南京大学张辰宇教授证实MicroRNA通过植物食物进入人体

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南京大学张辰宇教授证实MicroRNA通过植物食物进入人体

" a5 l9 d' i- q! j- Fnaturalkillerce导语：该研究结果给人带来的争论之处：
$ s: L3 U3 o$ ]2 l- L& [该研究证实来自常见的作物如大米和包心菜的microRNAs能在人类和其他以吃植物的哺乳动物血液中存在，而且一种在大米中大量存在的microRNA，MIR168a，抑制一种帮助清除血液低密度脂蛋白的低密度脂蛋白受体连接蛋白1基因(low-density lipoprotein receptor adapter protein 1 gene, LDLRAP1)表达，从而提示microRNAs能够跨越物种界影响基因表达。而且人肝细胞体外实验和小鼠体内实验证实，大米中大量存在的microRNA，MIR168a，能够穿过胃肠道，进入血液，抑制LDLRAP1表达，导致血液中低密度脂蛋白水平增加，从而造成血液中胆固醇水平增加。那么转基因安全乎？方舟子大声疾呼转基因绝对安全，转基因也是基因，不敢吃转基因食物的人也无知的表现。那么转基因带来的microRNA以及其他小RNA的风险，有谁评估过？现编译如下：5 v4 g) y+ _! D

2 W; O& c. \7 c1 I* ~' \研究背景：5 ]6 F) \/ J2 j; D7 ~& q4 F
MicroRNAs就像名字暗示的那样，是非常短的RNA序列(大约长22个核苷酸)，是在20世纪九十年代早期被人们发现的。已知它们通过结合到mRNA的方式来调控基因表达，经常是抑制基因表达。随着近年来发现microRNAs搭乘膜包围的小颗粒---微囊泡(microvesicle)，在血液中循环流通，人们对microRNAs作为多种疾病的一类新的生物标记物。4 J* u0 u5 j7 [5 J+ X. R- }
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研究内容：( S, \+ X) M! R: S! {
南京大学生命科学学院分子生物学家张辰宇教授课题组发现，来自常见的作物如大米和包心菜的microRNAs能在人类和其他以吃植物的哺乳动物血液中存在。尤其特别的是，研究人员发现一种在大米在大量存在的microRNA，MIR168a，抑制一种帮助清除血液低密度脂蛋白的LDLRAP1蛋白表达，从而提示microRNAs能够跨越物种界影响基因表达。该研究成果2011年9月21日发表在《Cell Research》杂志上。3 S: P6 V8 A5 o' N5 H, }- r, L
, b6 h7 V1 p& g: L" J+ P* }
总的来说，两个假说，两次验证，惊人发现。
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提出假说一：3 n" G4 p: q  I2 Q( S& p6 A. R
当发现microRNAs在诸如牛奶之类的体液中存在时，张辰宇教授就一直在研究循环流通的microRNAs在健康和疾病上所起的作用。他回想到，这也给了他一个“疯狂想法”：外源性microRNAs，比如通过喝牛奶而摄入的microRNAs，可能也哺乳动物血清中循环流通。
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* [' {9 A- i% t$ y* C: X验证假说一：
* n# s7 b* O* q7 A" w) Y. x  {4 M为了测试他的假设，张辰宇和他的研究团队测序了31名健康中国人血液中的microRNAs，搜寻植物microRNAs的存在。因为植物microRNAs结构上不同于哺乳动物microRNAs，因此它们对氧化试剂的反应也不同，这样研究人员就能够利用高碘酸钠处理它们从而将两者区分开来，其中高碘酸钠能氧化哺乳动物microRNAs，但不能氧化植物microRNAs。* N7 E* Q) Z" O6 D
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令他们吃惊的是，他们发现了大约40种类型的植物microRNAs在测试人员血液中循环流通，而且还发现其中一些microRNAs浓度与主要的人内源性microRNAs不相上下。
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在它们当中，浓度最高的植物microRNAs是MIR156a和MIR168a，而人们已知这两种microRNAs在大米和诸如白花菜、包心菜和西兰花之类的十字花科蔬菜中大量存在。研究人员在小鼠的血液、肺、小肠和肝脏中检测到这两种浓度可变的microRNAs，而且当用糙米(raw rice)喂食小鼠(尽管也证实煮熟的米饭也含有MIR168a)后，它们的浓度显著上升。
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接下来，研究人员在序列数据库中搜寻MIR156a和MIR168a作用的潜在性靶基因，发现MIR168a与大约50个哺乳动物基因存在序列互补。这些序列在整个动物界当中最为保守的序列为低密度脂蛋白受体连接蛋白1基因(low-density lipoprotein receptor adapter protein 1 gene, LDLRAP1)的第四外显子。
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LDLRAP1在肝脏中高度表达，能够与低密度脂蛋白受体相互作用以便帮助移除血液中不好的胆固醇载体，低密度脂蛋白(low-density lipoprotein, LDL)。
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提出假说二：( ]: U. F& }" q; C5 d' O
研究人员假设MIR168a能够被胃肠道黏膜上皮细胞摄取，包装到微囊泡中，然后分泌到血液，而且它们能够想方设法从血液中到达目标器官。一旦进入肝脏，MIR168a结合到LDLRAP1 mRNA，降低这种蛋白质的表达水平，最终影响血液中LDL的清除。* i* H& G! N$ w* n
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验证假说二：' d- f. H7 M; G. A; @" d% T  |$ ~
为了在体外测试这种假设，研究人员把合成的MIR168a转染仅人上皮细胞系，然后收集分泌的微囊泡。当他们把这些微囊泡加入到HepG2肝细胞系，他们发现它不能改变LDLRAP1 mRNA的水平，但是它的确降低了实际的LDLRAP1蛋白水平。
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类似地，在吃新鲜大米或者被注射入合成的MIR168a的3到7天之后，在活的小鼠肝脏内LDLRAP1蛋白水平也下降，从而显著性增加血液中LDL。当研究人员给小鼠注射一种能结合到MIR168a从而把它中和掉的RNA序列后，LDLRAP1蛋白和LDL水平恢复正常。$ ?2 s0 i/ m# u5 K+ M
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该研究意义在于：
/ W- g9 N0 Q+ ~% F(1)人们吃的食物可能直接调控人们体内的基因表达
, Y& Z! C; A- \8 f, f% A(2)外源性植物microRNAs抑制包括人在内的哺乳动物体内某些蛋白质的表达，如植物MIR168a抑制哺乳动物体内LDLRAP1蛋白表达，增加血液中的LDL和胆固醇水平，从而增加代谢综合症的风险，这就为基于外源性microRNAs加强或抑制表达来开发新的治疗疾病的策略提供可能。
9 b& w. {3 P7 e# G(3)这些结果为有助于人们增加理解食物中特异性成分如何调控健康和疾病。
% O8 X1 v: _, J7 Z. L- v(4) MIR168a可能只是很多外源性植物microRNAs的一种例子，人们将会发现更多外源性植物microRNAs能够穿过胃肠道并对宿主生理学产生影响。
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不足之处在于：
( }; ?# Y' k7 C1 I植物microRNAs能够调节人类基因表达的机制还有待进一步阐释。, [7 m  T3 L' Q, Y
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L. Zhang, et. al., “Exogenous plant MIR168a specifically targets mammalian LDLRAP1: evidence of cross-kingdom regulation by microRNA,” Cell Research, doi:10.1038/cr.2011.158, 2011.

naturalkillerce

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$ }( V* ?8 R6 I我们吃的不是“食物”，是“信息” 8 y6 F& z: j8 c) v$ B3 C+ j/ `! y
2011年09月20日 09:34 农博网 $ p2 N( D3 L( s  P
　　在九月二十日出版的《细胞研究》(Cell research)的一篇研究中，南京大学张辰宇教授课题组展示了一项非常令人惊奇的发现——植物的微小核糖核酸（microRNA）可以通过日常食物摄取的方式进入人体血液和组织器官。并且，一旦进入体内，它们将通过调控人体内靶基因表达的方式影响人体的生理功能，进而发挥生物学作用。, O: s8 U1 X+ J3 g4 _2 c! `

4 b% D: G* }8 H1 k5 A0 S3 }6 u/ p　　微小核糖核酸（microRNA）是一类长约19至24个核苷酸的非编码小分子RNA，它通过与靶基因的信使RNA（mRNA）结合的方式抑制相应的蛋白质翻译。该课题组之前的研究成果表明微小核糖核酸可稳定存在于哺乳动物的血清和血浆（循环微小核糖核酸）中，是由组织和细胞主动分泌的（分泌型微小核糖核酸）。因此，循环微小核糖核酸是一类新型的疾病标志物可应用于疾病，如肿瘤的早期诊断，个体化治疗的指证等方面，分泌型微小核糖核酸也是新的一类重要的信号分子，调控细胞间和组织间的信号传递。
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5 I+ a0 k% l: a　　在本项研究中，该课题组发现：外源性的植物微小核糖核酸可以在多种动物的血清和组织内检测到，并且它们主要是通过进食的方式摄入体内的。其中编号为168a的植物微小核糖核酸（MIR168a）是一种稻米中富含的同时也是中国人血清中含量最为丰富的一种植物微小核糖核酸。体内和体外的功能性研究表明植物MIR168a可以结合人和小鼠的低密度脂蛋白受体衔接蛋白1（low density lipoprotein receptor adapter protein 1）的mRNA，从而抑制其在肝脏的表达，进而减缓低密度脂蛋白从血浆中的清除。这些发现证明食物中的外源性植物微小核糖核酸可以通过调控哺乳动物体内靶基因表达的方式影响摄食者的生理功能。
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! [! N: J1 _# C( E　　该发现显然发人深省：比如，它表明除了吃“食物”（以碳水化合物及蛋白质等的方式）以外，您还在摄入“信息”（此信息即是微小核糖核酸的序列特征，因为来源于不同食物的多种多样的微小核糖核酸一旦被人体吸收，将导致潜在的不同类型的靶基因的调控以及对人体的生理状况产生不同的影响结果）。该发现从一种新的维度对于中国的古语“吃什么补什么（You are what you eat）”进行了科学解释。# e$ h/ ?  W% f6 g4 c1 k4 I5 E
　　该发现的潜在意义还在于：一，该研究显著地扩展了微小核糖核酸的功能；二，该研究提出了一个极其奇妙并且创新的理念，该理念对于人类健康和代谢产生了深远的影响；三，该研究为我们理解跨“界”（比如动植物间）的相互作用甚至是共进化（co-evolution）提供了新的线索，也为我们思考微小核糖核酸的调控作用以及思考来源于食物、植物以及昆虫的外源性微小核糖核酸在猎物和捕食者间的相互影响中的潜在作用开辟了新的道路；四、该研究证明植物微小核糖核酸可能是食物中的“第七种营养成分”（其他六种分别是水、蛋白质、脂肪酸、碳水化合物、维他命和稀有元素）；五、该研究为代谢紊乱症的发生发展提供了一种新的分子机制；六、对于中国人来说，还为在传统的中草药中发现一类全新的活性分子提供了依据。
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- a+ l0 _1 G7 r　　更重要的是，本项研究成果还有深远的意思，比如建立一种高效的将干扰RNA（siRNA）或微小核糖核酸（miRNA）等小分子RNA传输进入动物体内的实验学方法，从而实现体内基因表达的沉默。同时，本项研究可能对于将RNA干扰技术重组进入植物及发展依赖于小分子RNA传输的治疗手段有重要的意义，尤其是对于那些对小分子RNA的治疗应用感兴趣的科学家，因为他们注射难以想象的高达100毫克每千克体重的定制的或非定制的RNAi后，依然无法在动物体内观测到明显的治疗效果。1 h% y) g6 X7 O: f# ]; t
    (文章来源：EurekAlert中文)

sannia

这个研究太有意思了。) v0 Z0 B" v2 \0 p. I
其实线虫这类生物中就可以直接喂small RNA来调控他们的基因表达。8 ^/ K5 S+ o7 j5 k5 P
人里面还真是第一次发现。
7 W2 E+ \8 P4 m+ ^$ ?3 N8 S但是不知道为什么只发到了cell research，是不是这类例子很有限？

naturalkillerce

回复 sannia 的帖子) L. H" H5 S& J) {& X7 i

4 q" d) X! [0 @$ ~4 i. w. h我也觉得为什么不能发到NCS或者是NCS子刊，如果有限那也更有意义啊，开启了新发现啊。

cicadacjk

因为掌控话语权的家伙不喜欢呗
! R" h: C9 [+ G( J9 o, P! L9 F这种例子分分钟有" N" W: T! i. c
文章的数据还是很翔实的，虽然看完后也有一些疑问，估计在nature审稿补了不少实验。6 H9 ?. d4 R  S! {0 }
3 U9 a' Z+ l% e, s
一般像这种发现，投出去一年还被拒，就很危险了，审稿人很可能自己也在抢做，所以必须尽快发表。从某个角度讲，CR对我们中国科学家的意义还是很大的。

deron

  O7 \6 H# z' t+ B. \! G

1 @  J7 E( d' d' G% S: E不禁又联想到天朝、孟山都、基因争夺战。。
! L2 N; s5 X# t. }6 x* x$ w& g上全文% {3 X6 V6 E; ^/ \
PS：做植物基因的孩儿，上辈子都是折翼的天使啊。自己整篇文章看下来，估计得整整一个星期。难为这帮孩儿了，通篇都是第一作者。

sannia

回复 deron 的帖子
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6 Y2 b: p; W& N眼泪汪汪

sunsong7

伟大的发现，不但动摇了“中心法则”基石，也将使人类对食物、疾病和药物进行重新认识。9 F  p* [, \; L, i6 d5 S& e% |
薛定谔指出“生命赖负熵生存”，这里的“负熵流”包括能量流、物质流和信息流。  e& \9 o7 t1 m& ^# ~" H# x
以往的分子生物学研究太多地关注于细胞内或细胞间信息转化与传递，忽视了跨物种的信息交流。

cnlindan01

这些 microRNA 对于摄入者的影响到底有多大？# K  g. h5 V" t6 R
潜藏在生态系统、食物链中的 microRNA流 会不会对整个生态系统造成影响？是否意味着，生产者成为了最初的主导?

jijuling

跨物种的信息交流！！8 E3 c; F8 P, S3 V# Z$ r
0 u  A9 j2 ], B5 y
喜欢这样的发现，人本来就是整个自然界的一员， 世间万物都是息息相关的！* }: |2 V3 m; Q8 z$ ~' r, b- I
' c5 m$ q9 L! |, c7 h# f8 K7 o$ D
miRNA承载了这样的信息！！