เอพิเจเนติกส์เชิงโภชนาการเป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาผลกระทบของโภชนาการต่อการแสดงออกของยีนและการเข้าถึงโครมาติน^{[ 1 ] [ 2 ]}เป็นสาขาย่อยของจีโนมิกส์เชิงโภชนาการที่มุ่งเน้นผลกระทบของ ส่วนประกอบอาหาร ที่มีสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพต่อเหตุการณ์เอพิเจเนติกส์^{[ 3 ]}

การศึกษาวิจัยในช่วงแรกๆ ในด้านโภชนาการเชิงเอพิเจเนติกส์นั้นดำเนินการในแบบจำลองสัตว์ฟันแทะโดยศึกษาว่าอาหารสามารถส่งผลต่อเอพิเจโนมและความสัมพันธ์กับการเกิดมะเร็ง ได้อย่างไร ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}การศึกษาเหล่านี้พบว่าอาหารที่ขาด^โคลีน [ ^{4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 8 ]}เมไทโอนีน [ ^{4 ] [ 5 ] [ 8 ]}และโฟเลต^{[ 4 ]}เพียงพอที่จะเพิ่มอุบัติการณ์ของมะเร็งตับโดยเชื่อมโยงผลการค้นพบกับ^ภาวะไฮโปเมทิลเลชันของ DNA รอบๆโปรโตออนโคยีนที่ รู้จัก ^{[ 8 ]}

ต่อมาในช่วงต้นทศวรรษ 2000 งานวิจัยที่น่าสนใจชิ้นหนึ่งที่ตีพิมพ์ในMolecular and Cellular Biologyชื่อTransposable Elements: Targets for Early Nutritional Effects on Epigenetic Gene Regulation ^{[ 9 ]}เป็นหนึ่งในงานวิจัยแรกๆ ที่แสดงให้เห็นว่าชะตากรรมทางพันธุกรรมสามารถเปลี่ยนแปลงได้ผ่านทางอาหาร^{[ 10 ] [ 11 ]}กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ การแสดงออกของยีนบางชนิดสามารถเปลี่ยนแปลงได้ผ่านทางการแทรกแซงทางโภชนาการ ในงานวิจัยนี้ นักวิจัยRandy Jirtle และ Robert A. Waterland ใช้หนู agoutiสีเหลืองสายพันธุ์หนึ่งที่มีชีวิตรอด ซึ่งทราบกันดีว่ามี อัลลีล A ^vy กลายพันธุ์ ซึ่งเป็นยีนที่ส่งผลให้มีสีขนเหลือง อ้วนมีภาวะไม่ทนต่อกลูโคส และไวต่อการเกิดเนื้องอก^{[ 9 ] [ 12 ]}ก่อนหน้านี้เป็นที่ทราบกันดีว่าการให้อาหารแม่หนู ที่ตั้งครรภ์ด้วยอาหาร เสริม เมทิล นั้นเพียงพอที่จะทำให้ได้ ลูกหลานที่เป็น heterozygous pseudo-agouti (สีน้ำตาล) ในสัดส่วนที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับหนูที่ไม่ได้รับอาหารเสริมเมทิล^{[ 13 ]} Jirtle และ Waterland ใช้การจัดลำดับจีโนมและการทดสอบเมทิลเลชัน เผยให้เห็นว่ามีเมทิลเลชันเพิ่มขึ้นรอบๆ ตำแหน่ง A ^vyซึ่งทำให้เกิดการปิดการทำงานของยีนในเชิงกลไก^{[ 9 ]}โดยรวมแล้ว การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงทางเอพิเจเนติกส์อันเนื่องมาจากการแทรกแซงทางโภชนาการก่อนคลอดสามารถส่งผลต่อการพัฒนาของโรคในภายหลังได้^{[ 14 ]}

อย่างไรก็ตาม มีการสังเกตการเปลี่ยนแปลงลักษณะทางฟีโนไทป์ในเด็กที่เกิดจากมารดาที่ประสบภาวะทุพโภชนาการระหว่างตั้งครรภ์มาตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 19 ในช่วงภาวะอดอยากครั้งใหญ่ของไอร์แลนด์ในปี 1845-1952โดยเด็กที่เกิดในช่วงภาวะอดอยากมีอัตราการเกิดโรคจิตเภทสูงขึ้น^{[ 15 ]}

ตัวอย่างที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางที่สุดเกี่ยวกับผลกระทบของภาวะอดอยากต่อประชากรคือภาวะอดอยากในเนเธอร์แลนด์ในปี 1944-1945มารดาที่ตั้งครรภ์ซึ่งเผชิญกับภาวะอดอยากในช่วงต้นของการตั้งครรภ์ได้ให้กำเนิดบุตรที่มีอัตราการเกิดปัญหาสุขภาพหลายประการสูงขึ้น รวมถึงโรคอ้วน โรคหัวใจและหลอดเลือด โรคจิตเภท โรคบุคลิกภาพต่อต้านสังคม และการติดยาเสพติด^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}การศึกษาโปรไฟล์ทางพันธุกรรมของเด็กเหล่านี้พบว่าระดับการเมทิลเลชั่นของดีเอ็นเอในยีนหลายตัวที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตและโรคเมตาบอลิซึมมีการเปลี่ยนแปลง^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}

เมื่อไม่นานมานี้ งานวิจัยได้เชื่อมโยงการระบาดของโรคเบาหวานประเภท 2 ในปัจจุบันกับภาวะอดอยากครั้งใหญ่ในประเทศจีนระหว่างปี 1959-1961 [ ^{22 ] การ}ได้รับภาวะอดอยากก่อนคลอดทำให้ระดับเมทิลเลชั่นของ DNA ที่ยีนIGF2 เปลี่ยนแปลงไป ^{[ 23 ]}และเพิ่ม ความเสี่ยงต่อ ภาวะน้ำตาลในเลือดสูงและโรคเบาหวานประเภท 2 ในหลายชั่วอายุคน^{[ 24 ] [ 25 ]}

การวิจัยด้านโภชนาการเชิงเอพิเจเนติกส์มุ่งเน้นไปที่ กลไกเอพิเจเนติกส์หลายประการรวมถึงเครื่องหมาย DNA และฮิสโตนและกลุ่มอาหารหลายกลุ่ม รวมถึงผู้ให้เมทิลและวิตามิน^{[ 26} ] โภชนาการอาจส่งผลต่อการปรับเปลี่ยนเอพิเจเนติกส์ในช่วงเวลาสำคัญของการพัฒนาหรือเนื่องจาก ^การเปลี่ยนแปลงในอาหารในช่วงวัยผู้ใหญ่^{[ 26 ]}

ประเด็นสำคัญในด้านโภชนาการเชิงเอพิเจเนติกส์คือการทำงานร่วมกันระหว่างผู้ให้เมทิลในอาหารและการเมทิลเลชันของดีเอ็นเอ การเพิ่มกลุ่มเมทิลของดีเอ็นเอลงในดีเอ็นเอและฮิสโตนสามารถเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของยีนได้โดยการปิดกั้นโปรโมเตอร์ของยีนหรือยับยั้งการจับของปัจจัยการถอดรหัส^{[ 27 ]}ด้วยเหตุนี้ การเมทิลเลชันของดีเอ็นเอจึงมีบทบาทสำคัญในการประทับตราทางพันธุกรรมการปิดใช้งานโครโมโซม Xและการแสดงออกของยีนเฉพาะเนื้อเยื่อ^{[ 27 ]}โภชนาการส่งผลต่อการเมทิลเลชันของดีเอ็นเอเป็นหลักผ่านกระบวนการเมตาบอลิซึมของคาร์บอนหนึ่งอะตอม ซึ่งเป็นชุดของปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ที่ใช้สารอาหารรองในอาหารเป็นโคแฟคเตอร์^{[ 28 ]} กระบวนการเมตาบอลิซึม ของคาร์บอนหนึ่งอะตอมผลิตS-adenosylmethionine (SAM)ซึ่งเป็นผู้ให้เมทิลสากล^{[ 28 ]} เอนไซม์ ดีเอ็นเอเมทิลทรานสเฟอเรส (DNMTs) สามารถรับกลุ่มเมทิลจาก SAM และติดเข้ากับเบสไซโตซีนของดีเอ็นเอ จึงทำให้เกิดการเมทิลเลชัน^{[ 28 ]}สารอาหารที่เข้าสู่กระบวนการเผาผลาญคาร์บอนหนึ่งอะตอม ได้แก่ วิตามิน B2, B6 และ B12, โคลีน, เมไทโอนีน และโฟเลต^{[ 28 ]}

โฟเลตถือเป็นสารอาหารที่จำเป็นที่สุดสำหรับการเมทิลเลชั่นของ DNA ในช่วงพัฒนาการของทารกในครรภ์ระยะแรก^{[ 29 ]}พบว่าการได้รับโฟเลตในปริมาณต่ำในระหว่างตั้งครรภ์ทั้งในมนุษย์และสัตว์ทดลอง ส่งผลให้การเมทิลเลชั่นในยีนที่มีผลต่อการเจริญเติบโตและพัฒนาการเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งอาจส่งผลต่อสุขภาพและความเสี่ยงต่อการเกิดมะเร็งในภายหลัง^{[ 29 ]}การขาดโฟเลตจะลดระดับของ SAM และดังนั้นจึงลดการเมทิลเลชั่นในยีนที่จำเป็นสำหรับการปิดท่อประสาทกะโหลกศีรษะและการพัฒนาของรก^{[ 30 ] [ 31 ]}ด้วยเหตุนี้ จึงมีการตั้งสมมติฐานว่าการขาดโฟเลตในมารดาจะเพิ่มความเสี่ยงต่อความผิดปกติของท่อประสาทในลูกหลาน^{[ 30 ] [ 31 ]}เพื่อช่วยป้องกันความผิดปกติของท่อประสาท หลายประเทศรวมถึงสหรัฐอเมริกา ชิลี ออสเตรเลีย และแคนาดา ได้เสริมโฟเลตในอาหารหลัก เช่น แป้งสาลีและแป้งข้าวโพด^{[ 32 ]}

สารประกอบทางโภชนาการอื่นๆ เช่นเอพิแกโลคาเทชินแกลเลตที่พบในชาเขียวและเจนิสเตอินจากถั่วเหลือง สามารถยับยั้งดีเอ็นเอเมทิลทรานส เฟอเรส ทำให้เกิดการกำจัดเมทิล ออกจากดีเอ็นเอและกระตุ้นยีนที่ถูกปิดการทำงานไว้ก่อนหน้านี้^{[ 33 ] [ 34 ]}สารประกอบเหล่านี้กำลังได้รับการศึกษาในฐานะยาที่อาจช่วยลดภาวะไฮเปอร์เมทิลเลชันในเซลล์มะเร็ง^{[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]}

การอะซิทิเลชันของฮิสโตนจะกระตุ้นการแสดงออกของยีนโดยทำให้ DNA เข้าถึงปัจจัยการถอดรหัสได้ ง่ายขึ้น ^{[ 37 ]}เอนไซม์ฮิสโตนอะซิทิเลสจะถ่ายโอนกลุ่มอะซิทิลจากเอนไซม์เมตาบอลิซึมอะซิทิล-โคเอไปยัง หาง ไลซีนของฮิสโตน ทำให้โครงสร้างของนิวคลีโอโซมเปลี่ยนแปลงไป[ 38 ^{]การศึกษา}ในแบบจำลองสัตว์พบว่าอาหารไขมันสูงทั้งในครรภ์และในวัยผู้ใหญ่สามารถเปลี่ยนแปลงการอะซิทิเลชันได้^{[ 26 ]}หนูที่ได้รับอาหารไขมันสูงมีระดับอะซิทิล-โคเอต่ำกว่า ซึ่งนำไปสู่การอะซิทิเลชันของฮิสโตนที่ต่ำลง^{[ 39 ]}นอกจากนี้ ระดับการอะซิทิเลชันยังได้รับผลกระทบจากกรดไขมันสายสั้นที่ผลิตขึ้นจากการย่อยสลายใยอาหารในจุลินทรีย์ในลำไส้^{[ 38 ]}ซึ่งรวมถึงบิวทิเรต อะซิเตต และโพรพิโอเนต^{[ 38 ]}ที่ความเข้มข้นสูง กรดไขมันสายสั้นจะยับยั้งเอนไซม์กำจัดอะซิทิเลชันฮิสโตนดีอะซิทิเลส (HDAC) ^{[ 38 ]}สิ่งนี้จะเพิ่มระดับการอะซิทิเลชันของฮิสโตนและการแสดงออกของยีน^{[ 38 ]}

นอกเหนือจากสารให้เมทิลแบบดั้งเดิม เช่น โฟเลตและวิตามินบี 12แล้ว สารอาหารอื่นๆ อีกหลายชนิดยังแสดงให้เห็นว่ามีอิทธิพลต่อกระบวนการเอพิเจเนติกส์ผ่านกลไกทางชีวเคมีที่หลากหลาย^{[ 40 ] [ 41 ]}การวิจัยเกี่ยวกับอิทธิพลของอาหารอื่นๆ ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และกลไกส่วนใหญ่ยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ หัวข้อที่น่าสนใจ ได้แก่กรดไขมันไม่อิ่มตัวเชิงซ้อนวิตามินดี ฟลาโวนอยด์และอื่นๆ^{[ 40 ] [ 41 ]}

วิตามินเอได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีอิทธิพลต่อกลไกทางพันธุกรรมผ่านเมตาโบไลต์ของมัน คือกรดเรติโนอิก (RA) ^{[ 42 ] [ 43 ]} RA สามารถจับกับตัวรับสองตระกูลที่เกี่ยวข้องกับการเมทิลเลชั่นของ DNA และการอะเซทิลเลชั่นของฮิสโตน ได้แก่ตัวรับกรดเรติโนอิก (RARs) และตัวรับเรตินอยด์ X (RXRs) คอมเพล็กซ์ RAR/RXR สามารถจับกับบริเวณ DNA เฉพาะ เพื่อเริ่มต้นการแสดงออกของยีนตอบสนองหลักของ RA ^{[ 44 ] [ 45 ]}นอกจากนี้ยังสามารถดึงดูดโคแอคติเวเตอร์ เช่นNCOA3 , CBP ฮิสโตนอะเซทิลทรานสเฟอ เร ส^{[ 46 ]}และPHF8เพื่อเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโครมาตินและการแสดงออกของยีน^{[ 42 ] [ 43 ]}ในแบบจำลองหนูการขาดวิตามินเอในระหว่างตั้งครรภ์มีความเกี่ยวข้องกับการเมทิลเลชั่นของ DNA ที่ผิดปกติของ บริเวณโปรโมเตอร์ GATA4 ในลูกหลาน ซึ่งนำไปสู่ความบกพร่องของหัวใจในระยะพัฒนาการ^{[ 47 ]}แม้ว่าผลกระทบทางเอพิเจเนติกของการขาดวิตามินเอในมนุษย์ยังไม่ได้รับการยืนยัน แต่ก็มีความเชื่อมโยงที่รู้จักกันดีระหว่างวิตามินเอ การแสดงออกของ GATA4 และการพัฒนาของหัวใจ^{[ 48 ] [ 26 ]}

อิทธิพล ของวิตามินซีต่อเอพิเจโนมส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับหน้าที่ของมันในฐานะโคแฟคเตอร์สำหรับไดออกซิเจเนสที่ขึ้นอยู่กับอัลฟา-คีโตกลูตาเรตซึ่งเป็นกลุ่มของเอนไซม์บางชนิดที่มีบทบาทในการปรับเปลี่ยนเอพิเจเนติกส์ [ ^{26 ] [ 49 ] ซึ่ง} รวมถึงฮิสโตนดีเมทิเลสที่มีโดเมน Jumonji-C (JHDMs) และตระกูลดีเอ็นเอไฮ ดรอกซิเล ส ten-eleven translocation (TET) ^{[ 50 ] [ 51 ]}เอนไซม์ TETมีบทบาทในการเมทิลเลชันของดีเอ็นเอโดยทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการออกซิเดชันของ5-เมทิลไซโตซีน (5mC) เป็น5-ไฮดรอกซีเมทิลไซโตซีน (5hmC) ^{[ 26 ] [ 49 ]} ซึ่งอาจนำไปสู่ผลกระทบสองประการ ได้แก่ การดีเมทิลเลชันของดีเอ็นเอแบบพาสซีฟและการเปลี่ยนแปลงเอพิเจเนติกส์ที่เกี่ยวข้องกับ 5hmC ที่แตกต่างกัน^{[ 52 ]}หน้าที่ทางเอพิเจเนติกที่แม่นยำของ 5hmC ยังคงเป็นหัวข้อการวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่^{[ 53 ]}

วิตามินซีได้รับการพิสูจน์แล้วว่าช่วยเพิ่มกิจกรรมของเอนไซม์ JHDM และ TET ซึ่งส่งเสริมการกำจัดหมู่เมทิลออกจากฮิสโตนและดีเอ็นเอ นอกจากนี้ยังพบว่ามีส่วนเกี่ยวข้องกับ การปรับเปลี่ยนโปรแกรม ของเซลล์ร่างกายและการสร้างเซลล์ต้นกำเนิดที่มีศักยภาพหลายอย่าง^{[ 49 ] [ 51 ]}อย่างไรก็ตาม บทบาทของวิตามินซีในการกำจัดหมู่เมทิลออกจากฮิสโตนยังคงไม่เป็นที่แน่ชัด โดยมีงานวิจัยที่ขัดแย้งกันซึ่งชี้ให้เห็นว่ามันทำให้การกำจัดหมู่เมทิลออกจากฮิสโตนลดลง^{[ 54 ]}พบการลดลงของระดับ 5hmC ในมะเร็งของมนุษย์หลายชนิด ซึ่งบ่งชี้ถึงกิจกรรมของ TET ที่ลดลง ซึ่งอาจเชื่อมโยงกับการขาดวิตามินซี^{[ 52 ]}แม้ว่าวิตามินซีจะแสดงบทบาทในด้านเอพิเจเนติกส์ทางโภชนาการ แต่ก็ยังจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อตรวจสอบว่าการเสริมวิตามินซีสามารถเปลี่ยนแปลงเอพิเจโนมได้โดยตรงหรือไม่^{[ 52 ]}

วิตามินดีในรูปแบบที่ออกฤทธิ์คือ แคลซิไทรออลสามารถส่งผลต่อการแสดงออกของยีนผ่านกลไกเอพิเจเนติกส์ที่ควบคุมโดยตัวรับนิวเคลียร์ ของมัน คือตัวรับวิตามินดี (VDR) ^{[ 55 ] [ 56 ]}เมื่อถูกกระตุ้น VDR จะสร้าง เฮเทอโร ไดเมอร์กับตัวรับเรตินอยด์เอ็กซ์ (RXR) และจับกับองค์ประกอบการตอบสนองต่อวิตามินดี (VDREs) ในดีเอ็นเอ^{[ 55 ] [ 56 ]}คอมเพล็กซ์นี้สามารถดึงดูดโปรตีนนิวเคลียร์ต่างๆ เช่นโคแอคติเวเตอร์โครีเพรสเซอร์และเอนไซม์ปรับเปลี่ยนฮิสโตนซึ่งจะเปลี่ยนแปลงการเข้าถึงโครมาตินและควบคุมการถอดรหัส การปรับเปลี่ยนเอพิเจเนติกส์หลักที่วิตามินดีเกี่ยวข้องด้วยคือการอะเซทิเลชันของฮิสโตน^{[ 57 ]}ในบางการศึกษา พบว่า VDR ทำงานร่วมกับปัจจัยการถอดรหัสแบบไพโอเนียร์เพื่อช่วยเปิดเผยบริเวณเป้าหมายสำหรับการจับ^{[ 58 ]}นอกจากนี้ วิตามินดีอาจควบคุมการจับตัวของCTCF [ ^{56 ] [ 59 ]}ซึ่งเป็นโปรตีนที่จัดระเบียบโครมาตินที่เกี่ยวข้องกับการสร้างวงโครมาติน แม้ว่าหลักฐานในปัจจุบันจะยังไม่แสดงให้เห็นอย่างแน่ชัดว่าสิ่งนี้จะนำไปสู่การยับยั้งยีน^{[ 60 ]}การศึกษาบางชิ้นแสดงให้เห็นว่าการขาดวิตามินดี อาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในการเมทิลเลชั่ ^นของดีเอ็นเอในตำแหน่งเฉพาะและการเปลี่ยนแปลงใน กิจกรรม ของเทโลเมอเรสที่เกี่ยวข้องกับความชรา^{[ 61 ]}

การเปลี่ยนแปลงทางเอพิเจเนติกส์อาจเป็นได้ทั้งชั่วคราวและถาวร และในบางกรณี อาจส่งต่อข้ามรุ่นได้^{[ 62 ]} ในการถ่ายทอดทางเอพิเจเนติกส์ข้ามรุ่น การเปลี่ยนแปลงทางเอพิเจเนติกส์จะถูกส่งต่อผ่านรุ่นต่างๆ ที่ไม่ได้สัมผัสกับปัจจัยกดดันทางสิ่งแวดล้อมที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเอพิเจเนติกส์ในตอนแรกโดยตรง^{[ 62 ]}นี่เป็นการแยกการถ่ายทอดข้ามรุ่นออกจากการถ่ายทอดระหว่างรุ่น^{[ 63 ]}ในการถ่ายทอดทางเอพิเจเนติกส์ระหว่างรุ่น ผลกระทบทางเอพิเจเนติกส์จะปรากฏในพ่อแม่และลูกหลานที่สัมผัสกับปัจจัยกดดันทางสิ่งแวดล้อมพร้อมกันในขณะที่ลูกหลานอยู่ในตัวพ่อแม่ในรูปของเซลล์สืบพันธุ์หรือระหว่างตั้งครรภ์^{[ 63 ]}งานวิจัยส่วนใหญ่ที่ตรวจสอบผลกระทบของโภชนาการต่อการถ่ายทอดทางเอพิเจเนติกส์ข้ามรุ่นได้ดำเนินการในแบบจำลองสัตว์^{[ 64 ]}แบบจำลองมนุษย์ที่มีอยู่เพียงอย่างเดียวที่ศึกษาเรื่องนี้มาจากเหตุการณ์ทางประวัติศาสตร์ เช่น ภาวะอดอยากในเนเธอร์แลนด์^{[ 16 ]}

เป็นที่ทราบกันดีว่าอิทธิพลของอาหารในครรภ์สามารถส่งผลต่อเอพิเจโนมของลูกหลานได้^{[ 65 ] [ 66 ]}งานวิจัยบางชิ้นชี้ให้เห็นว่าผลกระทบเหล่านี้อาจส่งต่อข้ามรุ่นได้^{[ 65 ] [ 66 ]}ในแบบจำลองหนู เมื่อหนูสายพันธุ์อะกูติได้รับสารให้เมทิล ลูกหลานที่เป็นเฮเทอโรไซกัส (A ^vy /a) มักจะมีระดับเมทิลเลชั่นสูงขึ้นรอบๆ อัลลีล A ^vyและเกิดมาพร้อมกับขนแบบซูโดอะกูติ^{[ 65 ] [ 66 ]}ผลกระทบเหล่านี้ยังคงอยู่ต่อไปในรุ่นต่อๆ ไป แม้ว่าจะมีข้อมูลน้อยมากเกี่ยวกับจำนวนรุ่นที่ผลกระทบเหล่านี้สามารถคงอยู่ได้^{[ 67 ]}การศึกษาหลายชิ้นชี้ให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงทางเอพิเจเนติกส์เหล่านี้ถูกส่งต่อผ่านทางสายเลือดของพ่อ โดยที่อสุจิมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงในอาหารมากกว่า^{[ 66 ]}

ปัจจุบันยังไม่มีแบบจำลองที่แน่ชัดว่าการถ่ายทอดทางพันธุกรรมข้ามรุ่นเกิดขึ้นได้อย่างไร อย่างไรก็ตาม การศึกษาบางชิ้นได้เสนอแนะกลไกที่เป็นไปได้^{[ 68 ]}มี เหตุการณ์ การปรับเปลี่ยนพันธุกรรม ครั้งใหญ่สองครั้ง ในช่วงชีวิตของสิ่งมีชีวิต ครั้งแรกเกิดขึ้นหลังการปฏิสนธิ และครั้งที่สองเกิดขึ้นระหว่างการอพยพของเซลล์สืบพันธุ์ดั้งเดิม^{[ 68 ]}เหตุการณ์เหล่านี้เกี่ยวข้องกับการลบเครื่องหมายทางพันธุกรรมอย่างกว้างขวางเพื่อฟื้นฟูศักยภาพของเซลล์อย่างไรก็ตาม หลักฐานชี้ให้เห็นว่าเครื่องหมายบางอย่างสามารถหลุดพ้นจากการปรับเปลี่ยนพันธุกรรมได้^{[ 62 ]}หลังจากการลบ เครื่องหมายเหล่านี้จะได้รับการฟื้นฟูผ่านการสร้างพันธุกรรมใหม่^{[ 62 ]}

แบบจำลองการสร้างใหม่ที่เสนอแบบหนึ่งเกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดทางพันธุกรรมโดยใช้ RNA ผ่านทางsiRNAและเจิร์มแกรนูล^{[ 68 ]} เจิร์มแกรนูลเป็น สารควบแน่นทางชีวโมเลกุลชนิดหนึ่งที่สามารถช่วยจัดระเบียบเส้นทางการถ่ายทอดทางพันธุกรรมโดยใช้ RNA จากพ่อแม่สู่ลูก^{[ 69 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่ง tsRNA (segmented tRNAs ) พบได้ในความเข้มข้นสูงในสเปิร์มและแสดงให้เห็นว่าได้รับผลกระทบจากอาหาร^{[ 68 ] [ 70 ]}ตัวอย่างเช่น ในหนูตัวผู้ที่ได้รับอาหารไขมันสูง พบการดัดแปลง RNA หลายอย่างในสเปิร์ม^{[ 70 ] [ 71 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เครื่องหมาย tsRNA 5-methylcytidineและ N2-methylguanosine แสดงให้เห็นว่ามีการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และลูกหลานมีแนวโน้มที่จะเกิดความผิดปกติทางเมตาบอลิซึม เช่น โรคอ้วน ซึ่งบ่งชี้ถึงการถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบเอพิเจเนติก^{[ 70 ] [ 71 ]}

การวิจัยเกี่ยวกับเอพิเจเนติกส์ทางโภชนาการได้ตรวจสอบความเชื่อมโยงที่เป็นไปได้ระหว่างอาหาร เอพิเจเนติกส์ และสภาวะสุขภาพหลายประการ^{[ 72 ] [ 73 ]}

ความผิดปกติทางเมตาบอลิซึม เช่นโรคเบาหวานชนิดที่ 2 โรคอ้วนและภาวะดื้อต่ออินซูลินเป็นความผิดปกติที่ซับซ้อนซึ่งเกิดจากการผสมผสานระหว่างพันธุกรรมและเอพิเจเนติกส์^{[ 52 ]}การศึกษาการเชื่อมโยงทั่วทั้งเอพิเจโนมพบความสัมพันธ์ระหว่างเมทิลเลชั่นในหลายตำแหน่งในจีโนมกับโรคเบาหวานชนิดที่ 2 ภาวะดื้อต่ออินซูลิน และโรคอ้วน^{[ 52 ]}ภาวะโภชนาการต่ำหรือสูงเกินไปในระหว่างการพัฒนาของทารกในครรภ์และในวัยผู้ใหญ่สามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเอพิเจเนติกส์ที่เพิ่มความเสี่ยงต่อความผิดปกติทางเมตาบอลิซึม^{[ 74 ]}กลไกเบื้องหลังความเสี่ยงนี้กำลังได้รับการตรวจสอบในปัจจุบัน โดยส่วนใหญ่ผ่านแบบจำลองสัตว์ การศึกษาในหนูพบว่าการขาดโปรตีนของแม่นำไปสู่การไฮเปอร์เมทิลเลชั่น^{[ 75 ]}และการอัดแน่นของโครมาตินของดีเอ็นเอภายในตับ^{[ 76 ]}ในทำนองเดียวกัน อาหารไขมันสูงของแม่ในหนูยังแสดงให้เห็นว่ามีอิทธิพลต่อความเสี่ยงของโรคเมตาบอลิซึมในลูกหลานด้วย^{[ 77 ] [ 78 ]}หลักฐานปัจจุบันชี้ให้เห็นว่าผลลัพธ์เหล่านี้อาจเกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางเอพิเจเนติกส์ภายในไฮโปทาลามัสที่เปลี่ยนแปลงพฤติกรรมการกินในลูกหลาน^{[ 77 ] [ 78 ]}นอกจากนี้ อาหารที่มีโปรตีนต่ำของพ่อในหนูยังเปลี่ยนแปลงระดับเมทิลเลชั่นของดีเอ็นเอในตับของลูกหลาน ส่งผลต่อการสังเคราะห์คอเลสเตอรอล^{[ 79 ]}ซึ่งสอดคล้องกับการศึกษาในมนุษย์ที่พบความสัมพันธ์ระหว่างภาวะโภชนาการเกินหรือโรคอ้วนของทั้งพ่อและแม่กับความเสี่ยงต่อโรคเมตาบอลิกในเด็ก^{[ 52 ]}

การได้รับสารอาหารที่มากเกินไปในช่วงพัฒนาการของทารกในครรภ์และช่วงต้นของชีวิต พบว่ามีส่วนทำให้เกิดภาวะสุขภาพจิตและความผิดปกติทางระบบประสาทหลายประการ^{[ 72 ]}การขาดสารอาหารในช่วงพัฒนาการของทารกในครรภ์สามารถกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่ส่งผลต่อการทำงานของสมองไปจนถึงวัยผู้ใหญ่^{[ 72 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สารที่ให้หมู่เมทิล เช่นโคลีนและเบทาอีน ทำหน้าที่เป็นสารปกป้องระบบประสาท^{[ 73 ]}ในการศึกษาในสัตว์ฟันแทะ พบว่าการรับประทานอาหารที่มีโคลีนสูงในระหว่างตั้งครรภ์ช่วยปรับปรุงการทำงานของสมองและความจำ^{[ 80 ]}

ความผิดปกติทางพัฒนาการของระบบประสาทที่ได้รับผลกระทบจากเอพิเจเนติกส์ทางโภชนาการที่ได้รับการบันทึกไว้อย่างดีที่สุดคือโรคจิตเภท^{[ 81 ] [ 82 ]}โรคจิตเภทเป็นความผิดปกติทางพัฒนาการของระบบประสาทซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะไม่ได้รับการวินิจฉัยจนกว่าจะถึงวัยผู้ใหญ่ การศึกษาพบว่าการอดอาหารของมารดามีความเชื่อมโยงกับความเสี่ยงที่เพิ่มขึ้นของโรคจิตเภท^{[ 81 ] [ 82 ]}ความเชื่อมโยงนี้ได้รับการบันทึกไว้อย่างดีผ่านการศึกษาเกี่ยวกับภาวะอดอยาก^{[ 81 ] [ 82 ]}โดยหลักแล้ว การวิจัยมุ่งเน้นไปที่ภาวะอดอยากในเนเธอร์แลนด์ปี 1944-1945ซึ่งประชากรอยู่ภายใต้การปันส่วนอาหารที่เข้มงวดและบันทึกไว้ ทำให้ผู้วิจัยสามารถระบุความสัมพันธ์ที่ชัดเจนระหว่างปริมาณอาหารในช่วงต่างๆ ของพัฒนาการก่อนคลอดและการเริ่มเป็นโรคจิตเภทในภายหลัง^{[ 81 ]}ผลการค้นพบเหล่านี้ได้รับการยืนยันซ้ำในการศึกษาผู้คนในมณฑลอู่หูและเขตปกครองหลิวโจว ประเทศจีน หลังจากเกิดภาวะอดอยากครั้งใหญ่ของจีนในปี 1959-1961พบว่าอัตราการเกิดโรคจิตเภทเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าในเด็กที่อยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนาของทารกในครรภ์ในช่วงที่เกิดภาวะอดอยาก^{[ 82 ] [ 83 ]}

การขาดสารอาหารหลายชนิดมีความเชื่อมโยงกับความผิดปกติทางอารมณ์ที่ซับซ้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง งานวิจัยชี้ให้เห็นถึงความเชื่อมโยงระหว่างเอพิเจเนติกส์ทางโภชนาการกับโรคซึมเศร้า ขั้น รุนแรง^{[ 84 ]}หลักฐานชี้ให้เห็นว่าเอพิเจเนติกส์สามารถเปลี่ยนแปลงความเสี่ยงต่อภาวะซึมเศร้าในระยะยาวได้ และพบการเปลี่ยนแปลงหลายอย่างในดีเอ็นเอและการเมทิลเลชั่นของฮิสโตนในบุคคลที่เป็นโรคซึมเศร้า^{[ 85 ]}พบว่าการเสริมวิตามินบี 6 และบี 12 ในผู้ใหญ่ช่วยลดความเสี่ยงต่อภาวะซึมเศร้า ซึ่งสนับสนุนบทบาทที่สำคัญของเอพิเจเนติกส์ทางโภชนาการนอกเหนือจากการพัฒนาของทารกในครรภ์^{[ 86 ]}นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงภายในจุลินทรีย์ในลำไส้ที่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงทางอาหาร เช่น การบริโภคไขมัน น้ำตาล โปรตีน หรือใยอาหารในปริมาณสูง มีความเชื่อมโยงกับภาวะซึมเศร้า^{[ 85 ]}การเปลี่ยนแปลงภายในจุลินทรีย์ในลำไส้สามารถเปลี่ยนแปลงการสังเคราะห์วิตามินบี 5 และบี 12 ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในเมทิลเลชั่นของดีเอ็นเอในภายหลัง^{[ 85 ]}

ความผิดปกติทางอารมณ์อื่นๆ อาจได้รับอิทธิพลจากเอพิเจเนติกส์ทางโภชนาการ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การศึกษาในหนูพบว่าอาหารที่มีโปรตีนต่ำของแม่สามารถเพิ่มพฤติกรรมวิตกกังวลและรบกวนรูปแบบการนอนหลับของลูกได้^{[ 87 ]}

มะเร็งเกิดจากการเพิ่มจำนวนเซลล์ ที่ผิดปกติ และถูกขับเคลื่อนโดยการสะสมของการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรม^{[ 88 ]} เนื่องจากกลไกเอพิเจเนติก ส์มีบทบาทสำคัญในการควบคุมการเพิ่มจำนวนและการอยู่รอดของเซลล์ จึงกลายเป็นจุดสนใจหลักในการวิจัยมะเร็ง^{[ 88 ]}มะเร็งมีความเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางเอพิเจเนติกส์ เช่น การลดเมทิลเลชั่นของ DNA ทั่วโลก การเพิ่มเมทิลเลชั่นเฉพาะโปรโมเตอร์ และการแสดงออกของไมโครอาร์เอ็นเอที่ลด ลง ^{[ 89 ]}การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้สามารถรบกวนการควบคุมยีนตามปกติ นำไปสู่กิจกรรมที่เพิ่มขึ้นของปัจจัยการถอดรหัสที่เกี่ยวข้องกับออนโคยีนและการแสดงออกของยีนยับยั้งเนื้องอก ที่บกพร่อง ^{[ 89 ]}

การมีอยู่ของสารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพในอาหารได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางถึงบทบาทที่เป็นไปได้ในการรักษาและป้องกันมะเร็ง^{[ 88 ] [ 89 ] [ 90 ]}สารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพเป็นส่วนประกอบทางโภชนาการที่สามารถโต้ตอบกับวิถีทางของเซลล์เพื่อสร้างผลทางสรีรวิทยา โดยหลายชนิดเชื่อมโยงกับการพัฒนาของมะเร็ง^{[ 89 ]}ตัวอย่างที่รู้จักกันดี ได้แก่แคเทชินเรสเวอราทรอลและไอโซฟลาโวน [ ^{89 ] สาร}เหล่านี้สามารถทำงานผ่านวิถีทางต่างๆ ส่งผลต่อตัวควบคุมเอพิเจเนติกส์ เช่น DNMTs และ HDACs ^{[ 91 ] [ 92 ]}การศึกษาทดลองจำนวนมากในแบบจำลองสัตว์ได้รายงานคุณสมบัติต้านมะเร็ง อย่างไรก็ตาม ผลการศึกษาจากกลุ่มตัวอย่างมนุษย์ยังคงไม่สอดคล้องกัน^{[ 93 ] [ 94 ]}ตัวแปรต่างๆ เช่น กระบวนการเผาผลาญ การดูดซึม และปริมาณยาที่มีประสิทธิภาพ มีส่วนทำให้เกิดความไม่สอดคล้องกันนี้^{[ 95 ]}การวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่ยังคงสำรวจกลยุทธ์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของสารประกอบเหล่านี้และประเมินศักยภาพในการพัฒนายาบำบัดมะเร็งแบบกำหนดเป้าหมาย^{[ 94 ] [ 95 ]}

ความแตกต่างในโภชนาการของมารดามีความเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมในพัฒนาการของทารกในครรภ์ ซึ่งชี้ให้เห็นถึงความเชื่อมโยงที่อาจเกิดขึ้นกับ^โรคสมาธิสั้น (ADHD) และโรคออทิสติกสเปกตรัม^{[ 96} ] ปัจจัยทางโภชนาการหลายประการในอาหารของมารดามีความเกี่ยวข้องกับความเสี่ยงที่เปลี่ยนแปลงไป^{[ 97 ]}อาหารที่มีวิตามินดีต่ำ^{[ 98 ]}โฟเลตต่ำ^{[ 99 ] [ 100 ]}และกรดไขมันโอเมก้า-3 ต่ำ ^{[ 101 ] [ 102 ]}มีความเชื่อมโยงกับอุบัติการณ์ของโรคออทิสติกสเปกตรัมที่สูงขึ้นในการศึกษาแบบสังเกตการณ์ อย่างไรก็ตาม กลไกยังคงไม่ชัดเจน การวิจัยเกี่ยวกับพื้นฐานทางพันธุกรรมของ ADHD และออทิสติกยังอยู่ระหว่างการตรวจสอบ ทำให้ยากที่จะสนับสนุนผลการค้นพบเกี่ยวกับผลกระทบทางพันธุกรรมของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพในภูมิภาคนี้^{[ 103 ]}

สภาพแวดล้อมสามารถกำหนดรูปแบบเอพิเจเนติกส์ทางโภชนาการได้โดยการมีอิทธิพลต่อปัจจัยต่างๆ เช่น ความพร้อมใช้งาน ความปลอดภัย และองค์ประกอบของอาหารที่ผู้คนบริโภค ซึ่งมีบทบาทในการปรับเปลี่ยนเครื่องหมายเอพิเจเนติกส์^{[ 104 ] [ 105 ]}

ปัญหาคุณภาพอาหารแตกต่างกันไปในแต่ละภูมิภาค ขึ้นอยู่กับแนวปฏิบัติด้านความปลอดภัยของอาหาร การผลิต และกฎระเบียบทางการเกษตรเกี่ยวกับโลหะหนักสารตกค้างจากยาฆ่าแมลงและการสัมผัสสารอันตรายอื่นๆ ที่น่าเป็นห่วง [ ^{106 ] เพื่อ}ลดการสัมผัสกับสารเคมีอันตราย เช่น สารตกค้างจากยาฆ่าแมลงและโลหะหนักองค์การการค้าโลก (WTO) ได้สนับสนุนข้อตกลงระหว่างประเทศต่างๆ เพื่อกำหนดหลักเกณฑ์ปฏิบัติที่ดีที่สุด ซึ่งออกโดยคณะกรรมการ Codex Alimentariusเพื่อพยายามรับประกันการค้าอาหารที่ปลอดภัย^{[ 106 ]}แม้จะมีการใช้แนวปฏิบัติที่ดีที่สุดแล้วก็ตาม สารตกค้างจากโลหะหนักและยาฆ่าแมลงก็ยังสามารถเข้าสู่ห่วงโซ่อุปทานอาหารได้^{[ 107 ] [ 108 ]}ผลกระทบของสารพิษต่อเอพิเจโนมยังอยู่ระหว่างการตรวจสอบ^{[ 105 ]}การวิจัยโดยใช้เซลล์ไลน์ในหลอดทดลองพบว่ายาฆ่าแมลงสามารถเปลี่ยนแปลงระดับการเมทิลเลชั่นของ DNA ได้ แม้ว่าผลกระทบต่อสุขภาพจะต้องได้รับการตรวจสอบเพิ่มเติม^{[ 105 ]}

ภาวะขาดแคลนอาหาร ซึ่งหมายถึงการเข้าถึงอาหารที่เพียงพอและมีคุณค่าทางโภชนาการอย่างจำกัดหรือไม่แน่นอน สามารถส่งผลต่อเอพิเจโนมิกส์ทางโภชนาการโดยการเปลี่ยนแปลงความพร้อมของสารอาหารในอาหาร และในทางกลับกัน การควบคุมการแสดงออกของยีนผ่านเอพิเจเนติกส์^{[ 85 ]}มักเชื่อมโยงกับอาหารที่มีคุณภาพต่ำกว่าเนื่องจากต้นทุน การเข้าถึง และความหนาแน่นของพลังงาน^{[ 109 ]}อาหารราคาถูกเหล่านี้มักมีคาร์โบไฮเดรต ไขมัน และเกลือสูง แต่ขาดสารอาหารรองที่จำเป็น ทำให้เกิดภาวะขาดสารอาหารและเพิ่มโอกาสในการเกิดโรค^{[ 109 ] [ 110 ] [ 111 ]}มีทฤษฎีว่าความไม่สมดุลของอาหารนี้สามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเอพิเจเนติกส์ควบคู่ไปกับการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยา^{[ 85 ]}หลักฐานทางประวัติศาสตร์จากกรณีภาวะขาดแคลนอาหารอย่างรุนแรง เช่น ภาวะอดอยาก สนับสนุนความเชื่อมโยงนี้ อย่างไรก็ตาม ผลกระทบทางเอพิเจเนติกส์ที่อาจเกิดขึ้นจากภาวะขาดแคลนอาหารระดับปานกลาง เช่น ที่เกิดจากข้อจำกัดทางการเงิน ยังคงไม่ได้รับการสำรวจอย่างกว้างขวาง^{[ 85 ]}