Лу Ци
Департамент по хранене, Харвардско училище за обществено здраве, Бостън, Масачузетс, САЩ, и Чанинг отдел по мрежова медицина, Медицински департамент, Brigham and Women’s Hospital и Харвардско медицинско училище, Бостън, Масачузетс, САЩ
Резюме
През последните няколко десетилетия се наблюдава бързо нарастване на свързаните с храненето разстройства като затлъстяването в САЩ и по света. Традиционните изследвания на храненето свързват различни храни и хранителни вещества със затлъстяването. Последният напредък в геномиката доведе до идентифициране на генетичните варианти, определящи телесното тегло и свързаните с тях хранителни фактори, като прием на енергия и макроелементи. В допълнение, убедителни доказателства подкрепят взаимодействието между генетичните вариации и диетичните фактори във връзка със затлъстяването и промяната на теглото. Нещо повече, наскоро възникнали данни от други проучвания на „omics“ като епигеномика и метаболомика показват, че могат да съществуват по-сложни взаимодействия между глобалните характеристики на човешкото тяло и диетичните фактори на много нива, засягащи податливостта на индивидите към затлъстяване; и е предложена концепция за „персонализирано хранене“, за да се интегрират тези нови знания с традиционните изследвания на храненето, с надеждата в крайна сметка да се подкрепи личностно-ориентирана диетична интервенция за смекчаване на затлъстяването и свързаните с него разстройства.
Въведение
Затлъстяването е едно от основните нарушения, свързани с храненето, и бързото му нарастване в Съединените щати и много други страни е успоредно с драматично преминаване от традиционните, по-плътни хранителни режими на хранене към по-богати на енергия, нездравословни модели (1,2 ). Значението на храненето за профилактика и лечение на затлъстяването е спечелило голямо внимание от специалистите по обществено здраве (3,4).
Етиологията на затлъстяването е многофакторна и включва сложни взаимодействия между диетични фактори и различни „вътрешни“ (напр. Геномни, епигеномни и метаболитни профили) или „външни“ (напр. Начин на живот) експозиции. През последните 10 години станахме свидетели на бърз напредък в изследванията на геномиката, което направи големи крачки в откриването на генетични варианти, свързани с регулирането на телесното тегло и затлъстяването (5). В допълнение, новите данни показват, че генетичните варианти могат да взаимодействат с диетични фактори във връзка със затлъстяването и промяната на теглото (6 - 9). Освен това, неотдавнашни проучвания върху други глобални характеристики на човешкото тяло, като епигеномика и метаболомика, предполагат, че могат да съществуват по-сложни взаимодействия на много нива, засягащи податливостта на индивидите към затлъстяване, и се предлага концепция за „персонализирано хранене“, която да ги интегрира нов напредък с традиционните изследвания на храненето.
Ключови съобщения
Група диетични фактори или хранителни навици са свързани със затлъстяването; обаче данните за повечето от тези фактори все още са несъвместими.
Възникващите доказателства подкрепят потенциалното взаимодействие между генетични фактори и хранителни фактори във връзка със затлъстяването.
Персонализираното хранене има голямо обещание за разбиране на индивидуалните вариации в отговорите на определени храни и хранителни вещества и тези знания ще бъдат превърнати в полза за общественото здраве.
Тази статия обобщава неотдавнашния напредък в храненето, геномиката, взаимодействието между гените и диетите и други изследвания на затлъстяването, и по-специално разглежда „персонализираното хранене“ в интегрирането на тези знания и потенциалното приложение на личностно-ориентирана диетична интервенция за смекчаване на затлъстяването и свързаните с него нарушения . Статията не прави цялостен преглед на публикациите в свързаните области, а само представя примерни констатации като примери.
Храни, хранителни вещества, хранителни навици и затлъстяване
Коренът на етиологията на затлъстяването е дисбалансът между приема на енергия в храната и разхода на енергия. Човешката еволюция благоприятства предпочитанието към енергийно-плътни и мазни храни, в резултат на излагане на глад на предците (10). Това оставя хората податливи на съвременната обезогенна среда по отношение на нарастването на приема на енергия и последващото повишаване на риска от затлъстяване. Данните от Националното проучване за здравни и хранителни изследвания (NHANES) показват значително изменение на енергийния прием нагоре, увеличавайки се със 7% при мъжете и 22% при жените от 1971 - 1974 до 1999 - 2000 (11), успоредно с бързо нарастване на затлъстяването в същия период от време.
Таблица I
Избрани проучвания за взаимодействията ген - диета/начин на живот в наблюдателни проучвания и рандомизирани клинични проучвания.
| Кохортни изследвания | ||||
| Qi Q, et al. 2012 (7) | Три кохорти; п = 6,934, 4,423 и 21,740 | Подсладени напитки със захар | 32 Варианти, свързани с ИТМ и затлъстяването | Генетичните асоциации със затлъстяването бяха модифицирани чрез прием на подсладени захарни напитки |
| Qi Q, et al. 2012 (59) | Две кохорти; п = 7,740 и 4,564 | Физическа активност и гледане на телевизия | 32 Варианти, свързани с ИТМ и затлъстяването | Генетичните ефекти върху ИТМ са по-силни при тези с ниска физическа активност или по-дълги часове гледане на телевизия |
| Ahmad S, et al. 2013 (60) | n = 111 421 | Физическа дейност | 12 варианта, свързани с ИТМ и затлъстяването | Генетичните ефекти върху ИТМ и риска от затлъстяване са по-силни при тези с ниска физическа активност |
| Рандомизирани клинични изпитвания | ||||
| Xu M, et al. 2013 (80) | 2-годишна интервенция; n = 734 | Диети за отслабване | BCAA-свързан PPM1K SNP rs1440581 | Диетичните мазнини значително модифицират генетичните ефекти върху промените в теглото, инсулина на гладно и инсулиновата резистентност |
| Mattei J, et al. 2012 (53) | 2-годишна интервенция; n = 591 | Диети за отслабване | Свързан с диабет TCF7L2 SNP rs7903146 | Диетичният прием на мазнини взаимодейства с генотипа TCF7L2 във връзка с промените в ИТМ, общата маса на мазнините и мастната маса на багажника |
| Heni M, et al. 2012 (62) | 9-месечна интервенция; n = 304 | Намален прием на мазнини и увеличен прием на фибри | Свързан с диабет TCF7L2 SNP rs7903146 | Приемът на фибри значително промени генетичните ефекти върху загубата на тегло |
| Zhang X, et al. 2012 (9) | 2-годишна интервенция; n = 742 | Диети за отслабване | FTO SNP, свързан със затлъстяването rs1558902 | Диетата с високо съдържание на протеини взаимодейства с генотипа на FTO във връзка със загуба на тегло и подобряване на телесния състав и разпределението на мазнините |
| Erez G, et al. 2011 г. (63) | 2-годишна диетична интервенция; n = 322 | Диети за отслабване | LEP SNP | LEP SNP значително подобри прогнозата за възстановяване на теглото след загуба на тегло |
BCAA = аминокиселина с разклонена верига; ИТМ = индекс на телесна маса; ССЗ = сърдечно-съдови заболявания; SNP = единичен нуклеотиден полиморфизъм.
Генетична модификация за отслабване и поддържане чрез диетични интервенции
Превенцията и лечението, основани на доказателства, разчитат главно на доказателства от рандомизирани клинични проучвания, които са по-подходящи по отношение на бъдещото развитие на диетичните интервенции за предотвратяване на затлъстяването. Ние изследвахме взаимодействията между гените и диетите в проучването POUNDS LOST, двугодишно проучване за диетична интервенция, сравняващо четири диети за отслабване, различни по съдържание на макроелементи сред 811 възрастни с наднормено тегло или затлъстяване (18). В едно проучване открихме, че еднонуклеотидният полиморфизъм (SNP) rs2943641 близо до свързания с инсулин и диабет ген IRS1 значително взаимодейства с приема на въглехидрати във връзка със загубата на тегло (P за взаимодействие 15 g фибри на 1000 kcal). Heni et al. наскоро установи, че CC генотипът на свързания с диабета TCF7L2 SNP rs7903146 е свързан с по-голяма загуба на тегло при участници с висок прием на фибри, но не и при тези с нисък прием на фибри (Таблица I) (62). В друго 2-годишно проучване за диетична интервенция беше установено, че генетичните варианти в лептиновия ген (LEP; SNPs rs4731426 и rs2071045) са свързани значително с възстановяването на теглото след загуба на тегло на 6 месеца. Освен това беше установено, че добавянето на генотип значително подобрява прогнозната стойност на възстановяването на теглото с 34% (Таблица I) (63).
Други омици - диетични взаимодействия и затлъстяване
В допълнение към геномиката, други глобални характеристики на човешкото тяло могат също да повлияят на реакцията към хранителни фактори и риск от затлъстяване, което се доказва от нововъзникващи данни в проучвания на „омика“ като епигеномика и метаболомика. Буквално епигеномиката означава „на върха на генетиката“ и се определя като наследствени промени, които засягат генната експресия чрез механизми, които не са свързани със съпътстващи промени в ДНК последователността, като ДНК метилиране, модификации на хистон и микро-РНК (miRNA) ( 64,65). Счита се, че пренаталното хранене играе ключова роля в оформянето на постоянни промени в епигенома, което свързва риска от ранно развитие и заболяване при възрастни. Пренаталното излагане на хранителни предизвикателства по време на глад е свързано с по-късен риск от затлъстяване, хипертония и диабет (66 - 68). Няколко скорошни проучвания (69,70) установиха, че излагането на глад вътреутробно може да повлияе на метилиращия статус в някои гени. В скорошно проучване Ortega et al. (71) съобщава, че затлъстяването е свързано с подчертано увеличение на miR-140-5p, miR-142-3p и miR-222 и намаляване на miR-532-5p, miR-125b, miR-130b, miR-221, miR-15a, miR-423-5p и miR-520c-3p. Освен това беше установено, че индуцираната от хирургия загуба на тегло води до промени в miRNA профила; Въпреки това, индуцираната от диетата загуба на тегло не променя значително нивата на miRNA.
Метаболомиката характеризира метаболитния профил (метаботип) чрез едновременно измерване на широк спектър от съединения с ниско молекулно тегло (72,73). В скорошно проучване (74), Wang et al. профилирани плазмени метаболити, използвайки LC-MS платформа в проучването на потомството Framingham, и идентифицира три аминокиселини с разклонена верига (BCAA), левцин, изолевцин и валин и две ароматни аминокиселини (AAA), фенилаланин и тирозин, предсказващи риска от диабет . Интересното е, че е установено, че тези аминокиселини се променят в отговор на диетични интервенции и са свързани със затлъстяването в група проучвания (75,76).
Персонализирано хранене и затлъстяване
Една от основните цели на научните изследвания в областта на храненето е да се проучи ролята на храните и хранителните вещества в причините и превенцията на заболяванията, за да се осигури най-високото качество на здравните препоръки. В момента в препоръките за хранене се приема универсална стратегия; и такъв подход изисква съществено опростяване и категорично предположение, че няма индивидуални различия. Натрупването на доказателства от геномични и други изследвания на омиката обаче предполага, че подобно опростяване и предположение вероятно са подвеждащи. Наскоро беше предложена концепция за „персонализирана медицина“, при която пациентите се лекуват въз основа на техните индивидуални характеристики (77). Очаква се персонализираната медицина да се възползва от комбинирането на информация за геномиката с проследяване на физиологичните състояния чрез множество методи с висока производителност omics. В съответствие с тази концепция, „персонализираното хранене“ специално се занимава със здравословни проблеми, свързани с храненето, като свързва традиционните изследвания на храненето с различни методи на omics, с надеждата да разбере задълбочено сложните взаимодействия между хранителните фактори и различните глобални характеристики на човешкото тяло и да помогне за препоръки за хранене, които могат да бъдат съобразени с индивид с подобрена ефикасност.
Обобщение
Персонализираното хранене произтича от брака на традиционната наука за храненето с изследванията на omics и едновременно с това изучава огромни количества вариации в генома, епигенома, метаболома и техните взаимодействия с хранителни фактори на различни нива. В този случай персонализираното хранене има за цел да интегрира многостепенна информация, за да характеризира изчерпателно и точно връзката между храненето и разстройствата на здравето, като затлъстяването.
Персонализираното хранене има голямо обещание да се разберат индивидуалните различия в отговорите на определени храни и хранителни вещества и тези знания ще бъдат превърнати в полза за общественото здраве. Има примери, отразяващи някои от триумфите на системния подход при дешифриране на връзката между храненето и затлъстяването. И все пак съществуват много предизвикателства и картата на интерфейса за хранене - omics далеч не е пълна. Въпреки че препоръките за цялостно популационно хранене могат да продължат да бъдат ефективни за подобряване на здравето, персонализираната намеса би била по-ефективна за намаляване на свързаните със затлъстяването разстройства, особено сред високорисковите популации, определени от генетичния състав. Трябва да се получат солидни доказателства преди прилагането на персонализирана диетична намеса на практика.
Благодарности
Декларация за интерес: