前言：MicroRNA (miRNA) 是一類內(nèi)生的、長度約為20-24個核苷酸的小RNA，在細胞內(nèi)具有多種重要的調(diào)節(jié)作用。miRNA在不同的物種間高度保守，近年來陸續(xù)有研究認(rèn)為miRNA可以跨物種調(diào)控基因表達。
2018年1月3日，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究團隊在Nature雜志上在線發(fā)表了題為“MicroRNAs from the parasitic plant Cuscuta campestris target host messenger RNAs”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)菟絲子的miRNA能夠跨物種靶向寄主mRNA從而調(diào)控其基因表達，表明這些miRNA具有作為致病因子的功能，在菟絲子寄生過程中起作用。
Nature的這篇文章miRNA跨物種調(diào)控的研究讓我們不由得想到2012年南京大學(xué)生命科學(xué)院張辰宇教授的一篇“令人驚訝”的文章：Exogenous plant MIR168a specifically targets mammalian LDLRAP1: evidence of cross-kingdom regulation by microRNA。該研究發(fā)現(xiàn)食物中的外源植物miRNA可以調(diào)控哺乳動物靶基因的表達。
注：Nature的這項研究和張教授的研究還是有所區(qū)別，菟絲子是寄生植物，和寄主植物直接相連。與動物通過消化吸收獲取植物miRNA還是有所不同。
張教授的這篇文章發(fā)表過程也是非常曲折，先后被Nature、Science拒稿，最后發(fā)表在Cell Research，截止到現(xiàn)在谷歌學(xué)術(shù)顯示該文章引用量高達642。
2015年，張辰宇教授再次在Cell Research發(fā)表研究文章：Honeysuckle-encoded atypical microRNA2911 directly targets influenza A viruses。該研究認(rèn)為金銀花中的MIR2911可以被小鼠吸收，并直接靶向甲流病毒，從而抑制病毒復(fù)制。
2017年8月，張辰宇教授作為共同通訊作者在 PLOS Genetics發(fā)表研究文章：Plant microRNAs in larval food regulate honeybee caste development。蜂糧里的植物miRNA通過抑制蜜蜂幼蜂的卵巢和整體的生長發(fā)育，使之成為工蜂。這與之前認(rèn)為蜂王漿中含有特殊物質(zhì)讓幼蜂發(fā)育成蜂王的認(rèn)識恰好相反。
之前，張教授團隊發(fā)現(xiàn)miRNA可在人類和動物的血清和血漿中穩(wěn)定存在。最近的研究表明來自人血漿的微泡（MV）是微粒、外泌體和其他囊泡結(jié)構(gòu)的混合物，并且人血漿中許多類型的MV含有miRNA。進一步研究表明，miRNAs可以選擇性地包裹進MV中，并主動遞送到受體細胞中，外源miRNA可以調(diào)節(jié)靶基因表達和受體細胞功能。
人和動物的血清和血漿中有外源植物miRNA，在血清和血漿中檢測到的植物miRNA的一半以上存在于MV中。進一步的體外和體內(nèi)分析首次證實，食物來源的外源植物MIR168a可以通過小鼠胃腸途徑并進入循環(huán)和各種器官，特別是在肝臟中跨物種調(diào)節(jié)小鼠LDLRAP1蛋白表達。
植物miRNA存在于人和動物血清和器官中
通過調(diào)查人血清中全部miRNA表達譜，發(fā)現(xiàn)外源植物miRNA在中國健康男性和女性的血清中一直存在。其中MIR156a和MIR168a顯示出相當(dāng)程度的表達。測試的植物miRNA明顯存在于人、小鼠和小牛的血清中，與已知穩(wěn)定存在于動物血清中的內(nèi)源miRNA相比，這些植物miRNA相對較低，但濃度范圍相似。
食物中的外源成熟植物miRNA可通過小鼠胃腸道進入血清和器官
植物MIR168a和MIR156a在各種植物中較為富集，包括水稻和十字花科植物，而水稻是中國主要的食物，人和動物血清和組織中的植物miRNA主要通過食物攝取。通過模擬胃腸道的酸性環(huán)境，發(fā)現(xiàn)酸性環(huán)境并沒有顯著影響miRNA的產(chǎn)量和質(zhì)量，大多數(shù)植物miRNA和哺乳動物miRNA在酸性條件下至少能存在6小時。
植物MIR168a與哺乳動物LDLRAP1的外顯子4結(jié)合并在體外降低其蛋白表達
生物信息學(xué)分析預(yù)測植物MIR168a可以靶向大約50個哺乳動物基因。預(yù)測的結(jié)合位點在各種物種中最高度保守的序列位于低密度脂蛋白受體銜接蛋白1（LDLRAP1）的外顯子4。
在人類和動物的血清和組織中未檢測到植物pri-miRNA或植物pre-miRNA，而且單鏈成熟MIR168a很可能是動物通過胃腸道吸收的形式。通過用等量的單鏈成熟植物MIR168a轉(zhuǎn)染HepG2細胞后，HepG2細胞中成熟MIR168a水平提高了約10000倍，并觀察到伴隨LDLRAP1的減少。證明單鏈成熟植物MIR168a可以在體外結(jié)合并降低LDLRAP1的表達。
包裹植物成熟MIR168a的微泡可以降低哺乳動物細胞中的LDLRAP1蛋白水平
小腸的上皮細胞吸收植物miRNA，然后將其包裹到微泡，并將其釋放到循環(huán)系統(tǒng)中，進而外源植物miRNA傳遞給其他器官的靶細胞，并調(diào)節(jié)受體細胞的功能。
大米喂養(yǎng)誘導(dǎo)小鼠肝臟LDLRAP1蛋白質(zhì)減少的現(xiàn)象，在抗MIR168a ASO喂食6小后得到逆轉(zhuǎn)
為了確定MIR168a對LDLRAP1的抑制作用的特異性，排除其他干擾，在大米喂食期間將抗MIR168a反義寡核苷酸（ASO）靜脈內(nèi)注射到小鼠體內(nèi)。 抗MIR168a ASO的注射不僅顯著降低了新鮮稻米喂養(yǎng)小鼠肝臟中的MIR168a水平，而且顯著逆轉(zhuǎn)了由新鮮稻米衍生的MIR168a引起的小鼠肝臟LDLRAP1的降低。這些結(jié)果表明，外源植物miRNA能夠通過食物攝取進入哺乳動物的血清和器官，并且植物MIR168a可以結(jié)合位于哺乳動物L(fēng)DLRAP1的外顯子4中的核苷酸序列，抑制體內(nèi)LDLRAP1的表達。
外源MIR168a抑制小鼠肝臟LDLRAP1表達，并在食物攝取后3天升高血漿LDL-膽固醇水平
LDL是人血漿中主要的攜帶膽固醇的脂蛋白，在動脈粥樣硬化的發(fā)病機制中起著至關(guān)重要的作用。LDLRAP1的下調(diào)會降低肝細胞內(nèi)LDL的含量，并損害血漿中LDL的去除。
新鮮大米喂食后，小鼠體內(nèi)的植物MIR168a含量明顯上升，LDLRAP1表達了隨之顯著下降，3天后，血漿中LDL-膽固醇水平顯著上升。
整篇文章數(shù)據(jù)詳實，思路清晰嚴(yán)謹(jǐn)，但研究結(jié)果受到了部分質(zhì)疑，BioWorld特邀請南京大學(xué)生命科學(xué)院張博士針對主要幾個疑問進行了解答。
1、miRNA并不很穩(wěn)定，如何通過胃部惡劣的環(huán)境并被吸收后運輸?shù)桨屑毎徒M織？
miRNA在胃中可以相對穩(wěn)定存在，在文章中也有對應(yīng)的描述（體外模擬胃中的酸性環(huán)境），張教授課題組正在研究miRNA被吸收和轉(zhuǎn)運的途徑，目前已取得良好進展。
2、如何區(qū)分植物來源的miRNAs和動物自身的miRNAs？
首先是序列，目前已知動植物沒有重合的miRNA序列，同時排除哺乳動物基因組的影響，其次是植物相比于動物來說miRNA是甲基化的，可以通過是否甲基化來確認(rèn)miRNA來源。
3、被吸收的miRNA量是否足夠在動物體內(nèi)行使調(diào)節(jié)作用？
公認(rèn)的miRNA在細胞中的reads數(shù)大于100才相對在細胞中形式功能，經(jīng)過換算驗證，miR169a的含量已經(jīng)超過這一數(shù)值。
4、是否有權(quán)威性研究證實植物miRNA對包括人在內(nèi)的哺乳動物的調(diào)控作用？
相關(guān)的研究支持越來越多，最直接的一個支持是來自美國City of Hope國家醫(yī)療中心的Emily Wang于2016年發(fā)表在Cell Research的文章Cross-kingdom inhibition of breast cancer growth by plant miR159，證實植物miR159抑制乳腺癌的發(fā)展。
榮州中獸藥專題
