吃下肚的植物会改变我们身体?
一直以来,我们都知道,食物吃到肚子里,最后能吸收的大体只有水分、无机盐、维生素、葡萄糖、脂肪酸、甘油、氨基酸等基础营养物质。可是最近的一项研究却颠覆常识:科学家竟然在人的血液中检测到了十余种非常微量的、来自于植物的微核糖核酸(microRNA, miRNA),而更令人惊奇的是,通过一系列间接实验,科学家推测其中一种miRNA竟然有可能对人体的基因表达产生影响!
这是第一次有研究证明植物的miRNA可以通过膳食途径进入动物体内,且保持活性;这也是第一次通过实验证明,特定的植物miRNA在足够大量的情况下可以对动物起到特定的作用。这项研究由南京大学生命科学学院张辰宇教授领导,论文发表在国内顶尖科学期刊《细胞研究》(Cell Research)上。
miRNA非常皮实,不怕煮
虽然是第一次在动物体内检测到来自植物的miRNA,不过鉴于这十余种都非常微量,其中含量最高的也仅仅只占人体自身miRNA的3%而已,所以科学家们普遍对这一发现保持淡定——毕竟植物miRNA本身就是一种非常皮实的小分子,历经高温依然保持“有生力量”对它并非难事。
为什么植物中的miRNA这么皮实呢,因为一来它非常小,miRNA是一种仅由19-24个核苷酸组成的短链核糖核酸,与动辄数千个核苷酸组成的信使核糖核酸(messengerRNA, mRNA)相比,它实在很小;另一方面,它的结构非常牢固,因为在植物中,miRNA会被进行甲基化修饰,即在其两端加上甲基,把它“加固”,即使高温把植物煮熟,它也依然能存活下去。
大剂量miRNA能跨物种起作用
如果发现动物体内存在植物的miRNA不稀奇,那么发现植物的miRNA还能在动物体内发挥调节作用就厉害了,尽管目前的实验只是间接推论出这一点。
首先我们需要明白miRNA是如何工作的。miRNA不参与蛋白质编码,所以它本身不包含有遗传性信息,只是调控基因的表达。它的工作方式是找到与之序列互补的mRNA,结合上去,使它沉默,也就是让它无法发挥本来的功能。
一般来说,动物与植物中的miRNA系统是不兼容的。但为了考察他们在人体中发现的那些miRNA是否具有功能,张辰宇小组先后使用动物细胞和小鼠进行了实验。研究者给小鼠注射大量的miR168a(他们发现的十余种miRNA之一),发现小鼠的低密度脂蛋白受体结合蛋白(Low Density Lipoprotein Receptor Adapter Protein 1,LDLRAP1)受到了调控,影响了胆固醇的代谢过程。然而,在植物中,同样的这个miR168a调节的却是植物的生长发育过程——也就是说,它对动物起到的作用和它在植物中的本职工作是完全不同的。miR168a在稻米、小麦、玉米、土豆、高粱、番茄、葡萄、甘蔗等植物中广泛存在。
不过这个结论是否表明了“吃素会影响人体的胆固醇代谢”呢?目前还不能这么说。首先,这个结论是通过给小鼠注射大量miRNA检测到的,注射量超出正常饮食摄入量数千倍,一个人再怎么暴饮暴食也无法达到这个数量。其次,在动物体内,miRNA对mRNA的抑制遵循一种阈值效应,即miRNA的浓度在某一阈值以下的时候,只能对mRNA的表达起到微调作用,只有浓度足够高才能彻底使mRNA停止表达。而张辰宇小组检测到的miRNA最多只占人体自身miRNA的3%,如此微量,究竟能对人体起什么作用还有待商榷。最后,研究者只是检测了摄入食物后6个小时动物体内还有活性miRNA存在,但它到底能存活多久,是否能累积,累积后对人体细胞能产生什么影响,还没有直接的实验证明。
关于这项研究的2个误解
吃什么补什么?
中国老话“吃什么补什么”通常意味着“吃动物的肝脏有益于人的肝脏,吃动物的脑子有益于人的脑子”,依此类推,难道现在可以说吃植物的miRNA有益于人的miRNA吗?这逻辑显然是说不通的。
而且,在实验中,张辰宇小组对小鼠注射了大量的miRNA才观察到调节作用,远超过饮食所能摄入剂量,由这样的极端情况显然不足以推测日常进食会对人体带来什么影响。
转基因不可靠?
因为实验所使用的miR168a在水稻及多种粮食作物中都存在,所以有人提出食用转基因作物会使人受到这种miRNA的影响。但实际上,miR168a并不是转基因的产物,它在植物中天然存在,所以,从miRNA的角度来看,普通大米与转基因大米是完全一样的,换句话说,转基因技术和植物本身的miRNA毫无关系。
那么作物会不会因为转基因而产生新的miRNA呢?基本没有可能。一方面,目前转基因农作物转进去的片段只会表达成mRNA ,并不会产生miRNA 。另一方面,miRNA的形成条件颇为苛刻,需要形成一系列复杂的前体。与miRNA不同,这些前体的个头都不小,往往由几百个到上千个脱氧核糖核苷酸组成,因此在设计转基因植物的时候很容易被发现。又因为它对转基因作物没有帮助,所以没有人会保留这个结构。
值得注意的是,转基因作物的最新技术中有一类就是转miRNA的,但是因为miRNA在动物中的靶标可以通过计算被大致预测出来,所以防患于未然也是很容易做到的。
总之,通过这项研究,张辰宇小组提供了一种跨物种传递信息的可能性,未来可能有助于基因治疗的进步、发展。但过分演绎现有的研究结论,甚至为此产生恐慌,是毫无必要的。
作者的话:
虽然张辰宇小组目前只是在实验条件下从细胞和小鼠做出上述结论,还不能证明miR168a真的会对人体LDLRAP1产生影响,但是,如果未来的研究能够证明这一点的话,那么我猜想,其中的作用机制可能是这样的:即LDLRAP1与miR168a的相互作用是人、小鼠等杂食动物演化出来的对摄入食物种类的反馈调节机制,当他们在体内检测到更多植物来源的miRNA之后,会降低自己体内的胆固醇代谢速率,因为植物中并不含有胆固醇,没有必要把有限的能量浪费在上面。