2024年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)：微型RNA的發(fā)現(xiàn)與其潛在影響

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

如果把人體細(xì)胞比作一座繁忙的工廠，那么微型RNA（miRNA）就像是工廠里的調(diào)控開關(guān)，雖然很?。▋H有21-23個(gè)核苷酸長度），卻能控制眾多重要的生產(chǎn)線。這個(gè)發(fā)現(xiàn)為生物學(xué)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(diào)控的認(rèn)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(jié)合特定的信使RNA（mRNA），來調(diào)節(jié)基因表達(dá)。為了更好理解其作用機(jī)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(xì)胞核中的DNA獲取指令，然后將其攜帶到細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)合成工廠（核糖體），引導(dǎo)蛋白質(zhì)的生成。

Ⅱ.核糖體RNA（rRNA）：這種RNA是核糖體的主要組成部分，負(fù)責(zé)幫助mRNA指揮蛋白質(zhì)合成。

Ⅲ.轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）：tRNA負(fù)責(zé)攜帶氨基酸到核糖體，根據(jù)mRNA的指令排列這些氨基酸，生成蛋白質(zhì)。

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

1.2 miRNA的工作機(jī)制

miRNA主要通過以下兩種方式來調(diào)控基因表達(dá)：
A.結(jié)合并阻止翻譯：miRNA會(huì)與特定的mRNA結(jié)合，阻止核糖體識別mRNA，從而無法生成對應(yīng)的蛋白質(zhì)。這種方式類似于鎖住了“翻譯開關(guān)”，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(dǎo)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(dāng)于切斷了傳遞遺傳指令的信使。

1.3 miRNA的生物學(xué)作用

通過控制mRNA的翻譯或降解，miRNA可以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)很多關(guān)鍵過程，例如：

細(xì)胞生長：miRNA調(diào)控細(xì)胞增殖的速度，確保組織和器官正常發(fā)育。

細(xì)胞分化：在細(xì)胞發(fā)育成特定類型（如神經(jīng)細(xì)胞、肌肉細(xì)胞）時(shí)，miRNA會(huì)影響這些細(xì)胞的基因表達(dá)，確保它們完成特定的功能。

細(xì)胞死亡（凋亡）：細(xì)胞按計(jì)劃進(jìn)行自我清除，是機(jī)體更新和修復(fù)的必然過程，miRNA在這一過程中扮演著重要角色，調(diào)控細(xì)胞是否應(yīng)進(jìn)入凋亡路徑。

1.4miRNA的廣泛存在

miRNA并不是人類獨(dú)有的，它在動(dòng)物、植物，甚至病毒中都存在，這表明它們在生命進(jìn)化中起到了重要的作用。其核心功能是對基因的表達(dá)進(jìn)行“精密調(diào)控”，確保生物體的各個(gè)環(huán)節(jié)正常運(yùn)行。通過這種方式，miRNA對于維持生命的復(fù)雜性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

從這個(gè)角度理解，miRNA不僅是細(xì)胞中的一種調(diào)控工具，還展示了自然界中基因表達(dá)調(diào)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(gè)核苷酸，卻在細(xì)胞中扮演著至關(guān)重要的調(diào)控角色。

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

一．microRNA的發(fā)現(xiàn)與生物學(xué)意義

microRNA的發(fā)現(xiàn)可以追溯到1993年，當(dāng)時(shí)Ambros和Ruvkun及其團(tuán)隊(duì)首次鑒定出了一種調(diào)控線蟲發(fā)育的miRNA分子lin-4。lin-4通過與靶mRNA結(jié)合，抑制其表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)了生物體的發(fā)育進(jìn)程【1】。這一發(fā)現(xiàn)打破了我們對基因表達(dá)的傳統(tǒng)理解。此前，學(xué)界普遍認(rèn)為，基因調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄層面，而Ambros和Ruvkun的研究表明，基因調(diào)控也可以在轉(zhuǎn)錄后層面通過miRNA實(shí)現(xiàn)【2】。

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

二．牛奶中的microRNA：跨物種調(diào)控的潛力

近年來，科學(xué)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(dá)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(huì)對基因表達(dá)產(chǎn)生作用【4】。

研究發(fā)現(xiàn)，牛奶中的miR-21和miR-29b等miRNA可以調(diào)控與胰島素抵抗和代謝相關(guān)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(diào)節(jié)中起重要作用。對兒童來說，這一機(jī)制可能有助于促進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)【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(xiàn)過度表達(dá)，并與癌細(xì)胞的增殖、轉(zhuǎn)移相關(guān)【7】。此外，miR-148a在牛奶和人類母乳中的序列相同，被認(rèn)為能夠跨物種發(fā)揮作用。研究表明，它通過抑制DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1（DNMT1），影響基因的表觀遺傳調(diào)控，這與代謝性疾病如糖尿病的發(fā)生有關(guān)【8】。

三．飲食中的microRNA：miRNA與mTORC1的關(guān)聯(lián)
牛奶中的miRNA是否對健康有長期影響，近年來引起了廣泛關(guān)注。特別是在發(fā)達(dá)國家，牛奶攝入量高，miRNA是否會(huì)對斷奶后的成人健康產(chǎn)生負(fù)面作用成為了研究的熱點(diǎn)。丹麥的一項(xiàng)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(xiàn)象可能與牛奶中的miRNA通過mTORC1通路促進(jìn)細(xì)胞增殖有關(guān)。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(fēng)險(xiǎn)【10】。

miRNA與mTORC1的關(guān)聯(lián)在學(xué)術(shù)界則引發(fā)了對其他健康問題的擔(dān)憂，如青春期發(fā)育加速、痤瘡以及過敏反應(yīng)。在成人中，長期激活mTORC1可能會(huì)增加患癌風(fēng)險(xiǎn)，甚至與神經(jīng)退行性疾病如阿爾茨海默病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)【11】。

四．如何應(yīng)對飲食中miRNA的影響？

牛奶中miRNA對健康的長期影響需進(jìn)一步研究，但已有證據(jù)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(tǒng)相關(guān)疾病方面。對于乳糖不耐癥患者或有肥胖、糖尿病風(fēng)險(xiǎn)的人群，適當(dāng)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(jìn)嬰兒健康發(fā)育的最佳途徑，因?yàn)槟溉橹械膍iRNA具有促進(jìn)大腦發(fā)育和增強(qiáng)免疫系統(tǒng)的獨(dú)特作用【12】。

五．未來展望：miRNA在營養(yǎng)學(xué)和健康中的應(yīng)用
隨著科學(xué)家對miRNA研究的深入，我們將也進(jìn)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(dān)憂。未來的研究可能揭示出miRNA如何通過飲食影響基因表達(dá)，甚至可能為個(gè)性化營養(yǎng)和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)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(jù)食物中的miRNA含量及其對基因調(diào)控的潛在影響進(jìn)行優(yōu)化。

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

最后

2024年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的頒發(fā)肯定了微型RNA--microRNA的發(fā)現(xiàn)及其在基因調(diào)控中的重要性，也標(biāo)志著我們對生物學(xué)復(fù)雜性和多樣性的理解進(jìn)入了新的階段。miRNA作為基因調(diào)控的關(guān)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(shí)，也應(yīng)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(diào)控的交叉機(jī)制，也會(huì)為優(yōu)化健康提供新的科學(xué)依據(jù)。

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

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