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大米的逆襲:微小RNA操縱了我們的身體嗎?

[編按:從今日起,PanSci泛科學很榮幸能與科學傳播界的網路先驅科學松鼠會展開更多元的內容合作,本文為首篇發表於PanSci的松鼠原創文章,PanSci作者的原創文章也將出現在科學松鼠會的首頁上]

吃飯時,菜葉和果實被我們的牙齒大卸八塊,在腸胃裡粉身碎骨。這個過程釋放出的蛋白質、碳水化合物、脂類進入人體,順著血液發配各處,給身體添磚加瓦。但這可能不是故事的全部——南京大學生命科學學院的張辰宇教授發現,植物中還有一些小分子也會進入人體,可能反客為主,控制人體的基因活性,以更主動的方式影響身體。這些囂張的小分子就是微小核糖核酸(微小RNA,miRNA)。這項研究發表在《細胞研究》(Cell Research)。為了深入瞭解這項顛覆常識的研究,筆者採訪了張辰宇。

顧名思義,微小RNA個頭很小,只有19-24個核苷酸;它不是植物的專利,動物也有。不管植物還是動物,它們對細胞生長代謝非常重要。但學界一直認為,自產的微小RNA只供自己使用;從沒想過植物的也可能在人體內存活,甚至履行殺手職責。張辰宇尋思,為什麼不行?

那些頑強的微小RNA

為了試探一下猜想,張辰宇的團隊先找了一幫人,抽他們的血,在裡面尋找植物微小RNA的蹤影。結果發現,人的血液中竟然藏匿了至少40種植物特有的微小RNA!植物中本有上千種微小RNA,按照前人的認識,這些微小RNA應該經受不了消化道的歷練,但現在張辰宇的實驗證明,確有極少數能存活下來,這是一個驚人的發現!

為什麼這些少數微小RNA能存活下來,張辰宇說他也不知道。不過他發現,在存活下來的40多種微小RNA當中,兩種編號為MIR156a和MIR168a的尤為頑強,濃度竟和人體內本身的微小RNA濃度在同一量級。再一查,這兩種微小RNA可是有頭有臉,它們在大米和大白菜中最為豐富(生米中最多,米飯煮熟大約還能剩下近4成)。除了稻米,在小麥中MIR156a也含量不菲,而和前人的研究結果不同的是,MIR156a在張辰宇團隊的檢測中卻不見蹤跡。

好,既已在人體內發現源自植物的微小RNA,那它們是否確實來自飲食?在動物體內又能起到什麼效果呢?張辰宇團隊拿大米裡含量很多的MIR168a開刀分析。

[水稻(Oryza sativa)微小RNA MIR168a 的二級結構。圖片來源]

老鼠愛大米……實驗就拿小鼠做。

微小RNA跨物種「謀殺」

通過給小鼠餵食生大米,科學家發現它們的血液和肝臟中,MIR168a的濃度確實因為飲食中MIR168a的增加而增加了。增加後會產生什麼其他的影響呢?

要預測植物微小RNA的增加能造成什麼樣的生理結果,得先明白微小RNA是如何工作的。在細胞裡,DNA像寫滿遺傳信息的藍圖,在適當的時候被「複印」成信使RNA(mRNA),再去指導蛋白質的合成。而微小RNA就像殺手,非常有目標地找到自己要謀殺的信使RNA,讓它們沒法繼續變出蛋白質。當然,微小RNA找目標不看照片,而是看信使RNA和它的匹配度,要是信使RNA上某些片段它們恰好能結合上去,這些信使RNA就被視為該死的目標。那麼來自植物的MIR168a在動物體內的謀殺目標是誰呢?

經過序列比對,科學家們推測,它在動物體內確實有一個信使RNA目標,這個信使RNA指導合成「綁架」低密度脂蛋白的蛋白,這個綁架者主要分佈在肝臟。也就是說,MIR168a這個微小RNA專門對付綁架者,MIR168a若是升高了,肝臟裡綁架者就少了,低密度脂蛋白不受綁架,在血液裡的濃度就會慢慢積累變高。

果然,他們發現,吃了大米以後,小鼠體內MIR168a很快升高,3天後,血液中低密度脂蛋白膽固醇也變多了。這一切都驗證了張辰宇的猜想,同時讓科學界難以置信:來自植物的微小RNA竟然是一個超級殺手,可以跨物種執行謀殺任務!

一方水土養一方人

可是,如果植物這麼厲害,吃下去還能調節我們的基因,那我們是不是該對它們敬而遠之?張辰宇認為這種擔心毫無必要:「不用怕,這種現象要在人體內成立,還需進一步證明。而且,即使這種調節途徑是存在的,我們在億萬年演化中也一直被調節著,身體早就達到了平衡。」

不過,他指出,他的這項研究或許為中國老話「一方水土養一方人」找到了科學註腳,因為,如果小鼠實驗裡得到的結果真的能推演到人類,或許就能解釋為什麼東方人和西方人相比,雖然不那麼胖,也會得糖尿病——因為東方人以大米為主食,西方人的飲食則以麵包為主,「因此吃米和吃麵可能是不一樣的」,張辰宇說。當然,飲食能影響人體的因素很多,微小RNA的調節只是一種猜測。(關於東方人和西方人的差異,大家可以各抒己見。)

歸根結底,目前生物體的實驗還處在小鼠的階段,將小鼠的結論直接推廣到人還有些大膽。而且最重要的是,微小RNA的跨「界」調節到底是通過什麼機制發生的呢?只有明確發生機制,才能更好地解釋現象,更好地指導未來的應用。這是擺在張辰宇面前的一道難題。

機制研究尚待更精彩實驗

根據以前的研究,張辰宇知道血液中的小囊泡可以把微小RNA裝載起來,運送到身體其他部分,於是他猜測,小腸絨毛也可能把游離在附近的來自植物的微小RNA吞進來,包裹進小囊泡,再吐到血管裡。隨後,囊泡順流而下,若是行至肝臟,這些囊泡可能被肝細胞吸收,微小RNA被釋放,於是結合它的目標信使RNA,讓低密度脂蛋白的綁架者減少,造成血液裡的壞膽固醇升高。 這個過程聽起來像破案故事一樣激動人心!然而要想證明卻非易事——想想,怎麼才可能親眼看到這個過程呢?到現在,科學家們也還沒能在完整的生物體裡證實這個猜想,只能說向這個方向做出了努力。

張辰宇團隊使用人體細胞模擬了上述場景。他們首先把大量合成的MIR168a微小RNA「餵」給體外培養的(也就是在平皿裡培養的)人上皮細胞(小腸絨毛就是一種上皮細胞)。接著收集這些上皮細胞分泌的小囊泡。再轉移給在另一個平皿裡培養的肝臟細胞。然後他們發現, MIR168a所要謀殺的綁架者在肝臟細胞裡的量果然減少了。

這樣的細胞實驗確實證明了張辰宇的猜想的機制是可行的,然而它畢竟是在相互分隔的兩種培養細胞之間做的,而不是在生物體的層面,所以這套機制只是被初步驗證,遠非確鑿。想要確鑿地說清植物微小RNA對人體的作用機制,還有待更精彩的實驗。 由於張辰宇的研究顛覆常識,而且在幾十種存活於人體的植物微小RNA中,只發現MIR168a這一種會對動物產生作用,因此有人認為他的結果或許是巧合。來自捷克科學院分子遺傳學研究所(Institute of Molecular Genetics in the Czech Republic )的Petr Svoboda認為,在張辰宇的實驗中,植物的微小RNA在人體內檢測到的量很少,這個濃度的微小RNA是否真的能對人體產生影響值得懷疑。

張辰宇對此進行反駁,他認為「含量少是要看和什麼對比」,MIR168a的濃度雖然占人體微小RNA的總量少,但它和人體自身的一些微小RNA濃度相當,足以發揮功能。

不管怎麼說,植物裡能對動物起作用的因素有很多。這項研究僅僅說明,植物或許還存在這樣一種途徑,來對動物的身體進行調節。可以相信的是,在演化的尺度上,雖然動物同植物共同走過的歲月短得無足掛齒,在分類學上,雖然它們確實被歸納在遙遠的兩端,但動物和植物一直在用各種方式共同影響、彼此滲透,甚至傳遞信息。我們正絞盡腦汁,試圖參透這段距離間千絲萬縷的聯繫。

本文為修改版,已發表於果殼網 健康朝九晚五主題站 《大米的逆襲:植物操縱了我們的身體嗎?》。感謝網友Boston和[S]Kaelthas對文章的指正。老貓 對此文亦有貢獻。

本文引用自科學松鼠會[2011-10-07]

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