2024年的诺贝尔生理学或医学奖花落两位科学家：维克多·安布罗斯（Victor Ambros）和加里·鲁夫昆（Gary Ruvkun）。他们因发现了一种名为微型RNA即microRNA（简称miRNA）的微小遗传物质及其在基因调控中的作用而获此殊荣。
如果把人体细胞比作一座繁忙的工厂，那么微型RNA（miRNA）就像是工厂里的调控开关，虽然很小（仅有21-23个核苷酸长度），却能控制众多重要的生产线。这个发现为生物学带来了革命性的突破，也为我们理解和治疗诸多疾病提供了全新视角。它不仅改变了我们对基因调控的认识，也为疾病治疗带来了新的希望。
1.什么是微型RNA--microRNA（miRNA）
微型RNA---microRNA（miRNA）可以被看作是一种精确的“分子剪刀”，它通过识别并结合特定的信使RNA（mRNA），来调节基因表达。为了更好理解其作用机制，我们可以把miRNA与其他类型的RNA一起讨论。
1.1 RNA的基本类型
要理解微型RNA的工作方式，首先需要了解RNA的几种主要类型：
Ⅰ.信使RNA（mRNA）：这是DNA中遗传信息的“翻译者”。mRNA从细胞核中的DNA获取指令，然后将其携带到细胞质中的蛋白质合成工厂（核糖体），引导蛋白质的生成。
Ⅱ.核糖体RNA（rRNA）：这种RNA是核糖体的主要组成部分，负责帮助mRNA指挥蛋白质合成。
Ⅲ.转运RNA（tRNA）：tRNA负责携带氨基酸到核糖体，根据mRNA的指令排列这些氨基酸，生成蛋白质。
Ⅳ.微型RNA（miRNA）：miRNA是一种功能性RNA，并不直接参与蛋白质的合成，但它在基因调控中起着关键作用。它的作用就像一把“分子剪刀”，通过与特定的mRNA结合，切断或阻止mRNA被翻译成蛋白质，从而影响蛋白质的产生。
1.2 miRNA的工作机制
miRNA主要通过以下两种方式来调控基因表达：
A.结合并阻止翻译：miRNA会与特定的mRNA结合，阻止核糖体识别mRNA，从而无法生成对应的蛋白质。这种方式类似于锁住了“翻译开关”，阻止基因的指令被执行。
B.促使mRNA降解：另一种方式是miRNA诱导mRNA降解，破坏其稳定性，直接消除该mRNA的存在。这种方式相当于切断了传递遗传指令的信使。
1.3 miRNA的生物学作用
通过控制mRNA的翻译或降解，miRNA可以调节细胞内很多关键过程，例如：
细胞生长：miRNA调控细胞增殖的速度，确保组织和器官正常发育。
细胞分化：在细胞发育成特定类型（如神经细胞、肌肉细胞）时，miRNA会影响这些细胞的基因表达，确保它们完成特定的功能。
细胞死亡（凋亡）：细胞按计划进行自我清除，是机体更新和修复的必然过程，miRNA在这一过程中扮演着重要角色，调控细胞是否应进入凋亡路径。
1.4miRNA的广泛存在
miRNA并不是人类独有的，它在动物、植物，甚至病毒中都存在，这表明它们在生命进化中起到了重要的作用。其核心功能是对基因的表达进行“精密调控”，确保生物体的各个环节正常运行。通过这种方式，miRNA对于维持生命的复杂性和稳定性至关重要。
从这个角度理解，miRNA不仅是细胞中的一种调控工具，还展示了自然界中基因表达调控的高度精确性。
miRNA是一类小型非编码RNA，尽管它们只有21-23个核苷酸，却在细胞中扮演着至关重要的调控角色。
现在我们探讨一下miRNA的发现、其生物学意义以及与人类健康的关联，尤其是它在饮食中的潜在作用：
一．microRNA的发现与生物学意义
microRNA的发现可以追溯到1993年，当时Ambros和Ruvkun及其团队首次鉴定出了一种调控线虫发育的miRNA分子lin-4。lin-4通过与靶mRNA结合，抑制其表达，进而调节了生物体的发育进程【1】。这一发现打破了我们对基因表达的传统理解。此前，学界普遍认为，基因调控主要发生在转录层面，而Ambros和Ruvkun的研究表明，基因调控也可以在转录后层面通过miRNA实现【2】。
miRNA成熟后通常通过与特定的靶mRNA结合，抑制其翻译或促进其降解。这个过程影响了许多基因的表达，从而调节了细胞的生长、分化、凋亡等一系列生物学过程【3】。miRNA的作用广泛存在于动植物、甚至是病毒体内，这表明它们在进化中具有重要地位。
二．牛奶中的microRNA：跨物种调控的潜力
近年来，科学家开始研究食物中的miRNA，尤其是牛奶中所含的miRNA对人体基因表达的影响。牛奶，特别是牛奶和母乳，富含外泌体包裹的miRNA，这些miRNA能抵御胃肠道的分解，在被人体吸收后可能会对基因表达产生作用【4】。
研究发现，牛奶中的miR-21和miR-29b等miRNA可以调控与胰岛素抵抗和代谢相关的基因【5】。例如，miR-29b抑制支链氨基酸代谢，从而激活mTORC1信号通路，这种信号通路在生长调节中起重要作用。对儿童来说，这一机制可能有助于促进正常的生长发育，而在成人中，过度激活mTORC1则可能增加肥胖和糖尿病的风险【6】。
同样，miR-21是牛奶中浓度较高的miRNA之一，它在多种癌症中被发现过度表达，并与癌细胞的增殖、转移相关【7】。此外，miR-148a在牛奶和人类母乳中的序列相同，被认为能够跨物种发挥作用。研究表明，它通过抑制DNA甲基转移酶1（DNMT1），影响基因的表观遗传调控，这与代谢性疾病如糖尿病的发生有关【8】。
三．饮食中的microRNA：miRNA与mTORC1的关联
牛奶中的miRNA是否对健康有长期影响，近年来引起了广泛关注。特别是在发达国家，牛奶摄入量高，miRNA是否会对断奶后的成人健康产生负面作用成为了研究的热点。丹麦的一项研究表明，青春期男孩在摄入大量牛奶后，胰岛素抵抗显著增加，而以肉类为主的饮食则没有类似效果【9】。这一现象可能与牛奶中的miRNA通过mTORC1通路促进细胞增殖有关。持续摄入富含miRNA的牛奶，可能增加肥胖、代谢综合征以及糖尿病等疾病的风险【10】。
miRNA与mTORC1的关联在学术界则引发了对其他健康问题的担忧，如青春期发育加速、痤疮以及过敏反应。在成人中，长期激活mTORC1可能会增加患癌风险，甚至与神经退行性疾病如阿尔茨海默病的发病机制有关【11】。
四．如何应对饮食中miRNA的影响？
牛奶中miRNA对健康的长期影响需进一步研究，但已有证据表明，过量的摄入牛奶可能对某些人群带来健康隐患，尤其是代谢性疾病和免疫系统相关疾病方面。对于乳糖不耐症患者或有肥胖、糖尿病风险的人群，适当减少牛奶摄入可能是明智的选择。相反，婴儿期的母乳喂养则依然是促进婴儿健康发育的最佳途径，因为母乳中的miRNA具有促进大脑发育和增强免疫系统的独特作用【12】。
五．未来展望：miRNA在营养学和健康中的应用
随着科学家对miRNA研究的深入，我们将也进一步了解这些分子在食物、营养和健康中的作用并避免担忧。未来的研究可能揭示出miRNA如何通过饮食影响基因表达，甚至可能为个性化营养和精准医学提供新的思路。例如，针对特定人群的饮食建议，或许可以根据食物中的miRNA含量及其对基因调控的潜在影响进行优化。
与此同时，也有必要通过更多临床研究验证牛奶中miRNA的长期健康效应。虽然当前的研究仅仅揭示了牛奶中miRNA的可能影响基因表达的机制，但这些结果是否适用于全球不同的饮食文化和生活方式，亦需要进一步验证。
最后
2024年诺贝尔医学奖的颁发肯定了微型RNA--microRNA的发现及其在基因调控中的重要性，也标志着我们对生物学复杂性和多样性的理解进入了新的阶段。miRNA作为基因调控的关键分子，不仅在疾病的发生中扮演重要角色，还通过饮食潜移默化地影响着我们的健康。这提醒我们，在享受美味的同时，也应注意各种食物对健康的潜在影响。未来，随着研究的深入，我们有望揭示更多饮食与基因调控的交叉机制，也会为优化健康提供新的科学依据。
参考文献：
【1】Nobel Prize. (2024). Nobel Prize in Physiology or Medicine 2024 Press Release.
https:// www.nobelprize.org/prizes/medicine/2024/press-release/
【2】Baier SR, Nguyen C, Xie F, Wood JR, Zempleni J. (2014). MicroRNAs are absorbed in biologically meaningful amounts from nutritionally relevant doses of cow milk and affect gene expression. J Nutr. 144(10):1495-500.
【3】Bartel DP. (2004). MicroRNAs: genomics, biogenesis, mechanism, and function. Cell. 116(2):281-297.
【4】Wang L, Sadri M, Giraud D, Zempleni J. (2018). RNase H2-dependent PCR strengthens evidence that microRNAs in bovine milk are bioavailable in humans. J Nutr. 148(1):153-159.
【5】Chen X, et al. (2010). Identification of microRNAs in raw milk. Cell Res. 20(10):1128-1137.
【6】Melnik BC, John SM, Schmitz G. (2013). Milk: an epigenetic amplifier of FTO-mediated transcription? Implications for Western diseases. J Transl Med. 11:300.
【7】Krichevsky AM, Gabriely G. (2009). miR-21: A small multi-faceted RNA. J Cell Mol Med. 13(1):39-53.
【8】Słyk-Gulewska P, Kondracka A, Kwaśniewska A. (2023). MicroRNA as a new bioactive component in breast milk. Noncoding RNA Res. 8(4):520-526.
【9】Hoppe C, Mølgaard C, Vaag A, Barkholt V, Michaelsen KF. (2005). High intakes of milk increase insulin resistance in boys. Eur J Clin Nutr. 59(3):393-8.
【10】Freiría-Martínez L, et al. (2023). Human breast milk microRNAs and nervous system regulation. Nutrients. 15(4):1045.
【11】Melnik BC. (2021). Lifetime impact of cow's milk on overactivation of mTORC1: From fetal to old age. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 61(10):742-755. DOI: 10.1080/10408398.2020.1733443.
【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.
