各種各樣的生命個體都需要攝取營養來生長繁殖，碳水化合物、蛋白質和脂質是食物中主要的能量產生成分，是所有動物的必需營養素。攝入食物後，生命體會對大量的營養素進行代謝，而且代謝途徑在進化過程中高度保守。例如，糖酵解是葡萄糖分解的第一步，幾乎在所有真核細胞和原核細胞型別中都是保守的。
然而，密切相關的物種、種群和個體在飲食結構上，以及對不同飲食的耐受性上可能表現出巨大的差異。或許這會讓我們聯想到日常所說的“易瘦體質”、“易胖體質”。即便人類擁有著高度保守的代謝途徑，但在人群和民族之間，代謝性疾病（如2型糖尿病）的患病率存在相當大的差異。有研究人員發現某些與代謝途徑相關的基因與代謝性疾病有著緊密的聯絡。
本月，《自然-通訊》雜誌最新發表了一項國際合作研究，來自澳大利亞、丹麥和芬蘭的研究人員研究了黑腹果蠅對大量營養素耐受性的變化。研究發現，微小的遺傳差異會影響果蠅利用各種營養物質能量的能力。黑腹果蠅在不同飲食中，尤其是在高糖飲食中的存活率表現出顯著的遺傳差異。
黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）是營養和代謝疾病研究中的一種重要模型生物。它可以用於在受控實驗中識別基因與環境的相互作用。因為與人類一樣，果蠅也會因高糖和高脂肪飲食而產生肥胖和胰島素抵抗的現象。而且這幾種代謝疾病的分子機制高度保守。在這項研究中，研究人員採用196種不同的黑腹果蠅作為實驗物件，設定了6種飲食模式（如下圖）：高蛋白（HPD）、高糖（HSD）、高脂肪椰子油（HFDcoco）、高脂肪豬油（HFDlard）、西式（WD）和高澱粉（HStD）。
圖注：a圖為實驗主要流程。b圖為196株DGRP果蠅在六種飲食中至蛹期（化蛹）和成體（羽化）的存活情況。c圖為標準化存活期。
研究人員發現，來自同一起始種群的不同等基因（isogenic）果蠅品系在不同飲食條件下的存活能力不同，這表明遺傳成分決定了對不同大量營養素的耐受性。在高糖和高椰子油飲食中果蠅存活率差異最大，而大多數種類的黑腹果蠅在高蛋白、高豬油和高澱粉的飲食中都生長旺盛。高蛋白和高澱粉在不同種類中的存活率相同。存活率最低的兩種飲食是高糖和高脂肪椰子油飲食，分別有76%和67%的果蠅存活到化蛹期。然而，一些種類的果蠅在高蛋白和高澱粉飲食中的存活率很低，但在高脂肪豬油、高脂肪椰子油和高糖飲食中的存活率反而相對較高。
圖注：a圖為功能驗證篩查的示意圖。b表為與生存率改變相關的基因數量、功能驗證篩查中測試的基因數量以及篩查中驗證的基因數量。c圖為候選基因的相對化蛹和羽化（HSD/HPD）圖。
研究還發現椰子油對果蠅的發育有害。研究人員進行了功能性體內篩查，驗證了13個高脂肪椰子油基因。大多數對照果蠅在高椰子油飲食中的存活率降低，表明椰子油可能對果蠅的發育和存活產生不利影響。相比之下，高豬油飲食似乎有利於發育，導致相對快速的化蛹和良好的整體存活。
研究最後發現，鑑定的幾乎所有基因的人類同源物都與2型糖尿病有關，大多數基因與BMI和腰圍的變化有關，大量基因也與空腹血糖有關。例如，與畸形最接近的人類同源物TNIK的變體與2型糖尿病、空腹血糖和BMI有關。儘管一些人類GWAS研究表明，其中許多基因與2型糖尿病相關，但這些基因調節代謝和/或人類代謝性疾病發展的機制往往仍不明確。這裡的結果為揭示這些基因在代謝性疾病發展中的機制作用提供了路線圖。
圖注：大多數人類同源基因與2型糖尿病相關性狀有關。
綜上所述，黑腹果蠅在不同飲食中，尤其是在高糖飲食中的存活率表現出顯著的遺傳差異性。該研究的遺傳分析和功能驗證確定了幾種大營養素耐受性調節因子，包括CG10960/GLUT8、Pkn和Eip75B。研究人員還證明了JNK通路在糖耐量和新生脂肪生成中的作用。並且報告了一種保守的孤兒核激素受體tailless透過胰島素樣肽分泌和糖反應性CCHamide-2表達調節糖代謝的作用。該研究為營養基因組學在個性化營養開發中的應用提供了支援
研究人員稱，目前仍需要進一步的研究，但果蠅中的大多數發現也可以應用於人類。研究者指出，這項研究提供了具體的證據，證明相同的飲食建議不一定適合每個人。
參考來源：
1. Havula, E., et al. “Genetic variation of macronutrient tolerance in Drosophila melanogaster.” Nature Communications 13.1 (2022): 1-16.
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