大米的逆袭:植物操纵了我们的身体吗?

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所属分类:Popular Science

科学家发现,植物中的一些微小RNA会进入人体,控制人体的基因活性,以更主动的方式影响人体。这是第一次实验证明,植物的微小RNA竟然是一个超级杀手,可以跨物种执行任务!这也许证明了“一方水土养一方人”,但它的作用机制仍有待研究。

吃饭时,菜叶和果实被我们的牙齿大卸八块,在肠胃里粉身碎骨。这个过程释放出的蛋白质、碳水化合物、脂类进入人体,顺着血液发配各处,给身体添砖加瓦。但这可能不是故事的全部——南京大学生命科学学院的张辰宇教授发现,植物中还有一些小分子也会进入人体,可能反客为主,控制人体的基因活性,以更主动的方式影响身体。这些嚣张的小分子就是微小核糖核酸(微小RNA,miRNA)。这项研究发表在《细胞研究》(Cell Research)。为了深入了解这项颠覆常识的研究,果壳网采访了张辰宇。

顾名思义,微小RNA个头很小,只有19-24个核苷酸;它不是植物的专利,动物也有。不管植物还是动物,它们对细胞生长代谢非常重要。但学界一直认为,自产的微小RNA只供自己使用;从没想过植物的也可能在人体内存活,甚至履行杀手职责。张辰宇寻思,为什么不行?

那些顽强的微小RNA

为了试探一下猜想,张辰宇的团队先在人的血液里面寻找植物微小RNA的踪影。结果发现,人的血液中竟然藏匿了至少40种植物特有的微小RNA!植物中本有上千种微小RNA,按照前人的认识,这些微小RNA应该经受不了消化道的历练,但现在张辰宇的实验证明,确有极少数能存活下来,这是一个惊人的发现!

为什么这些少数微小RNA能存活下来,张辰宇说他也不知道。不过他发现,在存活下来的40多种微小RNA当中,两种编号为MIR156a和MIR168a的尤为顽强,浓度竟和人体内本身的微小RNA浓度在同一量级。再一查,这两种微小RNA可是有头有脸,它们在大米和大白菜中最为丰富(生米中最多,米饭煮熟大约还能剩下近4成)。除了稻米,在小麦中MIR156a也含量不菲,而和前人的研究结果不同的是,MIR156a在张辰宇团队的检测中却不见踪迹。(编者按:原先笔误写成“MIR168a在张辰宇团队的检测中却不见踪迹”,应该是MIR156a。谢谢网友指正。)

好,既已在人体内发现源自植物的微小RNA,那它们是否确实来自饮食?在动物体内又能起到什么效果呢?张辰宇团队拿大米里含量很多的MIR168a开刀分析。

老鼠爱大米……实验就拿小鼠做。

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!

一方水土养一方人

可是,如果植物这么厉害,吃下去还能调节我们的基因,那我们是不是该对它们敬而远之?张辰宇认为这种担心毫无必要:“不用怕,这种现象要在人体内成立,还需进一步证明。而且,即使这种调节途径是存在的,我们在亿万年演化中也一直被调节着,身体早就达到了平衡。”

不过,他指出,他的这项研究或许为中国老话“一方水土养一方人”找到了科学注脚,因为,如果小鼠实验里得到的结果真的能推演到人类,或许就能解释为什么东方人和西方人相比,虽然不那么胖,也会得糖尿病——因为东方人以大米为主食,西方人的饮食则以面包为主,“因此吃米和吃面可能是不一样的”,张辰宇说。当然,饮食能影响人体的因素很多,微小RNA的调节只是一种猜测。(关于东方人和西方人的差异,大家可以各抒己见。)

归根结底,目前生物体的实验还处在小鼠的阶段,将小鼠的结论直接推广到人还有些大胆。而且最重要的是,微小RNA的跨“界”调节到底是通过什么机制发生的呢?只有明确发生机制,才能更好地解释现象,更好地指导未来的应用。这是摆在张辰宇面前的一道难题。

机制研究尚待更精彩实验

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。

张辰宇对此进行反驳,他认为“含量少是要看和什么对比”,MIR168a的浓度虽然占人体微小RNA的总量少,但它和人体自身的一些微小RNA浓度相当,足以发挥功能。

不管怎么说,植物里能对动物起作用的因素有很多。这项研究仅仅说明,植物或许还存在这样一种途径,来对动物的身体进行调节。可以相信的是,在演化的尺度上,虽然动物同植物共同走过的岁月短得无足挂齿,在分类学上,虽然它们确实被归纳在遥远的两端,但动物和植物一直在用各种方式共同影响、彼此渗透,甚至传递信息。我们正绞尽脑汁,试图参透这段距离间千丝万缕的联系。

参考来源:果壳网(http://www.guokr.com)

相关论文: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.

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