摘要：近些年来，随着分子生物学的发展，基因组学、营养基因组学等新兴学科在生命科学领域得到应用，并迅速成为营养学研究的新前沿。应用营养基因组学建立运动员营养素利用效率的评价体系和方法，将为更深一步认识运动过程中营养素如何影响代谢途径和机体稳态控制，发现与营养有关分子调节与基因型的关系提供有效的科学依据。重点介绍营养基因组学的最新研究与内容，并对其在运动营养学领域中的研究趋势作一展望。
关键词：基因组学；营养基因组学I运动营养
中图分类号：G804.7 文章编号：1009-783X(2008)03-0056-03 文献标识码：A
竞技体育对运动员体能等方面的要求越来越高，缺乏科学指导的训练和没有营养学辅助的单纯“苦练”已经无法保证运动员在竞赛中取胜。运动疲劳的延迟及恢复已成为保证训练效果的关键。因此，采取有效的营养学补充及恢复手段，将成为科学化训练的重要环节。营养基因组学主要研究营养素对人体基因的转录、翻译、表达以及代谢机制，对体育科学的发展尤其是运动营养学的研究将起到重要推动作用。
1 基因组学及营养基因组学概述
1．1 基因组学及营养基因组学概念的提出
基因组学(Genomics)是指对所有基因进行基因组作图(包括遗传图谱、物理图谱、转录本图谱)，核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一门科学。是1986年由美国科学家Thomas Roderick提出的。营养基因组学这一概念最先由Della Penna提出，是利用基因组学研究成果及方法技术来发现与营养的合成、积累、吸收、转运及代谢等有关基因的综合性方法。简而言之，营养基因组学将主要研究在分子水平上以及人群水平上膳食营养与基因的相互作用及其对人类健康的影响，并将致力于建立基于个体基因组结构特征上的膳食干预方法和营养保健手段，提出更具个性化的营养策略，从而使得营养学研究的成果能够更有效地应用于疾病预防，促进人类健康。
1．2 营养学及营养基因组学的发展
1900年至今，随着营养学研究的不断深入，主要经历了3个阶段：(1)机体生物学时代：不断地认识着大量营养素、维生素和矿物元素的代谢途径与作用，特别是营养素在代谢中作用及作为酶辅助因子的功能；(2)细胞时代：主要研究营养素在体内代谢、生理功能及其对组织细胞的影响；(3)进入21世纪后，在世界多国科学家的共同努力下，人类及模式生物的基因组草图、基因组序列图相继绘制完成，为人类阐明基因组及所有基因的结构与功能揭开生命奥秘奠定了基础。人类基因组测序完成后，研究的重点已由测序与辩识基因深入到探察基因的功能，即从基因序列信息中开发利用具有潜在医用价值的基因与编码蛋白，阐明基因在代谢中的作用。营养科学也由对单个基因表达及其作用的分析，开始朝着基因组及其表达产物在代谢调节中的作用研究即营养基因组方向发展。
1．3 营养基因组学研究的特征及主要内容
基因表达是一个复杂的过程，营养作为一种环境因素，不仅可以作每个环节的参与者，还可作为基因表达的调控者，其关键作用之一在于探讨特殊基因多态性和营养素个体化反应之间的联系。由于一个人的基因背景决定了其对某种营养的需要量及可承受量。因此，要实现人类营养健康，必须解决营养来源及营养摄入最适度的问题，而营养基因组学正是解决这类问题的强有力的工具。
营养基因组学一个显著特征是能够监测极大数目的分子表达、基因变异等，该学科涵盖了一个广泛的领域，其主要研究内容包括以下几个方面：(1)探索营养素调控特殊基因产物的产生与作用机制，以及蛋白产物对营养素的反馈作用；(2)研究营养素和基因表达的相互影响；(3)利用DNA微阵列和RT-PCR等技术，研究基因产物的特性和这些产物的生理功能及相互关系；(4)基于个体对象的基因型特征，预测其对营养素的反应，以提供个体化膳食营养建议；(5)检测和操纵植物中的微量营养代谢途径，为鉴定对人类营养有重要作用的植物次级代谢途径的相关基因提供依据。
2 营养基因组学模式的建立与运动营养学
2．1 运动营养学研究中存在的问题及解决方案
营养研究的核心是了解机体如何利用食物中的营养素以及营养素对组织细胞功能的调节作用，迄今积累的大量营养学研究结果，奠定了营养学的基本原理与认识的基础，但由于运动营养学在运动医学中起步较晚。因此，在早期的运动竞赛中，对于运动营养的知识，仅仅是根据获胜运动员的饮食习惯来推测，还未从科学上加以认识。传统的对营养素作用研究多是基于养分、剂量对机体表观性状及体内生理生化指标变化的反应，由于观察这些指标和种类有限，使得可捕捉、获得的信息量少，特别是难以完整地获得不同代谢途径关系的信息，影响了对营养素功能的全面客观认识，存在较大的局限性，而如果能明确营养素直接调控的基因，并进行多组间的比较与分析，采用分子生物学方法，从DNA、mRNA及转录产物蛋白质水平，研究营养素对细胞中众多基因的调控，将有助于揭示营养素的功能，这在方法学上是一次革命性的转变。
2．2 营养基因组学模式的建立在运动营养学中应用及意义
营养素作为一种调控因素或调控物，可通过激素、细胞因子和生长因子一第二信使或细胞信号转导系统与特定的转录因子相互作用激活基因表达。从本质上讲，营养代谢过程取决于细胞或器官众多mRNA分子表达和众多密码蛋白质的相互作用。通过营养与基因表达的研究拓宽了对营养素功能的认识，营养基因组学模式的建立是基于营养素或药物与基因相互作用的研究，在运动营养学中可被用于以下几个方面：(1)针对个体运动员或者普通人提供有关营养状况的，诊断性分析结果；(2)对动植物中对人体有用的元素进行提取、加工，对一些营养素进行分子水平上的培养、改造，使未来的人类面对的营养品更加丰富；(3)揭示营养效应的奥秘；(4)基于动物的遗传潜力，提供能满足群体或个体营养需要的日常膳食；(5)评价营养素的毒性作用；(6)借助于功能基因组学的技术手段，通过对从DNA和RNA到蛋白质等不同阶段基因表达的调控及从细胞到整体等不同层次的研究，来寻找、发现适宜的分子标记物，作为评价营养素状况的新指标；(7)依据生理学、生物化学的基本原理及机体的需要，利用基因组技术，不断开发、研制具有提高运动能力的营养产品，以纠正运动性营养不足，治疗运动性疾病；(8)应用基因组学技术将阐明与营养相关的单核苷酸多态性，并用来研究运动员对某些运动疾病的易感性以及对营养素需求的个体间差异。
随着科学技术的不断发展，在运动营养学的研究中，用代谢研究和分子生物学方面的方法，从宏观转向微观，从亚细胞水平到分子水平有了很大的发展。利用人类基因组的研究成果，可以设计出更加有效的补剂配方，同时可以利用
纳米技术，将营养成分制成纳米粉或悬浮液，增加机体的吸收率，更好地发挥营养补剂的生物活性。另外，随着近年来竞技体育的发展和反兴奋剂的开展，对运动营养的发展也起着推动作用，通过营养加速消除运动疲劳，提高运动能力，增强体力，保证运动员的身体健康，这是反兴奋剂的最有力的手段。由于基因组学的形成和发展、基因芯片技术及其他相关技术逐步完善，人们对运动营养科学的研究将更加深入。
3 营养基因组学、运动营养与健康
3．1 基因、膳食、健康三者之间交互作用关系
受益于基因研究的进展，运动营养学研究目前已不仅可以关注运动员膳食与健康的双向关系，而且可以了解基因、膳食和健康之间相互作用的三边关系。基因组学注重的全基因组方法将促进发现所有可能影响多因素健康和疾病基因的成分，并着眼于这些基因在疾病发生过程中的综合作用。如何针对不同的项目，根据运动员个体特征来科学地制定膳食，最大程度上提高运动能力和疲劳的恢复，已经成为了运动营养学的发展趋势。
3．2 营养基因组学与运动营养保健食品的开发应用
营养基因组学结合药物基因组学、肿瘤基因组学，将提高运用基因工程的方法，高效的基因组技术使研究者能有效地发现哪些既能受食物中生物活性组分调控，又在疾病病理过程扮演重要角色的生物学标志物。功能基因组技术将促进对食物中具有保健作用的生物活性成分的筛选，有助于食物中具有生物活性物质的研究以及提出更合理的食疗和预防措施。应用植物基因组学技术，可以阐明营养素和生物活性物质的生物合成途径，并能生产出富含营养素和具有生物活性植物化学物质的/超级营养食品。由于能量蛋白质对生长调节基因表达的影响可能具有组织特异性。因此，在竞技运动中，可以针对个体运动员基因片段的差异，来进行不同的营养搭配。
应用营养基因组学技术将有助于开发出一些对个体针对性强、功效明显、科技含量高的保健(功能)食品。
3．3 利用营养基因组学制定科学的膳食参考
营养调控基因表达是机体适应营养环境的重要机制，掌握这种机制不但对于彻底弄清机体的营养代谢过程，最大限度提高机体对养分的利用效率具有重要的营养学意义，而且对于认识生命的本质，协调生命活动，提高生命质量，维系生物界物种的平衡具有重要的生物学意义。目前已有的推荐膳食供给量都很少是根据基因表达来制定的，而且也只有极少数是根据生化指标来制定的。营养基因组技术将有助于发现大批分子水平上可特异地反映营养素水平的指标。如果结合基因表达与蛋白质表达的结果并与代谢联系起来，将为确认人体对营养素准确需要量的生物标志物奠定坚实的基础。应用含有人全部基因的cDNA芯片来研究在营养素缺乏、适宜和过剩等状况下的基因表达图谱，将发现更多的、能用来评价营养状况的分子生物标志物。这将为制定更准确、合理的膳食参考摄入量提供分子基础，可使营养需要量的建立基于更科学的分子机制基础上。
4 营养基因组学在运动营养科学中的应用展望
在竞技体育、全民健身与健康研究中，开展营养功能基因组学研究是运动营养学和现代生物学前沿不断接近的反映，它有助于通过营养手段减缓与防治营养性代谢紊乱疾病，全面认识营养素与其他功能因子在人与动物机体功能基因表达的转录、翻译中的作用，确立营养性疾病诊断的生物标识，开发新的营养补充剂与治疗方法，提出改善运动员与大众膳食健康有效的途径；同时，可以利用营养基因组学技术能够提高营养保健品的产品质量，促进运动营养品的发展。在未来的研究中，探讨运动对相关疾病基因的影响将成为运动营养科学研究的热点。主要体现在以下几点：(1)利用营养基因组学技术分析与运动员健康相关的功能性食物的成分与安全性；(2)分析运动营养品促进运动能力的分子机制；(3)分析运动员个体基因表型对营养与运动能力的影响；(4)评价用于功能性食品功效与危险性的生物学标志物；(5)研究将更趋向于个体化。因此，将来的运动营养学通过对基因构成以及代谢型的鉴定，列出每个运动员的最佳食谱，从而使个体的营养状况通过调整饮食达到最佳，有针对地促进运动性疲劳的恢复，提高运动成绩。
