李媛媛，買(mǎi)夢(mèng)奇，胡小松，張 燕*

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，國(guó)家果蔬加工工程技術(shù)研究中心，北京 100083）

食品組學(xué)是一個(gè)新術(shù)語(yǔ)，它正成為運(yùn)用各種組學(xué)分析技術(shù)和生物信息學(xué)方法系統(tǒng)全面分析食品的新技術(shù)[1-4]，其借助基因組學(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)研究食物和營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域問(wèn)題[5]。在過(guò)去幾十年中，許多流行病學(xué)、臨床和實(shí)驗(yàn)研究了食品生物活性化合物的健康效應(yīng)及其與疾病的關(guān)系，主要集中在有限的分子標(biāo)記物。然而，真正突破基于組學(xué)技術(shù)（包括轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)）的非靶向方法，即食品組學(xué)方法，可以分析食物營(yíng)養(yǎng)功能和食品化合物生物活性之間的相關(guān)性，并能夠發(fā)現(xiàn)與這種營(yíng)養(yǎng)功能實(shí)現(xiàn)相關(guān)的新生物標(biāo)志物[6]。食品組學(xué)技術(shù)及生物信息學(xué)工具能夠應(yīng)用于研究復(fù)雜的生物系統(tǒng)，其可以用于了解個(gè)人對(duì)某種疾病的遺傳傾向、內(nèi)源性代謝組學(xué)的信息以及生物活性化合物在食物中的作用機(jī)制，有助于提供大量有價(jià)值的數(shù)據(jù)，并可以將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為更個(gè)性化的飲食建議，綜合使用這些技術(shù)所獲得的數(shù)據(jù)將是解釋膳食營(yíng)養(yǎng)與健康之間關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)，并且更好地預(yù)防疾病[7-11]。

本文的主要目的是從轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)技術(shù)原理出發(fā)，討論食品組學(xué)技術(shù)領(lǐng)域最新的組學(xué)方法在食品生物活性化合物膳食營(yíng)養(yǎng)功能實(shí)現(xiàn)及主要生物標(biāo)志物鑒定中的應(yīng)用，重點(diǎn)綜述了食品組學(xué)在生物活性化合物研究中的分子機(jī)制，并對(duì)食品組學(xué)技術(shù)在生物活性化合物營(yíng)養(yǎng)功能實(shí)現(xiàn)研究中的應(yīng)用進(jìn)行了展望，以期更好地利用其研究生物活性化合物對(duì)健康的作用。

1 食品組學(xué)的簡(jiǎn)介

圖 1 食品組學(xué)分析過(guò)程[3]Fig. 1 Foodomics analytical process[3]

食品組學(xué)是通過(guò)應(yīng)用和整合先進(jìn)組學(xué)技術(shù)來(lái)改善消費(fèi)者福祉、健康，研究食物和營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域問(wèn)題的新技術(shù)（圖1）[3]。其專注解決食品安全問(wèn)題，提高食品質(zhì)量和食物可追溯性[2]，并在分子水平上了解食品中生物活性物質(zhì)的膳食營(yíng)養(yǎng)功能[12-13]?，F(xiàn)有研究主要利用食品組學(xué)技術(shù)揭示實(shí)現(xiàn)生物活性化合物的營(yíng)養(yǎng)功能所涉及的機(jī)制，由此可見(jiàn)，從天然來(lái)源（如植物、藻類、食品副產(chǎn)品等）中提取生物活性物質(zhì)是食品組學(xué)研究工作的關(guān)鍵步驟。

如前文所述，食品組學(xué)研究基于使用如轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等組學(xué)研究平臺(tái)，以提供包括基因、蛋白質(zhì)和代謝物3 種表達(dá)水平在內(nèi)的整體信息，以期闡明食物對(duì)健康的影響。因此，本文從轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)技術(shù)原理出發(fā)，討論其在生物活性化合物膳食營(yíng)養(yǎng)功能實(shí)現(xiàn)及主要生物標(biāo)志物鑒定中的應(yīng)用，以期更好地理解食品組學(xué)在生物活性化合物膳食營(yíng)養(yǎng)功能中的作用。

2 食品組學(xué)在食品生物活性化合物健康作用研究中的應(yīng)用

2.1 轉(zhuǎn)錄組學(xué)在食品生物活性化合物健康作用研究中的應(yīng)用

轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域，如闡明食物在貯藏和加工過(guò)程中涉及的分子機(jī)制，探討食品中某些毒素的生產(chǎn)機(jī)制，鑒定病原微生物生物膜形成的基因等方面。此外，其也被應(yīng)用于研究食品生物活性化合物的健康效應(yīng)，探究生物活性化合物與實(shí)現(xiàn)膳食營(yíng)養(yǎng)功能有關(guān)的基因。隨著微流體學(xué)和微型化技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了諸如表達(dá)譜芯片和核糖核酸轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)（ribonucleic acid-sequencing，RNA-Seq），其可獲得任何轉(zhuǎn)錄組的完整表征，這有利于快速有效地分析數(shù)千個(gè)轉(zhuǎn)錄序列[14-15]。

Maciel-Dominguez等[16]使用安捷倫miRNA微陣列和Illumina公司Ref-8 V3表達(dá)微芯片陣列（大于24 000 個(gè)轉(zhuǎn)錄物）研究硒（Se）在Caco-2人結(jié)腸腺癌細(xì)胞中的作用。這一研究揭示了miRNA和mRNA的表達(dá)差異，并表明miR-185調(diào)節(jié)硒磷酸合成酶2（selenophosphate synthase 2，SEPHS2）表達(dá)，參與硒蛋白合成。Ulven等[17]使用基因表達(dá)微陣列對(duì)n-3脂肪酸在外周血單核細(xì)胞（peripheral blood mononuclear cells，PBMC）中的干預(yù)性進(jìn)行研究，結(jié)果表明補(bǔ)充n-3脂肪酸后可以抑制動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成，調(diào)節(jié)炎癥過(guò)程、氧化應(yīng)激反應(yīng)、細(xì)胞周期、細(xì)胞黏附和凋亡。de Wit等[18]使用不同基因表達(dá)平臺(tái)組合的方式研究黃、白洋蔥提取物在消化過(guò)程中的作用。體外消化實(shí)驗(yàn)在Caco-2人結(jié)腸腺癌細(xì)胞中進(jìn)行，基因表達(dá)分析使用Affymetrix人類基因1.1 ST（大于28 000 個(gè)轉(zhuǎn)錄物），間接體外實(shí)驗(yàn)選用大鼠腸切片，基因表達(dá)分析使用Affymetrix鼠基因1.1 ST Array（大于27 000 個(gè)轉(zhuǎn)錄物）進(jìn)行。最后，選用豬的小腸段驗(yàn)證間接體外實(shí)驗(yàn)，基因表達(dá)分析使用8h60 K安捷倫豬G2519F（大于43 000探針）進(jìn)行。在此研究中，3 種腸道模型使用共享9 140 個(gè)基因，研究發(fā)現(xiàn)，在Caco-2細(xì)胞和大鼠腸切片中，白色和黃色的洋蔥提取物誘導(dǎo)15 個(gè)基因的表達(dá)，采用體外和間接體外模型聯(lián)合使用確定營(yíng)養(yǎng)成分的作用模式，減少了在傳統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)干預(yù)研究中使用的動(dòng)物數(shù)量。McLoughlin等[19]利用人類基因組U95Av2 GeneChip（大于12 000 個(gè)轉(zhuǎn)錄物）研究沒(méi)食子兒茶素-3-沒(méi)食子酸酯（epigallocatechin-3-gallate，EGCG）對(duì)HT-29結(jié)腸癌細(xì)胞的影響。結(jié)果表明EGCG可以抑制聚球體的形成，誘導(dǎo)與腫瘤發(fā)生過(guò)程相關(guān)基因的表達(dá)，如增殖、分化、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞黏附和代謝過(guò)程。Takahashi等[20]利用人類基因組U133A數(shù)組（大于14 500 個(gè)轉(zhuǎn)錄物）研究了金雀異黃素對(duì)前列腺癌細(xì)胞的影響，發(fā)現(xiàn)金雀異黃素改變了多個(gè)基因的表達(dá)、參與了細(xì)胞循環(huán)調(diào)節(jié)、DNA損傷、壓力反應(yīng)途徑和多個(gè)雄激素受體-應(yīng)答基因。最近，Wood等[21]利用轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)研究熱量限制或是硫辛酸的補(bǔ)充對(duì)基因表達(dá)的影響。大約收集3 600萬(wàn) 個(gè)遺傳密碼，每個(gè)樣本中平均2 300萬(wàn) 個(gè)遺傳密碼被映射到老鼠參照基因組，差異篩選分析后，在衰老過(guò)程中，當(dāng)老鼠受到能量限制時(shí)，預(yù)防基因的表達(dá)會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)熱量限制和硫辛酸的補(bǔ)充同時(shí)進(jìn)行，神經(jīng)保護(hù)基因會(huì)發(fā)生過(guò)量表達(dá)。

近年來(lái)，全球和糖尿病的比例逐年升高，一些植物活性化合物可以通過(guò)調(diào)節(jié)不同細(xì)胞和生理途徑起到有益于健康的作用，利用轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)揭示生物活性化合物的抗糖尿病作用所涉及的機(jī)制值得關(guān)注。Kajimoto等[22]的研究表明大蒜、苦瓜和番紅花的提取物具有保護(hù)2型糖尿病動(dòng)物模型中β細(xì)胞的作用。胰島β細(xì)胞具有較差的抗氧化能力，因此易受氧化應(yīng)激的影響。Vinayagam等[23]研究發(fā)現(xiàn)植物化學(xué)物質(zhì)（多酚和類黃酮）可以通過(guò)防止由各種刺激引起的氧化損傷來(lái)保護(hù)β細(xì)胞，這可能與其抑制產(chǎn)生活性氧的酶的表達(dá)有關(guān)。胰島素促使骨骼肌和脂肪細(xì)胞攝取葡萄糖，有利于能量?jī)?chǔ)存，抑制肝臟產(chǎn)生葡萄糖。激素如脂聯(lián)素和胰高血糖素樣肽1（glucagon-like peptide 1，GLP-1）的含量與機(jī)體對(duì)胰島素的敏感性有關(guān)。Liu等[24]研究發(fā)現(xiàn)2型糖尿病患者每天服用500 mg綠茶提取物，每日3 次，持續(xù)16 周，與安慰劑對(duì)照組相比其血液中GLP-1水平更高，胰島素敏感性更高。此外，有研究發(fā)現(xiàn)肉桂、胡蘆巴、苦瓜和人參的提取物對(duì)糖尿病小鼠中的胰島素信號(hào)傳導(dǎo)具有劑量依賴性作用[25]，但這些提取物和植物化學(xué)物質(zhì)的作用機(jī)制需要進(jìn)一步的探究。

2.2 蛋白質(zhì)組學(xué)在食品生物活性化合物健康作用研究中的應(yīng)用

蛋白質(zhì)的自身結(jié)構(gòu)具有多樣性，其對(duì)環(huán)境刺激（如營(yíng)養(yǎng)）的反應(yīng)不斷變化，使蛋白質(zhì)相關(guān)研究成為一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)。近年來(lái)，隨著儀器分析技術(shù)的發(fā)展和完善，加上基因組測(cè)序的進(jìn)步，推動(dòng)了蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展。蛋白質(zhì)組學(xué)因其強(qiáng)大的功能現(xiàn)今可應(yīng)用于食品科學(xué)和營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域，它可以應(yīng)用于監(jiān)測(cè)加工后的食物變化，蛋白質(zhì)和肽的生物活性研究和食物基質(zhì)中致敏蛋白的鑒定和定量等方面。蛋白質(zhì)組學(xué)也被應(yīng)用于研究食品中生物活性化合物的健康效應(yīng)[26]，但目前現(xiàn)有研究較少。

Kervezee等[27]利用二維凝膠電泳（two dimensional gel electrophoresis，2-DE）結(jié)合基質(zhì)輔助激光解吸/電離（matrix-assisted laser desorption/ionization，MALDI）-飛行時(shí)間（time-of-flight，TOF）質(zhì)譜（mass spectrum，MS）的方法研究亞麻籽補(bǔ)充對(duì)PBMC蛋白質(zhì)組變異的影響。結(jié)果表明，補(bǔ)充亞麻籽后PBMC中有16 種蛋白質(zhì)發(fā)生改變，其中一些是與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)變化主要?dú)w因于亞麻籽中木脂素的代謝產(chǎn)物腸內(nèi)酯的作用。Yap等[28]研究了虎牛奶蘑菇（Lignosus rhinocerotis）對(duì)人乳腺癌細(xì)胞增殖的影響，基于聚丙烯酰胺凝膠電泳分離技術(shù)與液相色譜（liquid chromatography，LC）-電噴霧靜電場(chǎng)-四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)虎牛奶蘑菇中F5蛋白是其產(chǎn)生抗人乳腺癌細(xì)胞增殖活性的關(guān)鍵蛋白。此外，不同的標(biāo)記方法也結(jié)合了許多分離技術(shù)應(yīng)用于蛋白質(zhì)組學(xué)研究中。例如，18O同位素標(biāo)記與二維納升LC-電噴霧靜電場(chǎng)軌道阱組合式高分辨質(zhì)譜聯(lián)用檢測(cè)在大鼠心肌梗死模型中基于植物飲食中的活性成分對(duì)心肌損傷的影響[29]，結(jié)果表明，在植物性飲食中發(fā)現(xiàn)部分植物化合物的細(xì)胞壁多糖中的特定單糖可作為減少冠心病的活性成分。Valdés等[30]利用LC-電噴霧靜電場(chǎng)軌道阱組合式高分辨質(zhì)譜聯(lián)用來(lái)研究迷迭香提取物處理后異種移植腫瘤生長(zhǎng)情況。結(jié)果表明，富含多酚的迷迭香提取物的每日攝入減少了體內(nèi)結(jié)腸、直腸癌的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，這與74 個(gè)蛋白質(zhì)的調(diào)節(jié)、RNA轉(zhuǎn)錄后修飾、蛋白質(zhì)合成和氨基酸代謝功能有關(guān)。Kheterpal等[31]在細(xì)胞水平上基于iTRAQ標(biāo)記和LC-MS聯(lián)合使用的方法研究艾蒿提取物對(duì)胰島素的抵抗作用，結(jié)果表明在胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)下，艾蒿提取物增加蛋白質(zhì)中特異性氨基酸的磷酸化水平，從而提高胰島素敏感性，實(shí)現(xiàn)其營(yíng)養(yǎng)功能。

如上所述，利用蛋白質(zhì)組學(xué)的強(qiáng)大的功能，可以掌握植物生物活性化合物可能調(diào)控關(guān)鍵蛋白的磷酸化水平進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其營(yíng)養(yǎng)功能和生物活性。此外，隨著研究的深入，蛋白質(zhì)組學(xué)為解釋靶向信號(hào)通路和分子水平上所涉及的功能機(jī)制提供了充分的可能性。

2.3 代謝組學(xué)在食品生物活性化合物健康作用研究中的應(yīng)用

代謝組學(xué)的目的是鑒定和定量生態(tài)系統(tǒng)中所有的小分子（小于1 500 Da）。然而，由于代謝產(chǎn)物的化學(xué)多樣性和廣泛的濃度動(dòng)態(tài)范圍使得單一方法不可能分析所有的代謝產(chǎn)物。代謝輪廓分析和代謝指紋圖譜是現(xiàn)今應(yīng)用于非靶向代謝組學(xué)研究中最基本的方法。代謝輪廓分析是在限定條件下對(duì)生物體特定組織內(nèi)代謝產(chǎn)物的快速定性和半定量分析，重點(diǎn)研究一組相關(guān)代謝產(chǎn)物（如多酚、類黃酮、類胡蘿卜素等）或特定的代謝途徑；代謝指紋圖譜可同時(shí)對(duì)多個(gè)代謝物進(jìn)行分析，不分類鑒定具體單一組分，可以對(duì)樣品進(jìn)行快速分類，如表型鑒定，其比較適用于研究細(xì)胞環(huán)境變化對(duì)應(yīng)的代謝產(chǎn)物變化模式，如研究生物活性化合物處理后的細(xì)胞變化機(jī)制[14]。

核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）和MS，是生物活性化合物在代謝輪廓分析和代謝指紋圖譜分析中常用的分析技術(shù)，通常情況下這兩種分析技術(shù)和不同的分離技術(shù)結(jié)合使用，如LC-NMR、氣相色譜（gas chromatography，GC）-MS、LC-MS等，這些技術(shù)的聯(lián)合使用可以補(bǔ)充分析信息，提高代謝組學(xué)應(yīng)用的廣度和精度。

2.3.1 核磁共振技術(shù)在食品生物活性化合物健康作用研究中的應(yīng)用

NMR靈敏度較低，但因其廣泛的覆蓋范圍、簡(jiǎn)單的樣品制備以及良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，已普遍應(yīng)用于食品中生物活性化合物的鑒定和表征、生物標(biāo)志物研究以及評(píng)估這些化合物在不同疾病中的作用。

多酚化合物具有很大的結(jié)構(gòu)變異性，F(xiàn)orino等[32]使用NMR來(lái)鑒定和表征枸杞漿果的結(jié)構(gòu)，除已知的化合物如咖啡酸、香草酸、蘆丁外，發(fā)現(xiàn)N-阿魏酰酪胺二聚體是枸杞漿果中含量最豐富的多酚。

Canela等[4]利用非靶向的1H NMR方法研究多酚攝入對(duì)57 名心血管疾病志愿者的飲食干預(yù)作用，通過(guò)多變量正交信號(hào)校正偏最小二乘判別分析模型評(píng)估和驗(yàn)證了個(gè)體情況以及心血管疾病群體與健康群體之間的差異。通過(guò)代謝組學(xué)分析57 名志愿者的尿樣結(jié)果表明，與心血管疾病患者相比，一種來(lái)源于腸道微生物的代謝物——4-羥基苯基乙酸酯在健康人體中含量更高。Beltrán-Debón等[33]通過(guò)1H NMR方法研究了牙買(mǎi)加花木槿中多酚的生物活性，關(guān)注攝取木槿植物提取物多酚后男性志愿者尿液中的代謝組學(xué)變化。結(jié)果表明攝入的多酚在能量穩(wěn)態(tài)代謝途徑、線粒體功能和心血管系統(tǒng)的保護(hù)中起著重要作用。Madrid-Gambin等[34]使用非靶向的1H NMR方法評(píng)價(jià)咖啡中的主要多酚化合物綠原酸在急性攝入和連續(xù)攝入情況下對(duì)人體尿代謝的影響。幾種內(nèi)源性代謝物，如琥珀酸、檸檬酸和異丁酸在急性攝入情況下含量顯著增加，表明綠原酸在能量代謝中具有一定的作用。此外，通過(guò)利用1H NMR代謝組學(xué)技術(shù)，該研究得出葫蘆巴堿和2-福爾馬林可以作為持續(xù)攝入咖啡人群尿液中的兩種潛在生物標(biāo)志物。

2.3.2 質(zhì)譜技術(shù)在食品生物活性化合物健康作用研究中的應(yīng)用

MS由于高靈敏度和分辨率已成為代謝組學(xué)分析中使用最廣泛的方法，它通常與分離技術(shù)結(jié)合，不僅增加了數(shù)據(jù)識(shí)別的第三維度，而且降低了復(fù)雜混合物分析中的矩陣效應(yīng)。

GC-MS分析植物代謝物已被廣泛用于鑒定和表征薄荷、人參、肉桂、茶、覆盆子和蕁麻等食品中的生物活性物質(zhì)。Gunawardena等[35]基于細(xì)胞水平，使用GC-MS研究肉桂的在巨噬細(xì)胞中的抗炎活性。通過(guò)測(cè)定細(xì)胞中一氧化氮和腫瘤壞死因子-α的水平來(lái)表征肉桂抗炎活性的變化趨勢(shì)。GC圖譜鑒定出肉桂中最豐富的化合物是E-肉桂醛和o-甲氧基肉桂醛，這兩種化合物具有一定的抗炎作用，因此提出這兩種生物活性化合物在今后可以嘗試應(yīng)用于臨床研究中，起到治療炎癥性疾病的作用。此外，GC-MS經(jīng)?？捎糜诜治鲅褐写x物的變化規(guī)律。Yang Dawei等[36]基于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)水平通過(guò)GC-MS技術(shù)研究大鼠灌胃人參提取物后血液中代謝物的變化規(guī)律，探索其在治療慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）中的作用，結(jié)果表明人參提取物可顯著改變例如脂肪酸生物合成、類固醇生物合成、半乳糖代謝和氨基酸代謝等代謝途徑，因此起到治療CHF的作用。Pan Pan等[37]通過(guò)甲基化后的GC-MS研究結(jié)腸癌患者攝入樹(shù)莓后血漿中的代謝變化。和對(duì)照組相比，攝入樹(shù)莓后40多種代謝產(chǎn)物含量發(fā)生顯著改變，其中代謝產(chǎn)物4-甲基兒茶酚的增加與細(xì)胞凋亡標(biāo)記物的增加存在一定相關(guān)性，此外，多酚和氨基酸代謝也增加，這表明樹(shù)莓的攝入能夠影響能量相關(guān)代謝途徑的變化。

LC-MS主要分析對(duì)象為極性/非揮發(fā)性和不耐熱的化合物，在次級(jí)代謝物和復(fù)合脂質(zhì)鑒定中表現(xiàn)出良好的作用。Llorach等[38]利用LC-MS鑒定攝入可可后與之相關(guān)的39 種代謝物，并分析出可可中生物活性化合物的代謝作用是肉堿代謝減少和酪氨酸硫酸化的主要原因，這為可可的攝入與心血管疾病之間的關(guān)系提出了新的假設(shè)。食品中的一些生物活性化合物可以調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，而且許多脂質(zhì)，如n-3多不飽和脂肪酸在代謝調(diào)節(jié)過(guò)程中顯示出其生物活性。脂質(zhì)代謝組學(xué)被認(rèn)為是代謝組學(xué)的最大分支，旨在表征生物體中數(shù)千種不同的脂質(zhì)。值得注意的是最近一些研究者使用LC-MS方法來(lái)評(píng)估微藻和大型藻類中脂質(zhì)的質(zhì)譜變化，以評(píng)估它們的生物活性。例如，da Costa等[39]使用親水保留色譜（hydrophilic interaction chromatography，HILIC）-MS對(duì)軟毛松藻和皺波角藻進(jìn)行極性脂類質(zhì)譜分析，鑒定出包括糖脂、鞘糖脂、肌醇磷酰胺、甘油磷脂和二?；蛦熙；鸩藟A等超過(guò)200 種脂質(zhì)。

近年來(lái)，隨著腸道菌群研究的深入，利用代謝組學(xué)方法關(guān)注菌群與生物活性物質(zhì)之間的相互作用、腸道菌群及其與宿主的相互作用已成為研究熱點(diǎn)。糞便樣本的代謝組學(xué)分析是了解食物中生物活性物質(zhì)與腸道菌群在健康和疾病狀態(tài)之間關(guān)系的關(guān)鍵。因此，為表征這些相互作用，尋找微生物群的生物標(biāo)記物是必不可少的。Jiménez-Girón等[40]開(kāi)發(fā)了一種超高效液相色譜（ultra performance liquid chromatography，UPLC）-MS方法，用代謝組學(xué)指紋圖譜鑒別紅酒攝入4 周后健康志愿者糞便中出現(xiàn)的生物標(biāo)志物。該研究克服了個(gè)體樣本中糞便代謝物的內(nèi)部變異性，發(fā)現(xiàn)了37 種葡萄酒攝入后的生物標(biāo)志物，其中一些葡萄酒代謝物（葡萄酒多酚中的腸道代謝物黃酮醇）可以與腸道菌群相互作用，實(shí)現(xiàn)其營(yíng)養(yǎng)功能。

2.4 多組學(xué)聯(lián)用在食品生物活性化合物健康作用研究中的應(yīng)用

圖 2 多組學(xué)技術(shù)聯(lián)合使用研究食物的生物活性[41]Fig. 2 Targets of different omic approaches used to study bioactivities of food ingredients[41]

如圖2所示，Pimentel等[41]從食物消化吸收代謝角度出發(fā)，綜述了人體不同組織器官及代謝產(chǎn)物中組學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了蛋白質(zhì)組學(xué)在研究食物在胃腸道消化中的應(yīng)用，轉(zhuǎn)錄組學(xué)在研究食物中活性成分在不同組織中表達(dá)的應(yīng)用，代謝組學(xué)在研究尿液中食物活性成分代謝產(chǎn)物的應(yīng)用；通過(guò)將轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)結(jié)合，研究血液、糞便中生物活性化合物的變化，從而靶向針對(duì)各個(gè)部位闡述生物活性化合物的營(yíng)養(yǎng)功能。然而，在實(shí)際研究中，為了實(shí)現(xiàn)食品組學(xué)在膳食營(yíng)養(yǎng)和預(yù)防疾病等方面的應(yīng)用，轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)的數(shù)據(jù)整合是至關(guān)重要的，同時(shí)，3 種組學(xué)技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用也具有一定的挑戰(zhàn)性[42-44]。到目前為止，只有很少的研究將多組學(xué)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，因此本文著重介紹多組學(xué)聯(lián)用在食品生物活性化合物健康作用研究中的應(yīng)用，以期更好地利用食品組學(xué)技術(shù)解釋膳食營(yíng)養(yǎng)與健康之間的關(guān)聯(lián)。

Bakker等[45]選用含有魚(yú)油、綠茶提取物、白藜蘆醇、VE、VC和番茄提取物的混合物對(duì)超重帶有低級(jí)慢性炎癥的男性患者進(jìn)行膳食營(yíng)養(yǎng)干預(yù)。通過(guò)氣相色譜電子轟擊離子源質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry with electron impact ionization，GC-EI-MS）法進(jìn)行血漿和尿液代謝物的代謝組學(xué)研究，通過(guò)反相/高效液相色譜質(zhì)譜（reversed phase/high performance liquid chromatography-mass spectrometry，RP/HPLC-MS）分析脂質(zhì)和游離脂肪酸的代謝圖譜。將這些數(shù)據(jù)與使用基于微球的免疫多重測(cè)定獲得的蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)以及從PBMC和脂肪組織樣品（使用NuGO Affymetrix Human Genechip）獲得的轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合后，使用Ingenuity Pathway Analysis軟件整合所有結(jié)果，得出所選擇的膳食產(chǎn)品影響人體的炎癥過(guò)程、氧化應(yīng)激反應(yīng)和代謝過(guò)程。Ibá?ez等[46]通過(guò)代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)聯(lián)合研究了超臨界萃取富集的迷迭香提取物中的多酚對(duì)HT-29結(jié)腸癌細(xì)胞的抗增殖作用。在此研究中，作者首次討論了非靶向組學(xué)技術(shù)聯(lián)合使用在探究食品生物活性成分對(duì)健康的作用機(jī)制方面應(yīng)用的巨大潛力。通過(guò)RP/UPLC-ESI-QTOF MS、HILIC/UPLC-ESI-QTOF MS和CE-ESI-TOF MS 3 種不同的分析平臺(tái)進(jìn)行對(duì)照組和處理組HT-29細(xì)胞之間的比較代謝組學(xué)分析，使用Affymetrix人類基因1.1 ST微陣列獲得轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)，采取2-DE與MALDI-TOF/TOF MS/MS組合方法獲得蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果。通過(guò)多種細(xì)胞檢測(cè)手段發(fā)現(xiàn)迷迭香提取物處理組誘導(dǎo)了HT-29細(xì)胞的凋亡和細(xì)胞周期停滯，依據(jù)不同組學(xué)技術(shù)的數(shù)據(jù)整合揭示了其誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期停滯的機(jī)制。隨后，該課題團(tuán)隊(duì)又進(jìn)行了深入研究，設(shè)計(jì)了基于DML和nano-LC-Orbitrap MS/MS的互補(bǔ)蛋白質(zhì)組學(xué)方法，研究了不同濃度迷迭香提取物和不同處理時(shí)間對(duì)HT-29結(jié)腸癌細(xì)胞的抗增殖作用的影響。這些結(jié)果與先前的轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)相關(guān)，表明許多改變的蛋白質(zhì)參與了蛋白質(zhì)的解折疊反應(yīng)和氧化應(yīng)激反應(yīng)[47]。Jia Huijuan等[48]使用3 種平臺(tái)（代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)）的組合研究荷蘭芹膳食補(bǔ)充對(duì)葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠的作用，此研究從結(jié)腸和肝組織中提取mRNA和蛋白質(zhì)，并使用LC-MS/MS和iTRAQ標(biāo)記（蛋白質(zhì)）或雜交到Affymetrix小鼠基因組2.0陣列（大于30 000 個(gè)轉(zhuǎn)錄物）中進(jìn)行分析。此外，使用CE-ESI-TOF MS和CE-ESI-QQQ MS進(jìn)行肝臟樣本的代謝組學(xué)分析，并對(duì)血漿樣品進(jìn)行CE-ESI-TOF MS分析?？傊?，細(xì)胞炎癥因子和癌癥標(biāo)志物的下調(diào)以及脂肪酸合成基因的上調(diào)，表明荷蘭芹可作為抗腸炎性的新型營(yíng)養(yǎng)保健食品。

一些其他文獻(xiàn)中也涉及食品生物活性化合物的組學(xué)相關(guān)研究，但僅使用兩種不同的組學(xué)平臺(tái)。Valdés等[49]基于代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)的食品組學(xué)技術(shù)也進(jìn)行了迷迭香提取物中主要的多酚化合物（鼠尾草酸和鼠尾草酚）的抗增殖作用的體外研究。在此研究中，使用HILIC/UPLC-TOF MS和CE-ESI-TOF MS進(jìn)行代謝物分析，結(jié)果表明鼠尾草酸和鼠尾草酚的抗增殖活性與多胺代謝的改變相關(guān)?；趎ano-LCeMS/MS Orbitrap的蛋白質(zhì)組學(xué)研究表明一些轉(zhuǎn)錄物的表達(dá)揭示了鼠尾草酸和鼠尾草酚的作用機(jī)制之間的差異。隨后，Valdés等[50]進(jìn)一步應(yīng)用食品組學(xué)技術(shù)研究從迷迭香中提取的膳食多酚對(duì)兩種人白血病細(xì)胞株（一種顯示藥物敏感表型（K562），另一種顯示耐藥表型（K562/R））的抗增殖作用，宏轉(zhuǎn)錄組微陣列與基于MS的非靶向分析方法（CE-TOF MS和UPLC-TOF MS）分別被用于進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)分析。使用IPA軟件，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)平臺(tái)獲得的數(shù)據(jù)的整合。該研究鑒定了由迷迭香多酚調(diào)節(jié)的代謝途徑中的幾種差異表達(dá)基因，為這些化合物在代謝中的作用提供了更多的證據(jù)。

3 結(jié) 語(yǔ)

目前，膳食營(yíng)養(yǎng)與健康的關(guān)系已成為研究熱點(diǎn)，隨著高通量技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，以及新的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的形成，正在為新的膳食模式分析開(kāi)拓思路，借助食品組學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)分析已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)今，轉(zhuǎn)錄組學(xué)微陣列技術(shù)仍然存在一些局限性，例如應(yīng)用時(shí)需要已知分析的轉(zhuǎn)錄組序列、高背景噪聲對(duì)測(cè)序結(jié)果的影響及有限的動(dòng)態(tài)范圍等。此外，應(yīng)致力于更高靈敏度和分辨率的質(zhì)譜儀器的開(kāi)發(fā)，這將為蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)的快速發(fā)展開(kāi)辟新的時(shí)代；同時(shí)代謝組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)仍需要完善和補(bǔ)充，以便更好地識(shí)別和檢測(cè)代謝物，拓寬代謝組學(xué)的應(yīng)用范圍。食品組學(xué)技術(shù)的最新發(fā)展使研究者可以更好地了解食物被人體代謝的方式，如果想要在食品生物活性化合物對(duì)人類健康的影響方面取得進(jìn)展，仍然需要將這些數(shù)據(jù)與人體消化、吸收及代謝生理反應(yīng)結(jié)合起來(lái)，更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)整合可能是成功的關(guān)鍵。