特征是脂肪在肝臟中積聚，并逐漸發展為脂肪變性，伴有炎癥、肝纖維化和肝硬化。羊肚菌（Morchella esculenta，ME）是一種高營養價值的獨特藥用和食用同源真菌，主要生長在中國、韓國、日本和歐洲闊葉或混交針葉林的腐殖質層中。ME主要用于治療消化不良、痰相關疾病和呼吸急促。在酒精誘導的急性肝損傷小鼠模型中，ME通過調節NF-kB/Nrf2信號通路具有肝臟保護作用。從羊肚菌中提取并純化了水溶性羊肚菌多糖2（MEP2），分子量為959kDa的MEP2具有a→4)-α-D-Glcp-(1→葡聚糖主鏈，并且該分支在H-6位置被α-D-Glcp-(1→4)-α-D-Glcp-(1→殘基和α-D-Glcp-(1→殘基。在慢性酒精誘導的肝損傷小鼠中，MEP2通過Usp10/Nrf2/NF-kB信號通路調節血清代謝產物和腸道微生物群的水平，以抑制炎癥反應和氧化應激，減輕肝損傷。這些數據支持了MEP2作為酒精性肝損傷潛在治療策略的應用。
3、Food&Function：腸道微生物組和代謝組綜合分析揭示植物乳桿菌CBT對結直腸癌的抑制作用
結直腸癌（CRC）是全球癌癥相關死亡的第二大主要原因。腸道菌群的微生態穩定性在預防和治療結直腸癌（CRC）中起著關鍵作用。植物乳桿菌雖然具有安全性和潛在的健康優勢，但其在結直腸癌中的影響機制仍缺乏全面的了解。本研究探討了Lactobacillus plantarum CBT（LP-CBT）是否通過誘導腸道微生物群組成和相關代謝物的改變來預防結直腸癌。通過對腸道微生物組和代謝組的分析，結果表明，LP-CBT通過修復腸道屏障功能抑制AOM/DSS處理小鼠結直腸腫瘤的發生。此外，LP-CBT還降低了促炎細胞因子和抗炎細胞因子。重要的是，LP-CBT通過增加益生菌（糞球菌屬、黏液螺旋菌屬和乳酸桿菌屬）和減少有害菌（多爾氏菌屬、志賀菌屬、另枝桿菌、副普雷沃氏菌屬、擬桿菌屬、薩特氏菌屬、Turisibacter屬、雙歧桿菌屬、梭菌屬、Allobaculum屬）來影響腸道穩態，顯著影響精氨酸的生物合成。因此，LP-CBT處理調節了精氨酸途徑相關的轉化酶和代謝物。此外，利用MC38皮下腫瘤模型進一步證實了LP-CBT對結直腸癌的抑制作用。總的來說，這些發現提供了令人信服的證據，支持LP-CBT作為預防CRC的可行策略的潛力。
食品領域多組學文章集錦
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Nature Communications：多組學分析揭示普洱茶中茶褐素可調節腸道菌群和膽汁酸代謝緩解高膽固醇血癥 Nature Metabolism：多組學分析揭示了節食后體脂反彈和肥胖的機制及其營養干預策略 Nature Metabolism：多組學分析揭示口服靈芝雜萜衍生物改善動脈粥樣硬化新機制！ Theranostics：牛乳來源的細胞外囊泡（mEVs）通過調節小鼠的腸道免疫和腸道菌群來緩解結腸炎的作用機理 Gut Microbes：微生物多樣性+microRNAs揭示膳食甜菜堿通過腸道微生物群驅動的microRNA-378a家族預防肥胖 Carbohydrate Polymers：微生物多樣性+短鏈脂肪酸揭示丙?；咧辨溣衩椎矸鄣捏w外腸道發酵 Food & Function：代謝組+16S揭示花青素提取物調節腸道菌群和血清代謝物改善大鼠II型糖尿病 Frontiers in Pharmacology：非靶代謝組+16S多樣性組成譜+轉錄組聯合分析燈盞花素對小鼠肝損傷的保護作用 Food Chemistry：多樣性+代謝組揭示人參水溶性膳食纖維新功能 Journal of Functional Foods：人參可溶性膳食纖維可調節腸道菌群結構，促進結腸健康，影響大鼠食欲和糖脂代謝
