研究人員估計，在哺乳動物的基因中，約有30%左右的編碼蛋白質的基因受到微小RNA的調控

　　作者： 南方週末記者 黃永明 實習生 王寅

　　植物中所含微小RNA能夠通過消化道進入人體血液和器官組織，然後通過調控靶基因表達的方式，影響人的生理功能。這意味著日常飲食可以直接影響人體內的基因表達。

　　2007年的一天，正在南京大學讀博的陳熹被導師佈置了一個實驗，去檢測人的血清中是否含有微小核糖核酸(microRNA)。陳熹當時就認為導師瘋了，因為這完全違背了他所學到的生物學常識：人的血清中含有許多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。他在師弟師妹面前把自己的導師“批判”了一番，然後就把這個任務扔在了一邊。

　　直到兩個星期後的一個早晨，陳熹的導師張辰宇堵到了他，再次要求他去做這個實驗。陳熹回避不開，只好去做。結果這個實驗一做，陳熹變得比他的導師都更瘋狂了，曾經連續三天三夜泡在實驗室裏。他得到了一些令人難以置信的結果。

　　他們最新的一項研究發表在近期的《細胞研究》上，這項研究發現，植物所含有的微小RNA能夠通過消化道進入人體血液和器官組織，然後通過調控人體內靶基因表達的方式，影響人的生理功能。他們已經發現了至少一種情況，微小RNA能夠通過這種方式影響人體健康：進食過多的大米會增加患代謝紊亂綜合徵的可能。這倒令人想起孫悟空變成一隻小蟲子鑽進鐵扇公主肚子的故事，儘管最後的結果與肚子疼無關。

　　這樣的一個發現引起了許多生物學研究者的極大興趣。同樣研究微小RNA的美國俄亥俄州立大學的克萊馬什(Clay Marsh)教授認為張辰宇等人的這項工作“非常令人激動”，它表明我們日常的飲食能夠直接影響體內的基因表達。

　　用南京大學張辰宇教授的話來説，這項發現為中國諸如“吃什麼補什麼”、“一方水土養一方人”這些俗話提供了科學上的注腳。

　　微小RNA與人體疾病

　　科學家發現微小RNA並不是很久之前的事情。1993年，哈佛大學的羅莎琳德李(Rosalind Lee)等人在《細胞》雜誌上發表論文，稱在線蟲中發現了控制幼蟲發育的“lin-4基因”所編碼産生的短小RNA，這種RNA可以與lin-14基因産生的mRNA結合，並抑制它的功能，使它無法被翻譯，最終控制LIN-14蛋白質的産生。這是人們首次發現微小RNA對於生物體基因表達的調節作用。

　　微小RNA是一種由19-24個核苷酸組成的非編碼RNA，它不能被翻譯並最終生成蛋白質，而是一種在進化上比較保守的“基因調控者”。

　　在過去的10年裏，微小RNA的研究已經成為了一個熱點。僅僅是在2000年到2003年的短短三年時間裏，研究人員就陸續發現了微小RNA的以下功能：控制細胞的增殖、凋亡；調節蒼蠅的脂肪代謝；調節哺乳動物造血系統功能；控制植物葉與花的發育等。而據計算機模擬推測的結果，以上這些可能只是微小RNA所具備的功能的冰山之一角。研究人員估計，在哺乳動物的基因中，約有30%左右的編碼蛋白質的基因受到微小RNA的調控。

　　2002年，美國《科學》雜誌把微小RNA的研究評為了當年的“年度重大突破”。到2005年，研究人員已經在人體中發現了兩百多種微小RNA。並且，人們也逐漸認識到，微小RNA可以調控腫瘤的形成，可以與慢性淋巴細胞性白血病有關，還可能與人類老年癡呆症和某些中樞神經功能紊亂有關。

　　小片段的大作用

　　張辰宇的研究就是從這裡開始的。當時人們已經知道了微小RNA與腫瘤形成有關，張辰宇於是想到，是否有可能把微小RNA作為一種標記物來診斷腫瘤。在腫瘤的早期診斷中，如果能在血清中發現微小RNA的話，那麼它就有可能成為無創傷性的新的生物標記物。這就是為什麼他會想到讓陳熹去做那個“瘋狂”的實驗。

　　在實驗中，張辰宇瘋狂的念頭不但被證實了，而且微小RNA就像是指紋一樣，在血清中的不同組合對應于不同的疾病。“這種組合可以早期診斷各種疾病。”張辰宇説，“現在很多疾病分亞型，判斷疾病的復發，判斷死亡率，還有個體化治療，微小RNA都可以提供幫助。”

　　2008年9月初，張辰宇等人在《細胞研究》上發表了他們的研究結果。幾乎在同一時間，一個以色列的研究組和一個美國的研究組也分別獨立發表了相同結論的文章。三者相互印證。

　　不過，新的發現也帶來了一個新的疑問：血清中的這些微小RNA是從哪來的？它們是從破碎的細胞裏出來的呢，還是完整的細胞能夠分泌出微小RNA？張辰宇從他的研究領域——內分泌代謝——出發，認為是從細胞中分泌的。但究竟是以何種方式分泌出來，比如是直接分泌還是通過某種載體，他仍不得頭緒。

　　一次偶然的機會，張辰宇在上海參加一次學術會議的過程中，聽到了一個新的概念——微小囊泡。他感到茅塞頓開，夜裏11點半打電話給他的合作者、南京大學的曾科教授：“是不是微小囊泡就是那個載體？”曾科聽到這話也激動起來，微小囊泡正屬於他的研究領域，他當下就認為他們可以立即做實驗驗證。

　　第二天，張辰宇還沒有回到南京，陳熹就已經接到電話開始離心提取微小囊泡了。張辰宇回到實驗室的時候，曾科和陳熹都在那裏等著他，他們告訴張辰宇，微小囊泡提取出來了，做了分析，含有很多的微小RNA。

　　一個一個的點開始連接成線。所有的細胞，首先能夠選擇性地把特定的微小RNA包裹到微小囊泡中去，當細胞受到刺激的時候，細胞就會把這些包含微小RNA的微小囊泡分泌到循環系統中，或者是細胞外。

　　然後，這些微小囊泡能夠把微小RNA再運送到靶細胞內，釋放出微小RNA，作用於靶細胞內的微小RNA的靶基因，從而調控靶細胞的生理學或生物學功能及狀態。

　　“我們發現了細胞能夠分泌微小RNA，把已知的細胞間的信號傳導機制從‘固定電話’變成了‘手機’。”張辰宇形容説，“原來是特定的細胞能夠分泌一些激素或者細胞因子，特定細胞有受體再接受，現在變成是所有的細胞都有這個能力分泌，只要受到刺激。”

　　“相信我，今後的五年十年，這個會變得特別地熱，在血清中發現微小RNA會變成教科書上每一個疾病的診斷信息之一。”張辰宇説，“比如説Ⅱ型糖尿病的某一個亞型，它的微小RNA是怎麼樣的……”

　　吃下的不僅僅是米

　　但故事還沒有結束，更令人驚訝的事情在後面。

　　他們在分析微小RNA的時候做了一項叫做“深度測序”的工作。比如説，他們將50毫升的人的血清中的RNA提取出來，然後把30個核苷酸以下的RNA片段全部測序。一般來説，這能夠得到數百萬個片段，然後他們分析哪些是已知的微小RNA，哪些是破碎的RNA片段。

　　他們發現，這些RNA片段中有一些是植物的微小RNA，而且是100%來自植物——如果它包含22個核苷酸，那麼22個核苷酸就全都和植物一樣。並且，同樣的微小RNA會有數以千計的拷貝。

　　這對研究人員來説顯得非常奇怪，或者也可以説瘋狂：假設人們進食植物之後，有些RNA由於某種原因沒有被消化掉，進到了人的血液中去，那也更可能是碎片，而且碎片不可能在所有人的樣本裏頭都具有相當高的濃度，有那麼多的拷貝數。另外，他們發現的微小RNA和人的全部的基因組相比對，沒有100%相同的。這就完全排除了微小RNA是內源性的人的某個RNA片斷。

　　這些微小RNA一定來自於植物，而且唯一的途徑是通過食物。這是張辰宇很快就意識到的一點，但實驗並沒有立即往下做。當時正值三聚氰胺事件鬧得沸沸颺颺，滿腦子都是微小RNA的張辰宇想到，似乎可以通過檢測牛奶中的微小RNA的濃度來鑒定牛奶的質量。因為幾乎不可能人為地往牛奶中加入微小RNA，因而一旦檢測出微小RNA的濃度偏小，就表明牛奶質量有問題。曾科去做了實驗以後發現，牛奶中微小RNA的濃度比血清中的還要高。

　　此時，張辰宇另外兩名學生在小鼠身上做的實驗讓事情的方向明朗起來。他們做了一系列的實驗來探究血清中的微小RNA是否確實來自食物。他們先後喂給小鼠線蟲和果蠅，這是兩種富含微小RNA的動物，但都沒有在小鼠的血液中檢測到相應的微小RNA。接下來，他們給小鼠喂了大米。

　　他們喂給小鼠的，就是中國華東地區的人們最常吃的大米。結果，他們在小鼠的血清中檢測到了來自大米的微小RNA。這讓他們更加確信，植物的微小RNA可以通過日常進食進入人體。事實上，編號為168a的植物微小RNA既在稻米中富含，也是中國人血清中含量最為豐富的植物微小RNA。

　　這表明，我們吃飯不僅僅是攝入的碳水化合物和蛋白質等“食物”，也攝入了“信息”，即微小RNA的序列特徵。

　　由此帶來的後果之一就是，編號為168a的植物微小RNA可以結合人體內某種連接蛋白的mRNA，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，最終引起代謝性疾病。

　　在實驗中，研究人員給小鼠喂的是生米，而人類日常進食吃的是熟米，食物經過加熱之後是否會破壞其微小RNA呢？張辰宇指出，煮過的米飯中仍然含有很多微小RNA，經過油炸才能破壞掉大部分的微小RNA。

　　他們還發現，中藥在經過煎煮之後，藥湯裏的微小RNA的濃度很高。給小鼠喂藥之後24小時，就發現小鼠肺部相應的微小RNA濃度增高。他們認為，這些發現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。

　　對於生物學來説，更大的意義可能在於，這些研究為我們理解跨“界”的相互作用提供了新的線索。“動物、植物之間如何的借著微小RNA互相調控的？大家説不定共進化(co-evolution)了。”張辰宇説。