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来自南京大学生命科学学院，江苏MicRNA生物学与生物技术工程研究中心等处的研究人员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。这一研究成果公布在Cell research杂志上。
领导这一研究的是南京大学生命科学学院张辰宇教授，其研究组主要从事人体及细胞能量代谢的分子作用机理及其相关疾病的发病机理研究，在国际顶级学术期刊在Cell, Nature, Science及其系列杂志发表多篇文章，具体参见专访南京大学生科院院长张辰宇：勿以善小而不为。
据EurekAlert报道，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。
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。
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。
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。
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。
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孙悟空钻进铁扇公主肚子的现代版？
作者: 南方周末记者 黄永明 实生 王寅
来源:南方周末
你有信仰吗，达尔文先生？ “创造生命”的合成生物学——兼评“首个人造生命”的诞生我们体内的尼安德特“痕迹”
植物中所含微小RNA能够通过消化道进入人体血液和器官组织，然后通过调控靶基因表达的方式，影响人的生理功能。这意味着日常饮食可以直接影响人体内的基因表达。
2007年的一天，正在南京大学读博的陈熹被导师布置了一个实验，去检测人的血清中是否含有微小核糖核酸（microRNA）。陈熹当时就认为导师疯了，因为这完全违背了他所学到的生物学常识：人的血清中含有许多RNA的降解酶，因而不可能有完整的RNA存在，至多只是一些碎片。他在师弟师妹面前把自己的导师“批判”了一番，然后就把这个任务扔在了一边。
研究人员估计，在哺乳动物的基因中，约有30%左右的编码蛋白质的基因受到微小RNA的调控。
直到两个星期后的一个早晨，陈熹的导师张辰宇堵到了他，再次要求他去做这个实验。陈熹回避不开，只好去做。结果这个实验一做，陈熹变得比他的导师都更疯狂了，曾经连续三天三夜泡在实验室里。他得到了一些令人难以置信的结果。
他们最新的一项研究发表在近期的《细胞研究》上，这项研究发现，植物所含有的微小RNA能够通过消化道进入人体血液和器官组织，然后通过调控人体内靶基因表达的方式，影响人的生理功能。他们已经发现了至少一种情况，微小RNA能够通过这种方式影响人体健康：进食过多的大米会增加患代谢紊乱综合征的可能。这倒令人想起孙悟空变成一只小虫子钻进铁扇公主肚子的故事，尽管最后的结果与肚子疼无关。
这样的一个发现引起了许多生物学研究者的极大兴趣。同样研究微小RNA的美国俄亥俄州立大学的克莱·马什（Clay Marsh）教授认为张辰宇等人的这项工作“非常令人激动”，它表明我们日常的饮食能够直接影响体内的基因表达。
用南京大学张辰宇教授的话来说，这项发现为中国诸如“吃什么补什么”、“一方水土养一方人”这些俗话提供了科学上的注脚。
微小RNA与人体疾病
科学家发现微小RNA并不是很久之前的事情。1993年，哈佛大学的罗莎琳德·李（Rosalind Lee）等人在《细胞》杂志上发表论文，称在线虫中发现了控制幼虫发育的“lin-4基因”所编码产生的短小RNA，这种RNA可以与lin-14基因产生的mRNA结合，并抑制它的功能，使它无法被翻译，最终控制LIN-14蛋白质的产生。这是人们首次发现微小RNA对于生物体基因表达的调节作用。
微小RNA是一种由19-24个核苷酸组成的非编码RNA，它不能被翻译并最终生成蛋白质，而是一种在进化上比较保守的“基因调控者”。
在过去的10年里，微小RNA的研究已经成为了一个热点。仅仅是在2000年到2003年的短短三年时间里，研究人员就陆续发现了微小RNA的以下功能：控制细胞的增殖、凋亡；调节苍蝇的脂肪代谢；调节哺乳动物造血系统功能；控制植物叶与花的发育等。而据计算机模拟推测的结果，以上这些可能只是微小RNA所具备的功能的冰山之一角。研究人员估计，在哺乳动物的基因中，约有30%左右的编码蛋白质的基因受到微小RNA的调控。
2002年，美国《科学》杂志把微小RNA的研究评为了当年的“年度重大突破”。到2005年，研究人员已经在人体中发现了两百多种微小RNA。并且，人们也逐渐认识到，微小RNA可以调控肿瘤的形成，可以与慢性淋巴细胞性白血病有关，还可能与人类老年痴呆症和某些中枢神经功能紊乱有关。
小片段的大作用
张辰宇的研究就是从这里开始的。当时人们已经知道了微小RNA与肿瘤形成有关，张辰宇于是想到，是否有可能把微小RNA作为一种标记物来诊断肿瘤。在肿瘤的早期诊断中，如果能在血清中发现微小RNA的话，那么它就有可能成为无创伤性的新的生物标记物。这就是为什么他会想到让陈熹去做那个“疯狂”的实验。
在实验中，张辰宇疯狂的念头不但被证实了，而且微小RNA就像是指纹一样，在血清中的不同组合对应于不同的疾病。“这种组合可以早期诊断各种疾病。”张辰宇说，“现在很多疾病分亚型，判断疾病的复发，判断死亡率，还有个体化治疗，微小RNA都可以提供帮助。”
2008年9月初，张辰宇等人在《细胞研究》上发表了他们的研究结果。几乎在同一时间，一个以色列的研究组和一个美国的研究组也分别独立发表了相同结论的文章。三者相互印证。
不过，新的发现也带来了一个新的疑问：血清中的这些微小RNA是从哪里来的？它们是从破碎的细胞里出来的呢，还是完整的细胞能够分泌出微小RNA？张辰宇从他的研究领域——内分泌代谢——出发，认为是从细胞中分泌的。但究竟是以何种方式分泌出来，比如是直接分泌还是通过某种载体，他仍不得头绪。
一次偶然的机会，张辰宇在上海参加一次学术会议的过程中，听到了一个新的概念——微小囊泡。他感到茅塞顿开，夜里11点半打电话给他的合作者、南京大学的曾科教授：“是不是微小囊泡就是那个载体？”曾科听到这话也激动起来，微小囊泡正属于他的研究领域，他当下就认为他们可以立即做实验验证。
第二天，张辰宇还没有回到南京，陈熹就已经接到电话开始离心提取微小囊泡了。张辰宇回到实验室的时候，曾科和陈熹都在那里等着他，他们告诉张辰宇，微小囊泡提取出来了，做了分析，含有很多的微小RNA。
一个一个的点开始连接成线。所有的细胞，首先能够选择性地把特定的微小RNA包裹到微小囊泡中去，当细胞受到刺激的时候，细胞就会把这些包含微小RNA的微小囊泡分泌到循环系统中，或者是细胞外。
然后，这些微小囊泡能够把微小RNA再运送到靶细胞内，释放出微小RNA，作用于靶细胞内的微小RNA的靶基因，从而调控靶细胞的生理学或生物学功能及状态。
“我们发现了细胞能够分泌微小RNA，把已知的细胞间的信号传导机制从‘固定电话’变成了‘手机’。”张辰宇形容说，“原来是特定的细胞能够分泌一些激素或者细胞因子，特定细胞有受体再接受，现在变成是所有的细胞都有这个能力分泌，只要受到刺激。”
“相信我，今后的五年十年，这个会变得特别地热，在血清中发现微小RNA会变成教科书上每一个疾病的诊断信息之一。”张辰宇说，“比如说Ⅱ型糖尿病的某一个亚型，它的微小RNA是怎么样的……”
吃下的不仅仅是米但故事还没有结束，更令人惊讶的事情在后面。
他们在分析微小RNA的时候做了一项叫做“深度测序”的工作。比如说，他们将50毫升的人的血清中的RNA提取出来，然后把30个核苷酸以下的RNA片段全部测序。一般来说，这能够得到数百万个片段，然后他们分析哪些是已知的微小RNA，哪些是破碎的RNA片段。
他们发现，这些RNA片段中有一些是植物的微小RNA，而且是100%来自植物——如果它包含22个核苷酸，那么22个核苷酸就全都和植物一样。并且，同样的微小RNA会有数以千计的拷贝。
这对研究人员来说显得非常奇怪，或者也可以说疯狂：假设人们进食植物之后，有些RNA由于某种原因没有被消化掉，进到了人的血液中去，那也更可能是碎片，而且碎片不可能在所有人的样本里头都具有相当高的浓度，有那么多的拷贝数。另外，他们发现的微小RNA和人的全部的基因组相比对，没有100%相同的。这就完全排除了微小RNA是内源性的人的某个RNA片断。
这些微小RNA一定来自于植物，而且唯一的途径是通过食物。这是张辰宇很快就意识到的一点，但实验并没有立即往下做。当时正值三聚氰胺事件闹得沸沸扬扬，满脑子都是微小RNA的张辰宇想到，似乎可以通过检测牛奶中的微小RNA的浓度来鉴定牛奶的质量。因为几乎不可能人为地往牛奶中加入微小RNA，因而一旦检测出微小RNA的浓度偏小，就表明牛奶质量有问题。曾科去做了实验以后发现，牛奶中微小RNA的浓度比血清中的还要高。
此时，张辰宇另外两名学生在小鼠身上做的实验让事情的方向明朗起来。他们做了一系列的实验来探究血清中的微小RNA是否确实来自食物。他们先后喂给小鼠线虫和果蝇，这是两种富含微小RNA的动物，但都没有在小鼠的血液中检测到相应的微小RNA。接下来，他们给小鼠喂了大米。
他们喂给小鼠的，就是中国华东地区的人们最常吃的大米。结果，他们在小鼠的血清中检测到了来自大米的微小RNA。这让他们更加确信，植物的微小RNA可以通过日常进食进入人体。事实上，编号为168a的植物微小RNA既在稻米中富含，也是中国人血清中含量最为丰富的植物微小RNA。
这表明，我们吃饭不仅仅是摄入的碳水化合物和蛋白质等“食物”，也摄入了“信息”，即微小RNA的序列特征。
由此带来的后果之一就是，编号为168a的植物微小RNA可以结合人体内某种连接蛋白的mRNA，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，最终引起代谢性疾病。
在实验中，研究人员给小鼠喂的是生米，而人类日常进食吃的是熟米，食物经过加热之后是否会破坏其微小RNA呢？张辰宇指出，煮过的米饭中仍然含有很多微小RNA，经过油炸才能破坏掉大部分的微小RNA。
他们还发现，中药在经过煎煮之后，药汤里的微小RNA的浓度很高。给小鼠喂药之后24小时，就发现小鼠肺部相应的微小RNA浓度增高。他们认为，这些发现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。
对于生物学来说，更大的意义可能在于，这些研究为我们理解跨“界”的相互作用提供了新的线索。“动物、植物之间如何的借着微小RNA互相调控的？大家说不定共进化（co-evolution）了。”张辰宇说。
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微小RNA跨物种“谋杀”
通过给小鼠喂食生大米，科学家发现它们的血液和肝脏中，MIR168a的浓度确实因为饮食中MIR168a的增加而增加了。增加后会产生什么其他的影响呢？
要预测植物微小RNA的增加能造成什么样的生理结果，得先明白微小RNA是如何工作的。在细胞里，DNA像写满遗传信息的蓝图，在适当的时候被“复印”成信使RNA（mRNA），再去指导蛋白质的合成。而微小RNA就像杀手，非常有目标地找到自己要谋杀的信使RNA，让它们没法继续变出蛋白质。当然，微小RNA找目标不看照片，而是看信使RNA和它的匹配度，要是信使RNA上某些片段它们恰好能结合上去，这些信使RNA就被视为该死的目标。那么来自植物的MIR168a在动物体内的谋杀目标是谁呢？
经过序列比对，科学家们推测，它在动物体内确实有一个信使RNA目标，这个信使RNA指导合成“绑架”低密度脂蛋白的蛋白，这个绑架者主要分布在肝脏。也就是说，MIR168a这个微小RNA专门对付绑架者，MIR168a若是升高了，肝脏里绑架者就少了，低密度脂蛋白不受绑架，在血液里的浓度就会慢慢积累变高。
果然，他们发现，吃了大米以后，小鼠体内MIR168a很快升高，3天后，血液中低密度脂蛋白胆固醇也变多了。这一切都验证了张辰宇的猜想，同时让科学界难以置信：来自植物的微小RNA竟然是一个超级杀手，可以跨物种执行谋杀任务！
机制研究
根据以前的研究，张辰宇知道血液中的小囊泡可以把微小RNA装载起来，运送到身体其他部分，于是他猜测，小肠绒毛也可能把游离在附近的来自植物的微小RNA吞进来，包裹进小囊泡，再吐到血管里。随后，囊泡顺流而下，若是行至肝脏，这些囊泡可能被肝细胞吸收，微小RNA被释放，于是结合它的目标信使RNA，让低密度脂蛋白的绑架者减少，造成血液里的坏胆固醇升高。 这个过程听起来像破案故事一样激动人心！然而要想证明却非易事——想想，怎么才可能亲眼看到这个过程呢？到现在，科学家们也还没能在完整的生物体里证实这个猜想，只能说向这个方向做出了努力。
张辰宇团队使用人体细胞模拟了上述场景。他们首先把大量合成的MIR168a微小RNA“喂”给体外培养的（也就是在平皿里培养的）人上皮细胞（小肠绒毛就是一种上皮细胞）。接着收集这些上皮细胞分泌的小囊泡。再转移给在另一个平皿里培养的肝脏细胞。然后他们发现， MIR168a所要谋杀的绑架者在肝脏细胞里的量果然减少了。
这样的细胞实验确实证明了张辰宇的猜想的机制是可行的，然而它毕竟是在相互分隔的两种培养细胞之间做的，而不是在生物体的层面，所以这套机制只是被初步验证，远非确凿。想要确凿地说清植物微小RNA对人体的作用机制，还有待更精彩的实验。 由于张辰宇的研究颠覆常识，而且在几十种存活于人体的植物微小RNA中，只发现MIR168a这一种会对动物产生作用，因此有人认为他的结果或许是巧合。来自捷克科学院分子遗传学研究所（Institute of Molecular Genetics in the Czech Republic ）的Petr Svoboda认为，在张辰宇的实验中，植物的微小RNA在人体内检测到的量很少，这个浓度的微小RNA是否真的能对人体产生影响值得怀疑。
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微小核糖核酸研究
披露了四个方面的重要信息：
一是“食物中的任何核酸、蛋白质，在消化系统中都会被完全消化成核苷酸、氨基酸后被吸收”的观点被推翻了；
二是有数据表明，微小核糖核酸非常稳定，不容易降解，能顺利进入血液，并长期滞留，发挥调控作用。并且能够通过母婴传播和通过肉食间接传递；
三是现在为止已经发现了3000多个miRNA，其中大部分在动物体内起着关键性的调控作用，是最主要的基因表达调控因子之一。估计人体内大约2/3的基因都受到某个或一组miRNA的调控；
四是miR-21是著名的原癌miRNA，几乎所有的癌症都有它参与。还有一些miRNA调控着胚胎和婴儿的发育，包括骨骼肌肉大脑心脏等几乎所有的脏器的发育。如果它们从食物进入人体发挥作用，就会导致产生畸形、人口素质（大脑智力等）异常（倒不一定是下降......）等现象。
microRNA研究表明：转基因食品的风险还是存在的
南京大学研究生 繁星若尘
笔者是南京大学生命科学院生物化学与分子生物学专业研究生，就读于南大医药生物技术国家重点实验室。
此前，在生物化学上所有人都一致认为：食物中的任何核酸、蛋白质，在消化系统中都会被完全消化成核苷酸、氨基酸，然后吸收到身体内，按照自身需求重新"组装"成自己的核酸和蛋白质。即使是以原型吸收的核酸和蛋白质也会被小肠上皮细胞和肝细胞降解，对于消化系统正常的人来说任何原始形态的核酸和蛋白质序列都不可能存在于到体内门静脉以外的血液中，更不可能发挥调控作用。
然而，从笔者最近的研究结果来看，这句话被推翻了。首先简要介绍一下微小核糖核酸。
微小核糖核酸MicroRNA（miRNA）是一种小的内源性非编码RNA分子，大约由21－25个核苷酸组成。这些小的miRNA通常靶向一个或者多个mRNA，通过翻译水平的抑制或断裂靶标mRNAs而调节基因的表达。1993年，Lee，Feinbaum和Ambros等人发现在线虫体内存在一种RNA（lin-4），是一种不编码蛋白但可以生成一对小的RNA转录本，每一个转录本能在翻译水平通过抑制一种核蛋白lin-14的表达而调节了线虫的幼虫发育进程。对于出现这种现象的原因，科学家们猜测是由于基因lin-14的mRNA的3'UTR区独特的重复序列和lin-4之间有部分的序列互补造成的。在第一幼虫阶段的末期降低lin-14的表达将启动发育进程进入第二幼虫阶段。7年后科学家又发现了第二个miRNA－let-7，let-7相似于lin-4，同样可以调节线虫的发育进程。
miRNA是十分特殊的RNA，序列非常短，只有22nt，但是有着超常的稳定性：在RNA酶中，一般RNA一小时候消化得干干净净没有任何残余，而miRNA在跟RNA酶混合后保温水解24小时竟然还保留近一半！
后来，至今为止已经发现了3000多个miRNA，其中大部分在动物体内都起着关键性的调控作用，是最主要的基因表达调控因子之一，据估计人体内大约2/3的基因都受到某个或一组miRNA的调控。
我研究的对象就是一个miRNA，它当然有着自己的名字，但是因为结果尚未发表，这一微小核糖核酸暂以miR-A代替。已知的是：这一miRNA的序列不存在于任何动物的基因组中。也就是说，动物（包括人）永远不可能自己转录产生这个miRNA。它本应该只存在于植物中。然而，在一次无意中的实验里，我们惊奇地发现小鼠血清中竟然存在这个miRNA。于是做了一系列的实验，最后发现：食物一般的核酸和蛋白质确实不能进入血液，但是miRNA，这一类特殊的调控分子，利用它极小的分子量和超常的稳定性，能顺利进入血液，并长期滞留，发挥其调控作用。而且，能够通过母婴传播、能够通过肉食进行间接传递。
当然，miR-A大量存在于大米中，我们吃了几千年大米都没事，说明这个因子是无害的。但是其他有很多miRNA是有着极其重大的调控作用的。比如miR-21，它是著名的原癌miRNA，几乎所有的癌症都有它参与。还有一些miRNA调控着胚胎和婴儿的发育，包括骨骼肌肉大脑心脏等几乎所有的脏器都受到miRNA的调控。如果它们从食物进入人体导致异常，那么就会产生畸形、人口素质（大脑智力等）异常（倒不一定是下降......）等现象。这对转基因食品是一个巨大的打击。这一研究表明，转基因食品的风险还是存在的，依然有着很大的不可预见性。
绿色守望（跟帖）：这使我想起了一篇科幻小说，好像叫《变牛》，说星际远航中食物出了意外，只好从路边星球上打猎。结果吃了餐外星牛肉之后，没多久都变成了牛的模样……难道说真是吃什么变什么不成？
繁星若尘（答疑）：大体上的身体特征都是在母亲的胚胎中就完成了，后天不大会改变。
但是miRNA对一些生物因子的调控是很普遍的，比如前面提到的miR-21在癌症中的作用，同为原癌miRNA的还有miR-31，miR-203等。miR-143是抑癌的，miR-221/222控制着细胞周期，miR-155与免疫和类风湿性关节炎有关，等等。
对于幼儿在母体中的胚胎发育，microRNA起着更重大的作用。miR-125a,miR-295,miR-219和miR-181b等等都与胚胎发育有关。miR-219过表达可以诱导胚胎细胞凋亡，基因沉默和过表达技术观察到斑马鱼受精卵在显微注射miR-219和反义miR-219后均导致其胚胎发育缺陷。miR-124a、miR-125b和miR-128的抑制会影响脑和脊髓的发育导致无脑儿。miR-124a/125b在感觉和运动神经元发育过程中发挥作用。
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