2024年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎：微型RNA的發(fā)現與其潛在影響

2024年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎花落兩位科學家：維克多·安布羅斯（Victor Ambros）和加里·魯夫昆（Gary Ruvkun）。他們因發(fā)現了一種名為微型RNA即microRNA（簡稱miRNA）的微小遺傳物質及其在基因調控中的作用而獲此殊榮。

如果把人體細胞比作一座繁忙的工廠，那么微型RNA（miRNA）就像是工廠里的調控開關，雖然很?。▋H有21-23個核苷酸長度），卻能控制眾多重要的生產線。這個發(fā)現為生物學帶來了革命性的突破，也為我們理解和治療諸多疾病提供了全新視角。它不僅改變了我們對基因調控的認識，也為疾病治療帶來了新的希望。

1.什么是微型RNA--microRNA（miRNA）
微型RNA---microRNA（miRNA）可以被看作是一種精確的“分子剪刀”，它通過識別并結合特定的信使RNA（mRNA），來調節(jié)基因表達。為了更好理解其作用機制，我們可以把miRNA與其他類型的RNA一起討論。

1.1 RNA的基本類型

要理解微型RNA的工作方式，首先需要了解RNA的幾種主要類型：

Ⅰ.信使RNA（mRNA）：這是DNA中遺傳信息的“翻譯者”。mRNA從細胞核中的DNA獲取指令，然后將其攜帶到細胞質中的蛋白質合成工廠（核糖體），引導蛋白質的生成。

Ⅱ.核糖體RNA（rRNA）：這種RNA是核糖體的主要組成部分，負責幫助mRNA指揮蛋白質合成。

Ⅲ.轉運RNA（tRNA）：tRNA負責攜帶氨基酸到核糖體，根據mRNA的指令排列這些氨基酸，生成蛋白質。

Ⅳ.微型RNA（miRNA）：miRNA是一種功能性RNA，并不直接參與蛋白質的合成，但它在基因調控中起著關鍵作用。它的作用就像一把“分子剪刀”，通過與特定的mRNA結合，切斷或阻止mRNA被翻譯成蛋白質，從而影響蛋白質的產生。

1.2 miRNA的工作機制

miRNA主要通過以下兩種方式來調控基因表達：
A.結合并阻止翻譯：miRNA會與特定的mRNA結合，阻止核糖體識別mRNA，從而無法生成對應的蛋白質。這種方式類似于鎖住了“翻譯開關”，阻止基因的指令被執(zhí)行。

B.促使mRNA降解：另一種方式是miRNA誘導mRNA降解，破壞其穩(wěn)定性，直接消除該mRNA的存在。這種方式相當于切斷了傳遞遺傳指令的信使。

1.3 miRNA的生物學作用

通過控制mRNA的翻譯或降解，miRNA可以調節(jié)細胞內很多關鍵過程，例如：

細胞生長：miRNA調控細胞增殖的速度，確保組織和器官正常發(fā)育。

細胞分化：在細胞發(fā)育成特定類型（如神經細胞、肌肉細胞）時，miRNA會影響這些細胞的基因表達，確保它們完成特定的功能。

細胞死亡（凋亡）：細胞按計劃進行自我清除，是機體更新和修復的必然過程，miRNA在這一過程中扮演著重要角色，調控細胞是否應進入凋亡路徑。

1.4miRNA的廣泛存在

miRNA并不是人類獨有的，它在動物、植物，甚至病毒中都存在，這表明它們在生命進化中起到了重要的作用。其核心功能是對基因的表達進行“精密調控”，確保生物體的各個環(huán)節(jié)正常運行。通過這種方式，miRNA對于維持生命的復雜性和穩(wěn)定性至關重要。

從這個角度理解，miRNA不僅是細胞中的一種調控工具，還展示了自然界中基因表達調控的高度精確性。
miRNA是一類小型非編碼RNA，盡管它們只有21-23個核苷酸，卻在細胞中扮演著至關重要的調控角色。

現在我們探討一下miRNA的發(fā)現、其生物學意義以及與人類健康的關聯，尤其是它在飲食中的潛在作用：

一．microRNA的發(fā)現與生物學意義

microRNA的發(fā)現可以追溯到1993年，當時Ambros和Ruvkun及其團隊首次鑒定出了一種調控線蟲發(fā)育的miRNA分子lin-4。lin-4通過與靶mRNA結合，抑制其表達，進而調節(jié)了生物體的發(fā)育進程【1】。這一發(fā)現打破了我們對基因表達的傳統理解。此前，學界普遍認為，基因調控主要發(fā)生在轉錄層面，而Ambros和Ruvkun的研究表明，基因調控也可以在轉錄后層面通過miRNA實現【2】。

miRNA成熟后通常通過與特定的靶mRNA結合，抑制其翻譯或促進其降解。這個過程影響了許多基因的表達，從而調節(jié)了細胞的生長、分化、凋亡等一系列生物學過程【3】。miRNA的作用廣泛存在于動植物、甚至是病毒體內，這表明它們在進化中具有重要地位。

二．牛奶中的microRNA：跨物種調控的潛力

近年來，科學家開始研究食物中的miRNA，尤其是牛奶中所含的miRNA對人體基因表達的影響。牛奶，特別是牛奶和母乳，富含外泌體包裹的miRNA，這些miRNA能抵御胃腸道的分解，在被人體吸收后可能會對基因表達產生作用【4】。

研究發(fā)現，牛奶中的miR-21和miR-29b等miRNA可以調控與胰島素抵抗和代謝相關的基因【5】。例如，miR-29b抑制支鏈氨基酸代謝，從而激活mTORC1信號通路，這種信號通路在生長調節(jié)中起重要作用。對兒童來說，這一機制可能有助于促進正常的生長發(fā)育，而在成人中，過度激活mTORC1則可能增加肥胖和糖尿病的風險【6】。

同樣，miR-21是牛奶中濃度較高的miRNA之一，它在多種癌癥中被發(fā)現過度表達，并與癌細胞的增殖、轉移相關【7】。此外，miR-148a在牛奶和人類母乳中的序列相同，被認為能夠跨物種發(fā)揮作用。研究表明，它通過抑制DNA甲基轉移酶1（DNMT1），影響基因的表觀遺傳調控，這與代謝性疾病如糖尿病的發(fā)生有關【8】。

三．飲食中的microRNA：miRNA與mTORC1的關聯
牛奶中的miRNA是否對健康有長期影響，近年來引起了廣泛關注。特別是在發(fā)達國家，牛奶攝入量高，miRNA是否會對斷奶后的成人健康產生負面作用成為了研究的熱點。丹麥的一項研究表明，青春期男孩在攝入大量牛奶后，胰島素抵抗顯著增加，而以肉類為主的飲食則沒有類似效果【9】。這一現象可能與牛奶中的miRNA通過mTORC1通路促進細胞增殖有關。持續(xù)攝入富含miRNA的牛奶，可能增加肥胖、代謝綜合征以及糖尿病等疾病的風險【10】。

miRNA與mTORC1的關聯在學術界則引發(fā)了對其他健康問題的擔憂，如青春期發(fā)育加速、痤瘡以及過敏反應。在成人中，長期激活mTORC1可能會增加患癌風險，甚至與神經退行性疾病如阿爾茨海默病的發(fā)病機制有關【11】。

四．如何應對飲食中miRNA的影響？

牛奶中miRNA對健康的長期影響需進一步研究，但已有證據表明，過量的攝入牛奶可能對某些人群帶來健康隱患，尤其是代謝性疾病和免疫系統相關疾病方面。對于乳糖不耐癥患者或有肥胖、糖尿病風險的人群，適當減少牛奶攝入可能是明智的選擇。相反，嬰兒期的母乳喂養(yǎng)則依然是促進嬰兒健康發(fā)育的最佳途徑，因為母乳中的miRNA具有促進大腦發(fā)育和增強免疫系統的獨特作用【12】。

五．未來展望：miRNA在營養(yǎng)學和健康中的應用
隨著科學家對miRNA研究的深入，我們將也進一步了解這些分子在食物、營養(yǎng)和健康中的作用并避免擔憂。未來的研究可能揭示出miRNA如何通過飲食影響基因表達，甚至可能為個性化營養(yǎng)和精準醫(yī)學提供新的思路。例如，針對特定人群的飲食建議，或許可以根據食物中的miRNA含量及其對基因調控的潛在影響進行優(yōu)化。

與此同時，也有必要通過更多臨床研究驗證牛奶中miRNA的長期健康效應。雖然當前的研究僅僅揭示了牛奶中miRNA的可能影響基因表達的機制，但這些結果是否適用于全球不同的飲食文化和生活方式，亦需要進一步驗證。

最后

2024年諾貝爾醫(yī)學獎的頒發(fā)肯定了微型RNA--microRNA的發(fā)現及其在基因調控中的重要性，也標志著我們對生物學復雜性和多樣性的理解進入了新的階段。miRNA作為基因調控的關鍵分子，不僅在疾病的發(fā)生中扮演重要角色，還通過飲食潛移默化地影響著我們的健康。這提醒我們，在享受美味的同時，也應注意各種食物對健康的潛在影響。未來，隨著研究的深入，我們有望揭示更多飲食與基因調控的交叉機制，也會為優(yōu)化健康提供新的科學依據。

參考文獻：
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https:// www.nobelprize.org/prizes/medicine/2024/press-release/

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【12】Freiría-Martínez L, Iglesias-Martínez-Almeida M, Rodríguez-Jamardo C, et al. (2023). Human Breast Milk microRNAs, Potential Players in the Regulation of Nervous System. Nutrients. 15(15):3284. DOI: 10.3390/nu15143284.