没有哪一种饮食适合所有人。有些人喝一周的卷心菜汤可能只减掉几盎司,而另一些人按同样的简朴食谱却能减掉10磅。但是,如果能测量你的新陈代谢,并获得一份定制的饮食处方,那会怎么样呢?
代谢组学可能就能做到这一点。它是继基因组学(基因)和蛋白质组学(蛋白质)之后,“组学”革命的最新分支之一。考虑到肥胖等一些疾病是代谢综合征,其中多个生化途径相互作用导致复杂的症状,代谢测试提供了一种衡量一生健康状况的方法。更重要的是,代谢组学技术可能在疾病出现症状之前就识别出疾病。这样的测试可以帮助人们选择适合其个人代谢状态的饮食和锻炼方案。
位于北卡罗来纳州研究三角园区的Icoria公司正在将代谢组学技术应用于人类健康,该公司 Alan J. Higgins 解释说,“代谢组学给你提供了功能性组成部分”,这在基因或蛋白质分析中并不总是显而易见的。基因表达的变化不一定影响健康,因为身体的稳态机制可能会进行补偿。此外,基因和蛋白质会相互作用,有时才会导致代谢途径的净变化。代谢组学试图通过将生物体作为一个系统来检验,从而统一基因组学和蛋白质组学。“我们在下游末端捕捉到这些变化,” Higgins 补充道。
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在任何特定时刻,人体都会排出数千种代谢物,这些代谢物可以在尿液、血浆和各种身体组织中测量。质谱和核磁共振等传统技术可以测量这些成分——这就是生物化学家如何测试药物或环境污染物对人体细胞的毒性的方法。然而,挑战在于如何解释生成的大量数据。生物信息学的发展帮助解决了这个问题。科学家现在可以更详细地分析代谢物,并进行更具信息量的比较研究。例如,三年前,位于伦敦的 Metabometrix 公司证明,从血液样本反射的高频无线电波可以识别动脉粥样硬化。无线电波测量样本的磁性,计算机软件会生成一个明显的模式。
在症状出现之前分析代谢疾病也可能实现。位于马萨诸塞州沃尔瑟姆的 BG Medicine 的研究人员检查了基因工程改造的小鼠,这些小鼠如果在高脂肪饮食下会发生动脉粥样硬化。科学家给小鼠喂食中等脂肪的饮食,九周后测量了它们肝脏和血浆中的脂质分子。与对照组的水平相比,转基因小鼠体内某些脂质代谢物升高,即使它们看起来非常健康。
当然,已经存在一些标记疾病的生化指标,例如高胆固醇,但这些指标还不够。“单一生物标志物提供信息,”BG Medicine 的 Jan van der Greef 说,“但通常需要生物标志物模式来讲述完整的故事。” Van der Greef 怀疑许多疾病都具有代谢特征,这种特征可以通过技术检测到,即使在胆固醇等指标升高之前——挑战在于识别这些模式。这不是一项小任务:人们对正常的人体代谢,更不用说异常代谢,还没有清晰的理解。
相对而言,“基因测序太容易了,”塔夫茨大学营养与基因组学实验室主任 José M. Ordovas 说。他指出,测序仪只需要处理四种成分(A、C、T 和 G),而“在代谢组学中,你有不同的[技术]平台,它们以不同的方式测量。我们谈论的是数千种成分。”
为了向前发展,科学家们希望建立一个人类代谢组——相当于人类代谢的基因组。但是这个领域缺乏协调和资金,Ordovas 说,他估计可能需要分析 50 万人甚至更多的人才能完成这项任务。
然而,Ordovas 正在逐步前进。在与 Metabometrix 的一个联合项目中,他正在检查几千名受试者,其中一些人患有严重的代谢疾病,如肥胖,另一些人是健康的,以确定极端情况与正常情况的区别。他还将调查根据个人的独特代谢特征量身定制的饮食和运动是否可以使体重恢复正常,并防止过早地陷入不良健康状况。未来,我们可能不再扫描食物标签上的卡路里、脂肪和碳水化合物,而是将标签与我们的代谢类型相匹配。