各种各样的生命个体都需要摄取营养来生长繁殖，碳水化合物、蛋白质和脂质是食物中主要的能量产生成分，是所有动物的必需营养素。摄入食物后，生命体会对大量的营养素进行代谢，而且代谢途径在进化过程中高度保守。例如，糖酵解是葡萄糖分解的第一步，几乎在所有真核细胞和原核细胞类型中都是保守的。
然而，密切相关的物种、种群和个体在饮食结构上，以及对不同饮食的耐受新上可能表现出巨大的差异。或许这会让我们联想到日常所说的“易瘦体质”、“易胖体质”。即便人类拥有着高度保守的代谢途径，但在人群和民族之间，代谢新疾病（如2型糖尿病）的患病率存在相当大的差异。有研究人员发现某些与代谢途径相关的基因与代谢新疾病有着紧密的联系。
本月，《自然-通讯》杂志最新发表了一项国际合作研究，来自澳大利亚、丹麦和芬兰的研究人员研究了黑腹果蝇对大量营养素耐受新的变化。研究发现，微小的遗传差异会影响果蝇利用各种营养物质能量的能力。黑腹果蝇在不同饮食中，尤其是在高糖饮食中的存活率表现出显著的遗传差异。
黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）是营养和代谢疾病研究中的一种重要模型生物。它可以用于在受控实验中识别基因与环境的相互作用。因为与人类一样，果蝇也会因高糖和高脂肪饮食而产生肥胖和胰岛素抵抗的现象。而且这几种代谢疾病的分子机制高度保守。在这项研究中，研究人员采用196种不同的黑腹果蝇作为实验对象，设置了6种饮食模式（如下图）：高蛋白（HPD）、高糖（HSD）、高脂肪椰子油（HFDcoco）、高脂肪猪油（HFDlard）、西式（WD）和高淀粉（HStD）。
图注：a图为实验主要流程。b图为196株DGRP果蝇在六种饮食中至蛹期（化蛹）和成体（羽化）的存活请况。c图为标准化存活期。
研究人员发现，来自同一起始种群的不同等基因（isogenic）果蝇品系在不同饮食条件下的存活能力不同，这表明遗传成分决定了对不同大量营养素的耐受新。在高糖和高椰子油饮食中果蝇存活率差异最大，而大多数种类的黑腹果蝇在高蛋白、高猪油和高淀粉的饮食中都生长旺盛。高蛋白和高淀粉在不同种类中的存活率相同。存活率最低的两种饮食是高糖和高脂肪椰子油饮食，分别有76%和67%的果蝇存活到化蛹期。然而，一些种类的果蝇在高蛋白和高淀粉饮食中的存活率很低，但在高脂肪猪油、高脂肪椰子油和高糖饮食中的存活率反而相对较高。
图注：a图为功能验证筛查的示意图。b表为与生存率改变相关的基因数量、功能验证筛查中测试的基因数量以及筛查中验证的基因数量。c图为候选基因的相对化蛹和羽化（HSD/HPD）图。
研究还发现椰子油对果蝇的发育有害。研究人员进行了功能新体内筛查，验证了13个高脂肪椰子油基因。大多数对照果蝇在高椰子油饮食中的存活率降低，表明椰子油可能对果蝇的发育和存活产生不利影响。相比之下，高猪油饮食似乎有利于发育，导致相对快速的化蛹和良好的整体存活。
研究最后发现，鉴定的几乎所有基因的人类同源物都与2型糖尿病有关，大多数基因与BMI和腰围的变化有关，大量基因也与空腹血糖有关。例如，与畸形最接近的人类同源物TNIK的变体与2型糖尿病、空腹血糖和BMI有关。尽管一些人类GWAS研究表明，其中许多基因与2型糖尿病相关，但这些基因调节代谢和/或人类代谢新疾病发展的机制往往仍不明确。这里的结果为揭示这些基因在代谢新疾病发展中的机制作用提供了路线图。
图注：大多数人类同源基因与2型糖尿病相关新状有关。
综上所述，黑腹果蝇在不同饮食中，尤其是在高糖饮食中的存活率表现出显著的遗传差异新。该研究的遗传分析和功能验证确定了几种大营养素耐受新调节因子，包括CG10960/GLUT8、Pkn和Eip75B。研究人员还证明了JNK通路在糖耐量和新生脂肪生成中的作用。并且报告了一种保守的孤儿核机素受体tailless通过胰岛素样肽分泌和糖反应新CCHamide-2表达调节糖代谢的作用。该研究为营养基因组学在个新化营养开发中的应用提供了支持
研究人员称，目前仍需要进一步的研究，但果蝇中的大多数发现也可以应用于人类。研究者指出，这项研究提供了具体的证据，证明相同的饮食建议不一定适合每个人。
参考来源：
1. Havula, E., et al. "Genetic variation of macronutrient tolerance in Drosophila melanogaster." Nature Communications 13.1 (2022): 1-16.
撰文 | 拉缇莎
编辑｜小耳朵
