《科学画报》
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植物跨界——微小RNA“进驻”人体
2012-03-07 15:12:56文/张琳 张辰宇
植物性食物通过口腔、胃肠道进入人体，转化成营养成分，为人体所吸收。谁曾想到，一些植物的微小RNA也可以“进驻”人体，并影响人体的生理功能。植物不再只是我们的食物，它还通过微小RNA和我们说着“悄悄话”。
我们都知道，按照瑞典生物学家林奈的经典生物学分类系统，动物和植物是处于最高级别的两个界，从进化过程来讲，早在几亿年前就已经向不同方向分开演化，形成两个相对独立的体系。多年来，人们一直认为，动植物之间只是进行物质交换，而且，作为生产者、食物链最低端的植物一直处于被动的位置。然而，事实似乎并不是这么简单，我们实验室通过一系列有趣的实验发现，植物可以通过人的进食过程将微小RNA送入人体内，并且可以通过调控人体内靶基因的表达从而影响人体的生理功能。这表示，动植物之间存在一种跨界的调控。
什么是微小RNA
微小RNA（microRNA）是一类长19～24个核苷酸的非编码小分子RNA。它不能被翻译从而产生蛋白质，而是通过与目标基因的信使RNA（mRNA）结合的方式影响相应的蛋白质的表达。目前，在动植物中分别都发现了数千种微小RNA。有趣的是，尽管长度很短，这些动植物的微小RNA之间没有任何相同的序列。
动植物的微小RNA的作用方式有所不同。绝大多数情况下，动物的微小RNA是通过与mRNA的不完全互补配对方式，阻碍蛋白质翻译过程的；而植物的微小RNA则通过与mRNA的完全互补配对方式，导致mRNA的降解。
从微小RNA被发现到现在短短十几年的时间里，它迅速成为研究热点。作为一种在进化上比较保守的“基因调控者”，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。人们陆续发现它参与细胞增殖、凋亡、分化、迁移，植物发育过程，动物免疫反应等各个生命过程。2002年，美国《科学》杂志把微小RNA的研究评为当年的“年度重大突破”。
如何在人体内发现植物性微小RNA
当然，我们实验室也非常关注微小RNA的诸多进展，并且发现它与肿瘤形成有关。那么，是否有可能把微小RNA作为一种标记物来诊断肿瘤呢？在肿瘤的早期诊断中，如果能在血清中发现微小RNA，那么它就有可能成为无创伤性的新的生物标记物。于是，我们尝试着检测人的血清中是否真的含有微小RNA。就我们所学到的生物学常识而言，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。没想到，实验结果发现“真的有”——人的循环系统中稳定地存在着微小RNA。2008年，这一成果发表在《细胞研究》上。几乎同一时间，美国和以色列的研究组也分别独立发表了相同结论。这一发现为微小RNA成为新的无创伤性分子标记物提供了理论基础。
然而，奇妙的发现并没有终止。在实验过程中，
这个推测令人不可思议。谁都知道，人体有严格的消化吸收机制，蛋白质、脂肪酸、碳水化合物等大分子都要先被降解才能被吸收进入体内，RNA的稳定性更低，再加上随处可在的RNA降解酶，微小RNA怎么可能被完整地吸收进入体内呢？但是，科研要用结果说话，即使认为不可能，也要拿出否定的结果。于是，我们开始了一段艰难的求证过程。
经过反复研究，吸取多次失败的经验，我们终于找到了准确的测定手段和合理的设计思路：给小鼠喂食大米。之前的多次检测发现，不同人的血清样本中，编号为168a的植物微小RNA，即MIR168a的含量最高，而MIR168a是大米中富含的微小RNA。考虑到我国华东地区居民最主要的食物之一就是大米，我们选取了大米作为验证对象。结果，给小鼠喂食大米后，在小鼠体内检测到了高含量的MIR168a。
又一次出人意料的实验结果！我们加快脚步，很快发现，在不同哺乳动物的血清和组织中，都存在多种植物微小RNA。而且，它们是通过食物摄取的过程进入到体内的。更令人意外的是，植物MIR168a可以通过不完全互补配对的方式，结合到人和小鼠的低密度脂蛋白受体衔接蛋白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RNA可以进入人等哺乳动物体内，利用人等哺乳动物的作用系统，调控哺乳动物体内靶基因的表达，进而影响摄食者的生理功能。
植物性微小RNA对人体有何影响
如此惊人的研究成果表明，除了吃“食物”以外，我们还在摄入“信息”。 微小RNA是植物向人等摄食者传达的独特信息，为中国人常说的“吃什么补什么”、“一方水土养一方人”这些俗语提供了科学上的注脚。植物不再只是含有水、蛋白质、脂肪酸、碳水化合物、维生素和稀有元素这6种营养物质，应该把微小RNA列为“第七种营养成分”。这一极其奇妙且创新的理念将对人类健康和代谢产生深远的影响，也可能为代谢紊乱症的发生发展提供一种新的分子机制。对于中国人来说，它还为在传统的中草药中发现一类全新的活性分子提供依据。
此外，植物不再只是被动的被摄取，它也可以跨界调控人等动物的基因表达。我们实验室的早期研究发现，微小RNA就好像一个信使，可以在人体内的不同组织细胞之间“游走”。如同进入手机时代一样，任何组织细胞之间，不论相隔多远都可以直接对话。如今，这一新的发现表明，体外的微小RNA也可以行使类似信使的功能，如同进入了卫星通信时代一样。这无疑是对微小RNA研究领域的极大扩展，也为我们理解动植物两大界的相互作用提供了新的线索。我们不禁猜想，动植物之间是否依靠微小RNA互相调控，从而共同进化呢？
