膳食營養(yǎng)素在2型糖尿病中降血糖作用及其機(jī)制的研究進(jìn)展

許 飛， 陳林軍， 聶志妍， 那立欣

(上海健康醫(yī)學(xué)院 微生物與免疫教研室 檢驗(yàn)與檢疫系， 上海 201318)

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是一類由胰島素分泌受損，胰島素抵抗或兩者皆有而引起的以高血糖為主要特征的慢性代謝性疾病[1]。根據(jù)發(fā)病機(jī)制，DM可分為1型糖尿病(Type 1 diabetes mellitus，T1DM)和2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus，T2DM)。T1DM，又被稱為胰島素依賴型糖尿病或青少年型糖尿病，是自身免疫反應(yīng)破壞胰島β細(xì)胞所致。因此，患者的治療必須依賴外源性胰島素的補(bǔ)充[2]。T2DM是由于胰島素分泌不足或者胰島素抵抗(Insulin Resistance，IR)引起的，與遺傳因素和環(huán)境因素(包括飲食)均有關(guān)[3-4]。

到目前為止，全基因組關(guān)聯(lián)研究(Genome-wide association study，GWAS)已經(jīng)鑒定了超過200種T2DM相關(guān)的遺傳變異，并發(fā)現(xiàn)許多與胰島素分泌途徑、胰島素信號傳導(dǎo)、胰腺/細(xì)胞功能障礙和IR途徑相關(guān)的基因變異位點(diǎn)[5-6]。盡管遺傳學(xué)研究取得了進(jìn)展，但很明顯遺傳因素并不能解釋所有的T2DM個體傾向。因?yàn)槌诉z傳因素以外，營養(yǎng)攝取和膳食模式也是2型糖尿病預(yù)防、治療和研究所要考慮的核心問題?；凇盎蚪M學(xué)”“轉(zhuǎn)錄組學(xué)”“蛋白質(zhì)組學(xué)”和“代謝組學(xué)”等組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，“營養(yǎng)基因組學(xué)”(Nutrigenomics)這一新興領(lǐng)域順勢而生，并迅速發(fā)展成為營養(yǎng)學(xué)研究的熱點(diǎn)[7-8]。營養(yǎng)基因組學(xué)是研究飲食(營養(yǎng)素?cái)z取及膳食模式)對基因組穩(wěn)定性、RNA轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)表達(dá)影響的科學(xué)[9-10]。流行病學(xué)研究結(jié)果顯示，T2DM的發(fā)病機(jī)制與遺傳因素和環(huán)境因素(包括飲食)均有關(guān)[11]。因此，營養(yǎng)基因組學(xué)的研究將有助于我們更好地理解T2DM的發(fā)病機(jī)制，為T2DM預(yù)防和治療提供更多的理論依據(jù)。

膳食中的營養(yǎng)素可以通過多種方式影響機(jī)體內(nèi)某種細(xì)胞的基因表達(dá)(表1)：它們可以直接作為轉(zhuǎn)錄因子的配體；或者，營養(yǎng)素代謝產(chǎn)生的中間體或底物可改變細(xì)胞信號傳導(dǎo)途徑[5, 10]。因此，對營養(yǎng)素?cái)z入及膳食模式對基因表達(dá)的影響及其機(jī)制的研究，將有助于我們建立基于個體基因組結(jié)構(gòu)特征上的營養(yǎng)保健方法和膳食干預(yù)手段，使得營養(yǎng)學(xué)研究的成果能夠更有效地應(yīng)用于慢性疾病的預(yù)防和治療。本文將著重從常見的膳食營養(yǎng)物質(zhì)(多酚類化合物、膳食脂肪、維生素和氨基酸)在T2DM中降血糖作用及其機(jī)制的研究進(jìn)展做一概述。

1 多酚類化合物在T2DM中的降血糖作用

植物多酚是多羥基酚類化合物的總稱，廣泛存在于水果、蔬菜、豆類、谷物和茶等植物中，參與植物生長繁殖過程，協(xié)助植物防御病原、天敵等侵害，具有抗氧化、抗腫瘤、保護(hù)肝臟等多種生理學(xué)功能[12]。植物多酚以苯酚為基本骨架，以苯環(huán)的多羥基取代為特征，從低分子量的簡單酚類到分子量大至數(shù)千道爾頓的單寧類，按結(jié)構(gòu)可分為酚酸類(phenolic acids)、類黃酮類(flavonoids)、木酚素類(lignans)及1,2-二苯乙烯，又稱茋(stilbene)[13]。膳食多酚化合物可以通過多種方式發(fā)揮降血糖作用，例如減少葡萄糖攝取、促進(jìn)胰島素分泌和提高胰腺細(xì)胞功能等[8-9，14-15]。

1.1 酚酸在T2DM中的降血糖作用

植物性食物中酚酸的含量十分豐富，最常見的酚酸類物質(zhì)是咖啡酸[16]?？Х戎泻胸S富的咖啡因、還有咖啡酸、綠原酸等成分，可以有效地對抗損害我們身體健康的自由基。流行病學(xué)研究表明，與不喝或很少喝咖啡的對照組相比，實(shí)驗(yàn)組咖啡因攝入量與2型糖尿病呈劑量-反應(yīng)關(guān)系，提示習(xí)慣性喝咖啡與2型糖尿病風(fēng)險(xiǎn)降低相關(guān)[17]。研究表明，咖啡酸可抑制胰島β細(xì)胞的α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的活性[18]。在小鼠前脂肪細(xì)胞3T3-L1細(xì)胞中，咖啡酸可減少脂質(zhì)的積累，并抑制分化標(biāo)記基因的表達(dá)，如過氧化物酶體增殖物激活受體(Peroxisome proliferator activated receptor gama，PPARγ)、脂聯(lián)素(Adiponectin)和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(adipocyte glucose transporter type 4，Glut4)[19]。在db / db小鼠模型中，綠原酸可以通過提高肝臟和肌肉中脂聯(lián)素及其受體的表達(dá)，增強(qiáng)脂聯(lián)素受體信號通路來降低空腹血糖水平。此外，綠原酸會通過下調(diào)肝葡萄糖-6-磷酸酶(hepatic glucose-6-phosphatase，G6Pase)活性來抑制糖異生，并可通過上調(diào)AMP活化蛋白激酶(Adenosine 5′-monophosphate (AMP)-activated protein kinase，AMPK)增加骨骼肌中的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)[20]。在高糖高脂誘導(dǎo)的2型糖尿病大鼠模型中，咖啡酸可通過抑制糖原異生和胰島素信號傳導(dǎo)抑制因子(如糖異生酶基因PEPCK)的表達(dá)來改善大鼠的葡萄糖穩(wěn)態(tài)[21]。

1.2 類黃酮化合物在T2DM中的降血糖作用

膳食類黃酮包括黃酮、黃酮醇、黃烷醇、黃烷酮、異黃酮和花青素。這些化合物已被證明會影響不同的細(xì)胞信號通路(胰島素分泌、胰島素信號傳導(dǎo)和葡萄糖攝取、增強(qiáng)線粒體狀態(tài)、抑制炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生等)，對葡萄糖穩(wěn)態(tài)的維持有積極的保護(hù)作用 。

主要的膳食黃酮醇之一是槲皮素，多存在于紅葡萄酒、水果、蔬菜和堅(jiān)果中。在鏈脲佐菌素(Streptozotocin，STZ)誘導(dǎo)的T2DM小鼠模型中，槲皮素可以通過下調(diào)細(xì)胞周期蛋白依賴激酶抑制蛋白(Cyclin dependent kinase inhibitor 1a，Cdkn1a)來顯著降低血糖，并增加血清胰島素濃度[22]。此外，槲皮素有利于糖尿病神經(jīng)病變的治療。研究證明槲皮素可以通過激活Nrf-2 / HO-1和抑制NF-κB，從而保護(hù)體外培養(yǎng)的大鼠背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元抵抗高葡萄糖誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[23]。槲皮素還在雄性C57Bl / 6j小鼠模型和肥胖的Zucker大鼠模型中顯示出抗炎作用。在高脂(High-fat diet，HFD)喂養(yǎng)的雄性C57Bl /6j小鼠中，膳食補(bǔ)充槲皮素可顯著減少炎癥干擾素-γ(Interferon-gamma，IFN-γ)，白細(xì)胞介素-α(Interleukin-1alpha，IL-1α)和白細(xì)胞介素-4(Interleukin-4，IL-4)等循環(huán)標(biāo)志物的表達(dá)[24]。在肥胖的Zucker大鼠中，給予2或者10 mg/kg劑量的槲皮素10周可改善血脂異常和高胰島素血癥，并且高劑量(10 mg/kg)的槲皮素顯示出了明顯的抗炎作用[25]。

表沒食子兒茶素沒食子酸酯(epigallocatechin gallate，EGCG)是最常見的黃烷醇類化合物。EGCG發(fā)揮多種生物學(xué)功能，包括胰島素分泌、葡萄糖攝取、胰島素抵抗、葡萄糖耐量、氧化應(yīng)激、炎癥和線粒體功能的改善等[26]。EGCG通過增加AMPK信號傳導(dǎo)來抑制脂肪生成酶的活性和改善線粒體功能[26]。EGCG還可以通過調(diào)節(jié)B淋巴細(xì)胞瘤-2(B-cell lymphoma-2，BCL-2)的表達(dá)來保護(hù)β細(xì)胞免受促炎細(xì)胞因子誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性作用[27]。此外，藥理劑量(飲食中1%)的EGCG可以通過降低肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1(Carnitine palmitoyltransferase 1，L-Cpt-1)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激標(biāo)記物——DNA損傷誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄物3(DNA-damage-inducible transcript 3，Ddit3)的表達(dá)來改善胰腺β細(xì)胞的胰島素分泌[28]。動物實(shí)驗(yàn)表明，EGCG以劑量依賴性方式上調(diào)肥胖db/db小鼠的肝臟和脂肪組織中的?；o酶A氧化酶-1(AcylCoA oxidase-1, ACO-1)和肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1(Carnitine palmitoyl transferase-1, CPT-1)的表達(dá)，從而緩解高血糖癥狀[29]。存在于柑橘類水果中的柚皮苷和橙皮苷是兩種常見的黃烷酮，也具有降血糖和降血脂作用。例如，膳食補(bǔ)充橙皮苷或柚皮苷可以通過上調(diào)肝臟過氧化物酶體增殖物激活受體(Peroxisome proliferator activated receptor gama，PPARγ)和4型脂肪細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Adipocyte glucose transporter type 4，Glut4)的表達(dá)來改善C57BL / KsJ-db/db小鼠的高血糖癥狀[30]。在喂食高脂飲食并給予低劑量STZ誘導(dǎo)的T2DM大鼠模型中，柚皮苷的攝入可以促進(jìn)PPARγ和熱休克蛋白(Heat shock proteins，Hsp)的表達(dá)，從而改善高血糖，高胰島素血癥和胰島素抵抗[30]。

芹菜素、木犀草素和花青素也是常見的膳食黃酮，它們存在于芹菜、歐芹和許多草藥中。在RIN細(xì)胞(大鼠胰島β細(xì)胞瘤細(xì)胞)中，芹菜素和木犀草素通過抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNos)表達(dá)來抑制細(xì)胞凋亡[31]。研究發(fā)現(xiàn)，花青素可降低T2DM小鼠模型的血糖水平，從而改善胰島素敏感性?；ㄇ嗨氐慕笛亲饔每赡苁峭ㄟ^上調(diào)溶質(zhì)載體家族2成員4(Solute carrier family 2 members 4，Slc2a4)(編碼GLUT 4轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因)和相關(guān)的炎性脂肪細(xì)胞因子來介導(dǎo)的[32]。食用富含花青素的食物(特別是藍(lán)莓和蘋果或梨)，可以降低T2DM的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[33]。主要的膳食異黃酮是大豆苷元和染料木黃酮，它們主要存在于大豆食品中。在STZ誘導(dǎo)的T2DM小鼠模型中，染料木黃酮可以誘導(dǎo)細(xì)胞周期蛋白D1(Cyclin D1，Ccnd1)(Ccnd1是胰島β細(xì)胞生長所需的主要細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子)的表達(dá)來促進(jìn)胰島β細(xì)胞增殖，從而改善T2DM小鼠的高血糖癥狀[34]。

總之，黃酮類化合物可以通過調(diào)節(jié)胰島素釋放、胰島素敏感性、胰島β細(xì)胞增殖和存活等各種細(xì)胞代謝信號通路來發(fā)揮降血糖的作用[8-10，14-16]。

2 膳食脂肪在T2DM中的降血糖作用

眾所周知，高脂肪飲食(主要是飽和脂肪酸(Saturated fatty acids, SFAs)與T2DM發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)正有關(guān)[35-36]。然而，脂肪對基因表達(dá)的影響是多樣的。在胰島β細(xì)胞長期暴露于棕櫚酸后，前胰島素以及重要的轉(zhuǎn)錄因子(如Pdx1和MafA)的表達(dá)被抑制，從而導(dǎo)致胰島β細(xì)胞衰竭[37]。此外，參與細(xì)胞氧化還原狀態(tài)的基因，如硫氧還蛋白相互作用蛋白(Thioredoxin interactin protein，Txnip)、過氧化氫酶(Catalase，Cat)和過氧化物酶4(Peroxiredoxin 4，Prdx4、)，在HFD小鼠的胰島組織中表達(dá)增加[38]。這些結(jié)果表明，高脂飲食會影響脂質(zhì)代謝、炎癥和氧化應(yīng)激等基因的表達(dá)，從而從不同的信號途徑促進(jìn)T2DM的發(fā)生[8-9，39]。

多不飽和脂肪酸具有顯著的降血糖降血脂的功效[40]。在空腹血糖受損或葡萄糖耐量受損的超重/肥胖患者中， n-3多不飽和脂肪酸(n-3 polyunsaturated fatty acids，PUFAs)可顯著降低血糖和空腹血漿胰島素水平，PUFAs的抗炎作用與NLRP3炎性體激活和隨后抑制半胱天冬酶-1激活和IL-1/3分泌有關(guān)[41-42]。在補(bǔ)充omega-3的T2DM患者中，二十碳五烯酸/二十二碳六烯酸的比例較高(EPA / DHA)，血漿胰島素水平降低[43]。此外，EPA可以促進(jìn)胰島素分泌，從而抑制胰腺細(xì)胞中脂質(zhì)積聚[44]。

3 維生素在T2DM中的降血糖作用

另一類具有抗糖尿病特性的重要營養(yǎng)素是維生素[8-9]。維生素D參與調(diào)控的下游基因主要涉及免疫反應(yīng)，趨化性，細(xì)胞死亡和胰腺β細(xì)胞活性等功能[45]。此外，維生素D通過直接調(diào)節(jié)細(xì)胞因子(如IL-1， IL-6)在單核細(xì)胞中的表達(dá)來降低T2DM的炎癥反應(yīng)并抑制細(xì)胞因子誘導(dǎo)的β細(xì)胞凋亡[46]。維生素D還可通過調(diào)節(jié)血漿鈣水平來影響胰島素合成和分泌[47]。較低的維生素D水平是T2DM發(fā)生的危險(xiǎn)因素之一[48]。

研究表明，長期暴露于高水平的B族維生素(煙酸，硫胺素和核黃素)與糖尿病的患病率正相關(guān)[49]。無毒劑量的核黃素可抑制胰島素瘤NIT-1細(xì)胞和哺乳動物胰島細(xì)胞的p38磷酸化和IL-6的表達(dá)[50]。煙酰胺可以通過增加 INS1-1β細(xì)胞中v-Maf 肌腱膜纖維肉瘤癌基因同源物A(v-Maf avian musculoaponeurotic fibrosarcoma oncogene homolog A，MafA)基因轉(zhuǎn)錄來誘導(dǎo)胰島素基因的表達(dá)[51-52]。此外，在小鼠中補(bǔ)充8周的維生素H增加了叉頭框A2(Forkhead box A2，F(xiàn)oxa2)、細(xì)胞核因子4α(Hepatocyte nuclear factor 4α，Hnf4α)、葡萄糖激酶(Glucokinase，Gk)和乙酰輔酶A羧化酶(Acac)的表達(dá)，從而促進(jìn)胰島素的分泌，達(dá)到降低血糖的效果[53]。

4 氨基酸在T2DM中的降血糖作用

氨基酸能夠直接調(diào)節(jié)胰島素分泌以及維持β細(xì)胞功能[8-10，54，57-59]。亮氨酸(Leu)是動物體內(nèi)唯一的生酮氨基酸,是支鏈氨基酸中對蛋白質(zhì)代謝起主要調(diào)節(jié)作用的氨基酸，可以激活mTOR，促進(jìn)p70S6K的磷酸化，進(jìn)而促進(jìn)蛋白質(zhì)合成[55]。在胰島素抵抗(Insulin resistance,IR)狀態(tài)下，過度活化的mTOR及其下游底物核糖體蛋白S6激酶1(Ribosomal S6 kinase 1,S6K1)可通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)阻斷胰島素信號通路，導(dǎo)致糖代謝紊亂[56]。?；撬崾侨梭w中的必需氨基酸，參與葡萄糖穩(wěn)態(tài)的控制。這種效應(yīng)被證明是磺脲類受體-1(Sur-1)，2型葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Glut-2)和Pdx1基因表達(dá)增加的結(jié)果[57]。L-丙氨酸和L-谷氨酰胺被證實(shí)可調(diào)節(jié)胰島β細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，代謝和凋亡相關(guān)的基因(包括ATP檸檬酸裂解酶和過氧化氫酶)的表達(dá)[58]。此外，L-谷氨酰胺可顯著上調(diào)鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶(Calcineurin，CaN)，從而促進(jìn) β細(xì)胞增殖[59]。

5 其他生物活性化合物在T2DM中的降血糖作用

除了上述化合物外，其他一些生物活性物質(zhì)也具有降血糖的作用，例如三萜類化合物。該家族中研究最廣泛的化合物之一是齊墩果酸(Oleanolic acid，OA)[60]。OA存在于120多種植物中，并且在橄欖葉中特別豐富，具有很強(qiáng)的抗氧化活性，可以保護(hù)細(xì)胞和組織免受氧化應(yīng)激損傷[61]。研究表明，氧化應(yīng)激損傷在胰島素抵抗中發(fā)揮重要作用。齊墩果酸能減輕STZ誘導(dǎo)的胰島損傷，可能是通過減輕氧化應(yīng)激水平，減弱胰島內(nèi)NF-κB信號通路的過度激活而發(fā)揮作用的[60]。

鹽酸小檗堿又名黃連素，是從黃連、黃柏等植物中提取的生物堿。既往研究證明小檗堿具有降糖、降脂和改善胰島素抵抗的作用[62]。在高脂喂養(yǎng)的大鼠中，黃連素治療6周后，隨著體重的減輕和血脂的改善，口服葡萄糖刺激前后的血糖和胰島素水平顯著降低[63]。小檗堿可通過控制血糖、降低氧化應(yīng)激和抑制多元醇通路的激活來改善糖尿病性腎病大鼠模型的腎功能障礙[64]。對2 型糖尿病而言，胰島β 細(xì)胞的數(shù)量和功能狀態(tài)舉足輕重。小檗堿作為 PPARγ抑制劑可通過多分子靶點(diǎn)影響脂肪代謝，從而實(shí)現(xiàn)降糖降脂的功效[65]。

白藜蘆醇(resveratrol)是一種天然多酚類化合物，存在于葡萄、花生、藍(lán)莓等植物中，具有抗腫瘤、抗炎、抗增殖、改善胰島素抵抗等多種生物活性作用[66]。糖尿病動物模型研究結(jié)果表明，白藜蘆醇可通過阻斷NF-κB依賴的炎性細(xì)胞因子IL-6， IL-8和MCP-1的表達(dá)來改善胰島素分泌，降低糖尿病并發(fā)癥[67]。另一種可能的機(jī)制可能是白藜蘆醇通過誘導(dǎo)腸道微生物菌群的變化來改善血糖[68]。Bhatt等的人群研究結(jié)果顯示，在2型糖尿病受試者中，白藜蘆醇補(bǔ)充劑可以改善空腹血糖、總膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白濃度[69]。此外，白藜蘆醇的攝入降低2型糖尿病受試者的IR和氧化應(yīng)激，并通過AKT途徑改善了胰島素信號傳導(dǎo)[69]。

姜黃素(curcumin)被認(rèn)為是糖尿病營養(yǎng)領(lǐng)域中另一種降糖降脂的生物活性物質(zhì)。姜黃素的主要來源為姜科植物郁金塊根、姜黃根莖、莪術(shù)根莖和天南星科植物菖蒲根莖等。研究表明，姜黃素具有抗炎、抗氧化、調(diào)脂、抗病毒、抗感染、抗腫瘤、抗凝、抗肝纖維化、抗動脈粥樣硬化等廣泛的藥理活性，具有良好的藥用前景[70]；姜黃素可以通過抗炎途徑顯著降低2型糖尿病大鼠糖化血紅蛋白水平[71]；姜黃素可以劑量依耐性地抑制核轉(zhuǎn)錄因子 kappa B(Nuclear factor-kappaB，NF-κB )通路和c-Jun 氨基末端激酶(c-JunNterminalkinase，JNK)通路，增加 3T3-L1 脂肪細(xì)胞的葡萄糖攝取，逆轉(zhuǎn)軟脂酸誘導(dǎo)的胰島素抵抗[72]。此外，姜黃素可以降低氧化應(yīng)激引起的炎癥反應(yīng)，減輕炎癥因子對胰島細(xì)胞的損傷，從而促進(jìn)胰島細(xì)胞的再生和促進(jìn)胰島細(xì)胞分泌胰島素[73]。姜黃素降糖功效與改善糖代謝、保護(hù)胰島 β細(xì)胞和改善胰島素抵抗相關(guān)。然而，其機(jī)制復(fù)雜，目前還不能明確地闡述其靶向作用機(jī)制。隨著對其藥理機(jī)制的深入研究，姜黃素的功效將會越來越清晰。

表1 各類營養(yǎng)素在T2DM中的降血糖作用及機(jī)制

6 總結(jié)與展望

T2DM是由遺傳因素和環(huán)境因素(包括飲食)共同參與的慢性代謝性疾病。連鎖分析、候選基因方法、全基因組關(guān)聯(lián)研究和芯片技術(shù)為我們提供了大量遺傳信息，可以更好地了解T2DM的遺傳背景。但是，遺傳因素只能解釋很小部分的T2DM發(fā)病機(jī)制，而營養(yǎng)素和膳食模式是理解T2DM發(fā)病機(jī)制所要考慮的另一重要因素。因此，營養(yǎng)素—基因之間相互作用的研究將有助于我們更好地理解T2DM發(fā)病的病理學(xué)機(jī)制，為T2DM預(yù)防和治療提供更多的理論依據(jù)。然而，人們對營養(yǎng)素與基因的相互作用及其機(jī)制的認(rèn)識尚不深入。從營養(yǎng)基因組學(xué)的角度探討飲食(營養(yǎng)素?cái)z取及膳食模式)對基因組穩(wěn)定性、表觀基因組、RNA轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)表達(dá)的影響，亦為科學(xué)家深入理解膳食營養(yǎng)素對人體健康的影響及其機(jī)制提供了新的研究思路。

目前，營養(yǎng)基因組學(xué)研究仍存在一些亟待解決的問題。第一，單個營養(yǎng)素或者單個SNP位點(diǎn)對機(jī)體表型的影響是微小的，僅僅從營養(yǎng)元素的種類或者含量去探討其對人體健康的影響，這樣的研究結(jié)果是缺乏說服力的。因此，我們必須從系統(tǒng)生物學(xué)水平上探討營養(yǎng)素對機(jī)體的作用。我們必須整合基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)及代謝組學(xué)等不同組學(xué)的研究思路和方法，目的就是盡可能地獲得生物系統(tǒng)每個層次的信息并將它們進(jìn)行整合。營養(yǎng)基因組學(xué)研究不僅僅要揭示營養(yǎng)素的成分和功能，還要揭示機(jī)體內(nèi)部細(xì)胞信號通路的相互作用和調(diào)控規(guī)律。其次，目前的組學(xué)研究仍缺乏足夠的人群研究數(shù)據(jù)。不同地域的人類在生活方式和飲食習(xí)慣的差異、食物活性成分的多樣性、人類遺傳易感性及營養(yǎng)適應(yīng)性方面的差異等，都需要大量人群研究的統(tǒng)計(jì)結(jié)果才能合理地分析和解釋營養(yǎng)素對人類健康的不同影響。第三，如何更有效地獲取組學(xué)技術(shù)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)？隨著生物信息學(xué)技術(shù)以及組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家從動物實(shí)驗(yàn)及人群研究中獲取了海量的組學(xué)大數(shù)據(jù)。然而如何能高效地分析和利用這些大數(shù)據(jù)，從而獲得更有價(jià)值的信息，是科學(xué)家們所要面臨的一大挑戰(zhàn)。