DNA甲基化曾被认为是一种稳定的表观遗传标记，现在被认为也可以是动态的。近年来表观遗传标记动态特性的识别为评估环境和特定化合物对生物表观基因组的影响提供了基础。现时市场上有多种补充剂出售，包括维生素、植物提取物和天然化合物的合成类似物，对人体或有潜在健康益处，但当涉及到潜在表观遗传效应时，作用模式往往难以捉摸。

姜黄素是从姜黄植物根茎中分离出来的主要化合物，与组蛋白的低乙酰化有关，大量的组蛋白翻译后修饰和DNA甲基化之间的串扰已经被证实。此外，姜黄素已被证明能在一定程度上保护小鼠的肝脏免受酒精滥用的损害。而乙醇是欧洲人类滥用的最有害物质之一，也是美国人主要死因之一，还是多种有机化合物(包括生物活性食品成分)的多功能溶剂。模型生物体中对生存进行评分能直接确定以一定浓度喂养的植物衍生化合物的有利或有害影响。全基因组双硫酸盐测序(WGBS)可用于评估与食用化合物相关的DNA甲基化变化的全基因组。而蜜蜂是动态DNA甲基化的示范模型。

本研究使用三步筛选方法，首先筛选出七种化合物以观察对长寿的影响，最终发现当姜黄素和乙醇共同施用时，乙醇摄入量导致的寿命缩短得到了恢复，并确定了乙醇摄入量导致的区域特定DNA甲基化变化。

1、对食物生物活性化合物的筛选揭示了对蜜蜂生存的影响

本研究选择了7种与人类通过食物、营养补充剂、药物和滥用接触相关的食品生物活性化合物。首先研究摄入这七种化合物是否会影响蜜蜂的寿命。我们选择了最有希望的候选基因进行WGBS研究，并深入分析了物质暴露对DNA甲基化的影响。关于筛选方法的概述见图1。

Kaplan-Meier生存分析数据显示，异戊酸、丙戊酸、氰钴胺(维生素B12)和叶酸治疗对生存有显著影响。其中0.1和1 mg/ml浓度的异戊酸使蜜蜂寿命延长，而在10 mg/ml时生存时长减短。丙戊酸是一种有效的抗惊厥药物，用于治疗人类多种神经和心理疾病，但使用时需仔细监测，因为许多副作用可能会发生。结果表明，蜜蜂也同样表现出对丙戊酸的高敏感性。被喂食丙戊酸0.1mg/ml的蜜蜂生存时间更长，高浓度的丙戊酸则显著缩短了它们的生存时间。

叶酸和氰钴胺在昆虫中的作用很少受到关注。但有间接证据表明昆虫可以从肠道细菌中获得叶酸。有报告认为摄入富含叶酸的饮食，肠道微生物群可能会以有害的方式发生改变，从而可能导致体重和存活率降低。本研究中，0.2µg/ml的氰钴胺明显缩短生存时长。对于叶酸(维生素B9)喂养的蜜蜂，只有最低浓度(5µg/ml)使生存期缩短。

据此前报告，当浓度在2.5% (v/v)时，乙醇即对蜜蜂的寿命有负面影响。本研究观察到，低至1%的乙醇浓度(v/v)会导致寿命缩短，这表明低浓度的乙醇比之前假设的更有害。

值得注意的是，当喂食含有高浓度姜黄素(100µg/ml)和乙醇(1%，v/v)的饲料时，与只摄入乙醇相比，蜜蜂的寿命显著增加(Nethanol/ethanol & curcumin 100 µg/ml=208/204;p<0.05)(图2B)。事实上，在含乙醇的饮食中加入100µg/ml姜黄素后，与乙醇相关的寿命缩短在很大程度上恢复到了对照组的水平(图2B)，然而低浓度姜黄素(1µg和10µg/ml)对蜜蜂的寿命无明显延长 (Nethanol/10 µg/ml/1 µg/ml =208/204/201; p > 0.05)，这表明需要相对高浓度的姜黄素来恢复因乙醇摄入而缩短的寿命。姜黄素曾被报道可以延长感染蜜蜂的寿命，结合本研究结果可推测姜黄素或通过一种共同的机制发挥作用，例如提高蜜蜂的抗压能力。

2、评估食品中生物活性化合物对DNA甲基化的影响

尽管蜜蜂的甲基化基因组相对稀疏，但基于ELISA的方法已成功应用于检测整体DNA甲基化的变化。本研究未观察到任何测试化合物对DNA甲基化水平的任何显著影响;然而，当蜜蜂单独喂乙醇时，确实观察到超甲基化趋势。值得注意的是，在食用了含有乙醇(1% (v/v))和最高姜黄素浓度(100微克/毫升)的饲料的蜜蜂中，这一趋势发生了逆转。

3、姜黄素阻断酒精相关的DNA甲基化变化

与对照组相比，暴露在乙醇中的蜜蜂有四个区域发生了甲基化。其中，三个区域发生了高甲基化，一个区域发生了低甲基化。与纯乙醇喂养的蜜蜂相比，姜黄素和乙醇喂养的蜜蜂中有三个区域不同低甲基化。进一步的研究发现姜黄素和乙醇喂养的蜜蜂与纯乙醇喂养的蜜蜂相比，其三个甲基化差异区域与纯乙醇喂养的蜜蜂中观察到的三个甲基化差异区域重叠。乙醇诱导了这三个区域的高甲基化(图3A-C)，而姜黄素对乙醇诱导的所有区域的高甲基化具有显著的保护作用。

姜黄素与乙醇一起使用导致的DNA甲基化水平与对照组蜜蜂在四分之三乙醇影响区域中观察到的水平相似(图3A-C)。3个乙醇影响区和姜黄素阻断区分别位于GB49219、GB47217和GB43904位点的基因体中，分别位于连锁群7、11和8。其中GB49219是雄性生殖所必需的。在此基础上，研究雄蜂会否像人类雄性那样在过度饮酒后经历短暂的精子质量下降将是有趣的。在乙醇诱导低甲基化的一个区域，姜黄素未能完全保护这种低甲基化，但能观察到部分保护的趋势(图3D)。该区域是GB52826基因体的一部分，GB52826是一种跨膜蛋白，似乎在人类组织中广泛表达，并与甲状腺癌相关。

总之，本研究结果表明，生物活性食品成分可以调节蜜蜂的寿命。乙醇对寿命的负面影响可能是通过DNA甲基化的改变而促进的，而当姜黄素和乙醇一起食用时，可以预防这些改变。本研究说明如何通过生物活性食物成分姜黄素来恢复寿命和DNA甲基化变化。此外，我们通过引入姜黄素干预，将蜜蜂作为研究与乙醇消耗相关的DNA甲基化变化的模型系统。

原文来源：

Erik M. K. Rasmussen，et al. Screening bioactive food compounds in honey bees suggests curcumin blocks alcohol‑induced damage to longevity and DNA methylation.

Scientifc Reports | (2021) 11:19156 | https://doi.org/10.1038/s41598-021-98614-4