張辰宇“miRNA重大發(fā)現(xiàn)”后的國(guó)際研究動(dòng)態(tài)
2012年, 南京大學(xué)張辰宇教授及其團(tuán)隊(duì)在Cell Research雜志(22(1),2012)上發(fā)表了一篇有關(guān)小RNA(miRNA)的論文(為敘述方便,以下簡(jiǎn)稱(chēng)“張文”), 該文在國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域引起重視。
“張文”的要點(diǎn)是:口服植物食品,植物中的小RNA可以進(jìn)入動(dòng)物和人體內(nèi), 並能調(diào)節(jié)肝臟的生理功能。如果這能被確證,則在國(guó)際上就是一個(gè)重大的發(fā)現(xiàn):植物的小RNA可以通過(guò)口服,從植物食品轉(zhuǎn)移到動(dòng)物,并調(diào)控動(dòng)物基因的表達(dá),即miRNA在植物界和動(dòng)物界之間可以實(shí)現(xiàn)“跨界基因調(diào)控”(cross-kingdom gene regulation)。它暗示是否可用此途徑來(lái)研制口服RNA新藥,治療或控制某些重要疾病。即使沒(méi)有普遍性,僅存在于有限的物種之間(如他們發(fā)現(xiàn)在小鼠中存在水稻的miR168),也是一個(gè)很有意義的發(fā)現(xiàn)。
從科學(xué)發(fā)展角度看,這本來(lái)是一件很正常的事;并且很明顯,這一研究結(jié)果如果成立,首先是對(duì)已有的生理學(xué)知識(shí)構(gòu)成挑戰(zhàn)。奇怪的是,個(gè)別記者硬是把它與轉(zhuǎn)基因作物聯(lián)系起來(lái),杜撰和編造了這是“轉(zhuǎn)基因作物非常真實(shí)的危險(xiǎn)”?!胺崔D(zhuǎn)”人士更是如獲至寶,似乎抓住了一根救命稻草,乘機(jī)造謠攻擊,蒙騙公眾,將轉(zhuǎn)基因作物進(jìn)一步妖魔化。
其實(shí),張辰宇教授本人并沒(méi)有把他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與轉(zhuǎn)基因作物的安全性聯(lián)系起來(lái),可以說(shuō)“連想都沒(méi)有想過(guò)”。他們?cè)谖恼轮兄皇钦f(shuō):“水稻中的一些小且易碎的核酸分子,在經(jīng)受許多消化吸收屏障后仍能存活,并最終下調(diào)小鼠肝臟基因的表達(dá),可能影響其膽固醇水平”。
一個(gè)新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)必須接受同行實(shí)驗(yàn)重復(fù)驗(yàn)證和嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)討論,然后才能得出正確的結(jié)論?!皬埼摹卑l(fā)表到現(xiàn)在3年半過(guò)去了,國(guó)際上不少重復(fù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也已陸續(xù)發(fā)表,隨著時(shí)間的推移,結(jié)論已經(jīng)比較明晰。本文提供一些最新的數(shù)據(jù)、評(píng)論和結(jié)論。
植物和動(dòng)物細(xì)胞里都有自己特有的 miRAN,它在生長(zhǎng)發(fā)育中起著一定的調(diào)節(jié)作用(可查miRNA數(shù)據(jù)庫(kù))。下表中列出了各種農(nóng)作物、水果、蔬菜中高表達(dá)的小RNA。
檢測(cè)miRNA的方法有多種,如:微陣列(基因芯片)法(microarrays)、定量反轉(zhuǎn)錄PCR法(qRT-PCR,PCR為聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的簡(jiǎn)稱(chēng),是快速檢測(cè)基因的常用方法)、數(shù)字PCR(digital PCR)、測(cè)定RNA堿基序列等等。由于這些方法的靈敏度很高,可測(cè)出含量很低的核酸分子;但因?yàn)楹怂崞毡榇嬖冢瑴y(cè)定中因核酸污染造成的假陽(yáng)性也很常見(jiàn)。當(dāng)檢測(cè)出的miRNA含量很低時(shí),首先要考慮的是,是否存在污染或儀器的背景噪音,而不應(yīng)馬上為你測(cè)出了極低量的小RNA分子而狂喜。
迄今重復(fù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果已有不少報(bào)道,歸納起來(lái)有兩方面:一是測(cè)出的植物miRNA更可能是污染,是假象;二是植物miRNA在動(dòng)物體內(nèi)表現(xiàn)生理功能的可能性很小。
1,測(cè)出的植物小RNA可能是污染,是假象
Snow等選擇了3種普遍食用的富含小RNA(MIR156a、MIR159a、MIR169a)的水果(蘋(píng)果,香蕉和鱷梨)作為檢測(cè)對(duì)象。這些miRNA高度穩(wěn)定,且易于檢測(cè)。檢測(cè)常吃這些水果的健康運(yùn)動(dòng)員的血漿,結(jié)果是:人類(lèi)本身具有的miR-16能夠檢測(cè)到,但沒(méi)有檢測(cè)到口服的三種植物miRNA(Snow 等,Ineffective delivery of diet-derived microRNAs to recipient animal organisms. RNA Biol. 10,2013)。
蜂蜜、蜜腺和花粉是蜜蜂的主要植物性食源,其中含有較高的MIR156a、MIR159a和MIR169a。在分析蜜蜂腸道時(shí),可以檢測(cè)到蜜蜂本身具有的miRNA let-7,但檢測(cè)不到植物來(lái)源的MIR159a和MIR169a,在每個(gè)細(xì)胞中只檢測(cè)到一個(gè)MIR156a(Snow 等,RNA Biol. 10,2013)。
用富含植物miRNA(MIR156a、MIR159a、MIR169a)的蔬菜或大豆以及含動(dòng)物酪蛋白或豬油的食品(含動(dòng)物miRNA,沒(méi)有植物miRNA)分別飼喂小鼠,然后檢測(cè)小鼠血漿。沒(méi)有檢測(cè)到植物性的MIR159a和MIR169a。MIR156a在一個(gè)細(xì)胞中最多檢測(cè)到1個(gè)(Snow 等,RNA Biol. 10,2013)。
Snow按照“張文”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),將未經(jīng)處理的富含MIR156a、MIR159a和MIR169a的鱷梨飼喂小鼠,可以檢測(cè)出動(dòng)物性的miR-16,除偶然檢測(cè)出極低量的MIR156a外,也沒(méi)有檢測(cè)出任何痕跡的植物MIR159a和MIR169a(Snow 等,RNA Biol. 10,2013)。
一些實(shí)驗(yàn)室給動(dòng)物飼喂不含有植物miRNA的飼料,竟然發(fā)現(xiàn)動(dòng)物體內(nèi)也有植物miRNA(Zhang Y等,Analysis of plant-derived miRNAs in animal small RNA datasets. BMC Genomics 13,2012)。
Witwer等用靈長(zhǎng)目動(dòng)物獼猴做了類(lèi)似的實(shí)驗(yàn),喂食富含植物miRNA、不含動(dòng)物miRNA的大豆和水果做成的奶昔類(lèi)似物(shake)。飼喂后1、4、12小時(shí)采集血漿,用一種新的特異的RNA純化試劑盒和定量反轉(zhuǎn)錄PCR方法檢測(cè)。植物性的miRNA(MIR160、MIR166、MIR167、MIR168和MIR172)都沒(méi)有檢測(cè)到。用靈敏度極高、可以檢測(cè)出非常低含量植物miRNA的微滴數(shù)字PCR(Droplet digital PCR)法,也沒(méi)有檢測(cè)到植物性的miRNA(Witwer K.W.等)。
以上實(shí)驗(yàn)的一致結(jié)論是:采用多種靈敏度極高的檢測(cè)技術(shù),對(duì)靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物,小鼠以及昆蟲(chóng)做的飼喂植物性miRNA的實(shí)驗(yàn),都沒(méi)有能證實(shí)“張文”的結(jié)果,所以有人很保守地說(shuō),這最多只是“一個(gè)實(shí)驗(yàn)室特殊技術(shù)或特殊實(shí)驗(yàn)條件下的結(jié)果”(reflect a lab-specific technical or experimental condition),而不是“一個(gè)普遍的生命現(xiàn)象”(a general biological phenomenon)。
2013年英國(guó)Newcastle大學(xué)的Dickinson用小鼠做重復(fù)實(shí)驗(yàn),得出結(jié)論認(rèn)為小鼠口服大米后,缺乏植物性小RNA進(jìn)入血漿和肝臟的證據(jù)(Lack of detectable oral bioavailability of plant microRNAs after feeding in mice. Nature Biotechnology 31(11),2013)。實(shí)驗(yàn)分以下處理:
表格的文字說(shuō)明見(jiàn)下:
處理1:人工合成飼料(高度純化,完全去除植物性成分),測(cè)血漿;
處理2:人工合成飼料, 測(cè)肝;
處理3:營(yíng)養(yǎng)平衡飼料(人工合成飼料加40%大米,含54 fmol/g水稻miR168a),測(cè)肝;
處理4:?jiǎn)挝勾竺罪暳希ù竺渍?5%,含水稻miRNA),測(cè)肝
飼喂小鼠1、3、7天后,取小鼠的血漿和肝臟做RNA測(cè)序,檢測(cè)結(jié)果顯示:
飼喂大米的處理,每100萬(wàn)個(gè)miRNA中僅檢測(cè)出4-16個(gè)類(lèi)似于水稻的小RNA。
只喂食合成飼料(沒(méi)有植物性miRNA)的處理中,也能檢測(cè)出類(lèi)似于水稻的miRNA,其含量與喂食大米飼料的小鼠差不多。
這些與水稻小RNA類(lèi)似的序列,經(jīng)鑒定與miR414相似,在水稻谷粒中檢測(cè)不到它,但在所有小鼠樣本中都能檢測(cè)到相似的量,不管飼喂什么樣的飼料。同時(shí),用定量PCR法檢測(cè)飼喂三種飼料的小鼠肝臟和血漿,也沒(méi)有檢測(cè)到水稻的miR168a。
Dickinson認(rèn)為,測(cè)出的與水稻小RNA類(lèi)似的序列,可能是測(cè)序錯(cuò)誤、即假象(artifact)或核酸交叉污染所引起。他列舉了三點(diǎn)理由說(shuō)明植物食品中的小RNA進(jìn)入動(dòng)物和人體血漿及肝臟缺乏證據(jù)。(1)Zhang Y.等 (BMC Genomics 13:381,2012)報(bào)告,經(jīng)普查大量的動(dòng)物小RNA公共數(shù)據(jù)庫(kù),沒(méi)有證據(jù)說(shuō)明有任何主要植物來(lái)源的小RNA在動(dòng)物樣本中積累;(2)口服RNA藥物因常常被消化降解很少能成功生效;(3)植物小RNA有長(zhǎng)期安全食用的歷史,沒(méi)有證據(jù)說(shuō)明小RNA被吸收并有生理功能。
Dickinson的重復(fù)實(shí)驗(yàn)中還測(cè)定了小鼠的低密度脂蛋白(LDL,low density lipoprotein),發(fā)現(xiàn)生食(未經(jīng)煮熟)75%大米的小鼠,3天和7天后血漿中的LDL顯著增加,但飼喂?fàn)I養(yǎng)平衡飼料(含40%大米和54 fmol/g水稻miR168a),小鼠的LDL則正常,沒(méi)有增加,盡管實(shí)驗(yàn)中加入的水稻小RNA比“張文”中用的量高22倍。故“張文”所說(shuō)的LDL增加,不是由于水稻中的小RNA(測(cè)不出)產(chǎn)生什么生物學(xué)效應(yīng),而是因?yàn)閮H僅生食大米、營(yíng)養(yǎng)不平衡造成,因?yàn)轱暳现械闹?、膽固醇和蛋白質(zhì)比嚙齒動(dòng)物的標(biāo)準(zhǔn)飼料要低。
張辰宇教授對(duì)Dickinson的報(bào)道做了回答(“Reply to Lack of detectable oral bioavailability of plant microRNAs after feeding in mice”)。有興趣的讀者可以去查閱,在此不再多做介紹。
今年5月,美國(guó)科學(xué)院舉辦了有關(guān)miRNA的專(zhuān)門(mén)論壇。論壇上認(rèn)可Dickinson的工作,引用了他的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),而且還作了進(jìn)一步的發(fā)揮。
2,植物miRNA在動(dòng)物體內(nèi)表現(xiàn)生理功能的可能性很小
由于國(guó)際上基本沒(méi)有實(shí)驗(yàn)室能夠在動(dòng)物和人類(lèi)的血液和組織中檢測(cè)到口服植物的miRNA,所以沒(méi)有人能去檢查植物miRNA在動(dòng)物體內(nèi)所表現(xiàn)出的生理功能。
在美國(guó)科學(xué)院的論壇上,哈佛醫(yī)學(xué)院的一位教授作了一個(gè)主題報(bào)告,下面摘取他報(bào)告的2張幻燈片。.
第一張幻燈片指出,即使動(dòng)物物體內(nèi)檢測(cè)出植物性miRNA,因其在食物中的含量太少,不足以行使miRNA的調(diào)節(jié)功能(下圖):
圖中明確指出,如果在動(dòng)物中確有口服植物miRNA的話(huà),要行使其生理功能,必須達(dá)到每個(gè)細(xì)胞中有100個(gè)拷貝的miRNA才有可能。要達(dá)到這個(gè)量,需要一次吃1670公斤哈密瓜。水稻上也已有人做過(guò)計(jì)算,需要一次吃33公斤大米才有可能(見(jiàn):Safety assessment of food and feed from biotechnology-derived crops employing RNA-mediated gene regulation to achieve desired traits: A scientific review. Regulatory Toxicology & Pharmacology 66:167–176,2013)。
第2張幻燈片是這位哈佛醫(yī)學(xué)院教授的結(jié)論:
以上只是簡(jiǎn)介最近的國(guó)際研究動(dòng)態(tài)和進(jìn)展,絕無(wú)對(duì)張辰宇教授不恭之處。
下面要特別說(shuō)一說(shuō)miRNA與轉(zhuǎn)基因作物的安全性問(wèn)題。
“張文”發(fā)表后,國(guó)內(nèi)的“反轉(zhuǎn)”集團(tuán)不久就掀起了一股聲勢(shì)浩大的反轉(zhuǎn)輿論,說(shuō)張教授的結(jié)果沖擊了轉(zhuǎn)基因作物及其食品的安全性。那么把miRNA與轉(zhuǎn)基因安全聯(lián)系起來(lái)是怎么來(lái)的呢?
現(xiàn)在查到的源頭文章是一個(gè)叫Ari LeVaux的記者發(fā)表在《大西洋》(The Atlantic )雜志上的一篇文章,題為“遺傳改良食品非常真實(shí)的危險(xiǎn)”(“The very real danger of genetically modified foods”)。 其中說(shuō):“ 中國(guó)南京大學(xué)的研究者發(fā)現(xiàn)吃了米飯后,水稻里的小片段核酸(RNA)到了人的血液和器官里,與人的肝臟細(xì)胞受體結(jié)合,影響肝臟從血液中吸取膽固醇?!蔽恼落秩緛?lái)自水稻的miRNA損害了小鼠的基因表達(dá)。
在美國(guó)科學(xué)院論壇上,很多行內(nèi)科學(xué)家和記者指出了《大西洋》雜志文章的許多謬誤,記者Ari LeVaux后來(lái)也撤回了他的一些論點(diǎn)。但一些人仍然把這篇文章作為“救命稻草”,反對(duì)轉(zhuǎn)基因,國(guó)內(nèi)反轉(zhuǎn)份子散布“miRNA沖擊轉(zhuǎn)基因安全性”的謠言也全都來(lái)自The Atlantic 雜志的這篇文章。
人類(lèi)吃稻米已有5000年以上的歷史,全世界50%以上的人口特別是亞洲以稻米為主糧,如果水稻里的miRNA對(duì)人有害的話(huà),試想今天會(huì)是什么樣的情景?農(nóng)作物、水果、蔬菜中歷來(lái)存在小RNA,并不是有了轉(zhuǎn)基因作物后才有小RNA。植物性食品的長(zhǎng)期安全食用歷史,說(shuō)明小RNA既與傳統(tǒng)非轉(zhuǎn)基因植物食品的安全性無(wú)關(guān),也與轉(zhuǎn)基因作物(GMO)食品的安全性無(wú)干,兩者之間扯不上任何關(guān)系。反過(guò)來(lái)說(shuō),如果“小RNA沖擊GMO食品的安全性”,那也一定會(huì)“沖擊傳統(tǒng)非GMO食品的安全性”。以上列舉的國(guó)際最新研究結(jié)果表明,動(dòng)物血液和器官中測(cè)不出植物的小RNA,它更不可能在動(dòng)物中行駛其調(diào)節(jié)基因表達(dá)的生理功能。這是很淺顯的道理和確鑿的事實(shí),顯然,反轉(zhuǎn)者的鼓噪和責(zé)難只能是夢(mèng)囈,在明眼人面前,各種謊言和謠言本來(lái)就不堪一擊。
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