研究發現食物可改變人類基因

南京大學的研究人員發現蔬菜裏的核糖核酸(RNA)在食入後會進入體內循環的血液，而且一旦進入我們體內，就能改變我們的基因表達。

微型核糖核酸的作用只是在最近十年左右才得以認識，但微型核糖核酸目前被認為參與了植物和動物大量的機理過程。

張辰宇及其同事在開展這項研究時發現，植物的微型核糖核酸序列存在於吃這些植物的動物組織中。其中有一種被稱為M IR168a的微型RNA是由稻穀產生的，在被研究的中國人血液中大量存在。實驗中，M IR168a顯現出具有影響老鼠基因表達的能力，並抑制肝臟濾出低密度脂蛋白的能力，這種脂蛋白素有“壞膽固醇”的稱號。

這項研究結果揭示出一種全新的生理相互作用機制，將具有重要的醫學應用前景，可用于醫學治療儀及解讀疑難雜症的機理。微型核糖核酸還可用于作物的轉基因工程，作為幹擾核糖核酸的一種方法。

新華國際 2011/09/22




張辰宇：我們並不在乎是否在CNS上發文

CNS（Cell，Nature，Science）是世界頂級的三大期刊，雖說其影響力大，但並不是所有重要的成果都公佈於這些大雜誌上，許多國際著名學者，包括諾獎得主，其一生中許多甚至主要成果都發表於一些二線，甚至三線的雜誌。 當然這並不是否定頂級期刊的重要地位，然而應該這麼說，研究成果發表於何處很重要，但是並不如成果本身重要，是金子就一定會發光，無論它處於何地。

來自南京大學生命科學學院張辰宇教授研究組最新獲得了一項重要成果：他們發現植物的微小核糖核酸（microRNA）可以通過日常食物攝取的方式進入人體血液和組織器官。 並且一旦進入體內，它們將通過調控人體內靶基因表達的方式影響人體的生理功能，進而發揮生物學作用。 這項研究不僅有助於深入了解microRNA作用機理，而且對於未來的臨床治療也具有巨大潛在作用。 這一成果公佈在Cell research雜誌上。

在剛提出這一假說初期，張教授研究組的學生不信，但隨著實驗的逐漸深入，他們獲得了更多的確鑿證據，最終完成了研究證明，雖然未能在CNS上發表，但是正如張教授所說，“最後做出來了，她（他）們反而不是很在乎是否在CNS上發。她（他）們更在乎的是堅持下來並為該發現本身驕傲” 。 也許這才是作為科研人員的的淡然，不浮躁態度，以及對於自己研究成果的自信。

多年努力獲得重要成果

微小核糖核酸（microRNA）是一類長約19至24個核苷酸的非編碼小分子RNA，它通過與靶基因的信使RNA（mRNA）結合的方式抑制相應的蛋白質翻譯。

張教授課題組早在2007年就開始了這方面的研究，他們發現動物microRNA能穩定地存在於動物的血清、血漿和尿液等體液中，可作為疾病的非創傷性的生物標誌物，並提出了循環microRNA和分泌型microRNA的概念——循環microRNA是一類新型的疾病標誌物，可應用於疾病，如腫瘤的早期診斷，個體化治療的指證等方面，分泌型microRNA也是新的一類重要的信號分子，調控細胞間和組織間的信號傳遞。

從張教授等人開始研究血清microRNA的時候就做了深度測序，在他們分析血清microRNA深度測序的結果，驚訝的發現也有植物microRNA存在，而且是完整的序列，及有相當高的拷貝數。 由於植物的microRNA與動物的基因組的序列沒有100%的一致序列！ 因此可以認為動物血清中發現的植物microRNA絕對是植物的，而不是動物內源性microRNA或動物內源性RNA碎片。

張教授說，“由此我們就開始設計實驗，研究植物microRNA從哪兒來的，是否具有功能。從實驗開始到第一次投稿約一年半時間，4位博士生在不同的時間同時做。從第一次投稿CNS到在Cell Res發表，約兩年，期間修回後補做的實驗就有花了一年零兩個月。”

這些長時間的努力沒有白費，張教授研究組通過體內和體外的功能性研究，發現一種在稻米和中國人血清中富含的miRNA：MIR168a可以結合人和小鼠的低密度脂蛋白受體銜接蛋白1（low density lipoprotein receptor adapter protein 1）的mRNA，從而抑制其在肝臟的表達，進而減緩低密度脂蛋白從血漿中的清除，這證明了食物中的外源性植物微小核糖核酸可以通過調控哺乳動物體內靶基因表達的方式影響攝食者的生理功能。

深遠的研究意義

這項研究成果發人深省：比如，它表明除了吃“食物”（以碳水化合物及蛋白質等的方式）以外，您還在攝入“信息”（此信息即是微小核糖核酸的序列特徵，因為來源於不同食物的多種多樣的微小核糖核酸一旦被人體吸收，將導致潛在的不同類型的靶基因的調控以及對人體的生理狀況產生不同的影響結果）。 該發現從一種新的維度對於中國的古語“吃什麼補什麼（You are what you eat）”進行了科學解釋。

其潛在意義還在於：

1. 該研究顯著地擴展了微小核糖核酸的功能；
2. 該研究提出了一個極其奇妙並且創新的理念，該理念對於人類健康和代謝產生了深遠的影響；
3. 該研究為我們理解跨“界”（比如動植物間）的相互作用甚至是共進化（co-evolution）提供了新的線索，也為我們思考微小核糖核酸的調控作用以及思考來源於食物、植物以及昆蟲的外源性微小核糖核酸在獵物和捕食者間的相互影響中的潛在作用開闢了新的道路；
4. 該研究證明植物微小核糖核酸可能是食物中的“第七種營養成分”（其他六種分別是水、蛋白質、脂肪酸、碳水化合物、維他命和稀有元素）；
5. 該研究為代謝紊亂症的發生髮展提供了一種新的分子機制；
6. 對於中國人來說，還為在傳統的中草藥中發現一類全新的活性分子提供了依據。

 更重要的是，這一研究成果還有深遠的意思，比如建立一種高效的將干擾RNA（siRNA）或微小核糖核酸（miRNA）等小分子RNA傳輸進入動物體內的實驗學方法，從而實現體內基因表達的沉默。 同時，本項研究可能對於將RNA干擾技術重組進入植物及發展依賴於小分子RNA傳輸的治療手段有重要的意義，尤其是對於那些對小分子RNA的治療應用感興趣的科學家，因為他們注射難以想像的高達100毫克每千克體重的定制的或非定制的RNAi後，依然無法在動物體內觀測到明顯的治療效果。

讀者感興趣提問：

• Q提問：這項研究發現稻米中富含的miR168a也是中國人血清中含量最為豐富的一種miRNA，這是指人體直接攝入miR168a，還是說通過DNA片段信息重新合成的呢？
• A張教授：實際上我們發現動物血清和組織中最高的是一種在幾乎所有的植物裡都是高濃度存在的植物miR156，miR168a只是在中國華東人群血清中第二高濃度，miR168a在牛血清中就比人血清中含量低很多。 文章中也證明了人體直接攝入miR168a。
• Q提問：從日常飲食中攝入的miRNA是否會在胃部被分解呢？
• A張教授：現在植物中已有約兩千種miRNA被發現，而在動物動物血清和組織中，我們只發現了40-50種左右的植物miRNA。 這提示從日常飲食中攝入的miRNA在胃腸道是有被分解的。 但為什麼40-50種左右的植物miRNA不被降解，機理尚未知曉。
• Q提問：植物和動物的miRNAs在加工成熟的過程中存在差異，這是否說明植物中的植物miRNA，與人體中的植物miRNA存在差異呢？
• A張教授：我們在人體中發現的植物miRNA就是植物中的植物miRNA，沒有差異，我們的論文還特別設計了實驗，並也針對這個問題進行了討論。
• Q提問：您的研究組在這項研究中是否遇到了什麼實驗困難，您是如何解決的呢？
• A張教授：太多的問題了。 最主要的是開始的時候，不知如何設計合適的實驗，去證明。 而且從開始到實驗進行了一年左右的時候，由於該假說過於“詭異”，學生不信，我用“即便想證明我是錯的，你們也要的得出'conclusive'的反對結果“來激勵他們。 最後做出來了，她（他）們反而不是很在乎是否在CNS上發。 她（他）們更在乎的是堅持下來並為該發現本身驕傲。 此外，曾科教授，陳熹副教授及團隊中的其他成員共同努力，才有了今天的結果。 還有特別是美國NIH的劉正剛教授，耶魯大學的吳殿青教授給予了很多有益的意見和建議，也給了做實驗的同學很多的信心。

 作者簡介：

張辰宇，博士生導師，長江學者特聘教授，享受國務院特殊津貼，擔任國家“973”、“863”項目首席科學家，國家自然科學基金委傑出青年基金獲得者，江蘇省333人才工程二層次人才，江蘇省2006年度十大傑出青年，2008年度談家楨生命科學創新獎獲得者，2007年度中國僑聯科技創新人才獎獲得者。

主要從事microRNA，線粒體功能及人體及細胞能量代謝的分子作用機理及其相關疾病的發病機理研究（MicroRNA，Mitochondria Function and Cell Metabolism） ，在國際頂級學術期刊在Cell, Nature, Science及其係列雜誌（ 17篇）, JCI, PNAS, Cell Res ,JBC, Endocrinology, Biochem. J等雜誌上發表，共計發表具有很高影響力的文章百餘篇，被引用次數約7500次，申請國際專利12項，其中2項獲得授權；申請40餘項國內專利，5項獲得授權。 主持國家級科研項目7項及省部級科研項目4項。 並主持江蘇省糖尿病臨床醫學中心，南京大學中國醫藥城研究中心等集科研、應用及開發於一體的項目。

生物通 2011/09/22 王蕾






 

相關連結

Exogenous plant MIR168a specifically targets mammalian LDLRAP1: evidence of cross-kingdom regulation by microRNA (Cell Research)