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乘风牧云

木虫 (职业作家)

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[交流] 《读懂天然产物系列》-21-无用之用，方为大用？已有1人参与

文献：1.特异性针对哺乳动物LDLRAP1的外源植物MIR168a：miRNA跨界调控的证据
         2.忍冬编码的非典型miRNA2911直接作用于甲型流感病毒

前言：
   科学发展的道路上总是充满了曲折和变化。我们最初学习天然产物的时候，教材上都告诉我们说我们研究的重点是植物代谢产生的“次生代谢产物”，像多糖，多肽，蛋白类一般是植物自身组织，常常没有什么活性，因此不是研究的重点，但是随着时代的发展和技术的进步，越来越多的“初生代谢产物”也发现具有极好的活性，比如茯苓多糖，水蛭素，天花粉蛋白的发现。尽管如此，很少有人敢于异想天开，认为植物的核酸类成分能够与动物有相互作用，但是越来越多的证据表明，植物与植物之间、植物与动物之间，在核酸层面上的物质交流也是存在的。
   南京大学生命科学学院的张辰宇教授的团队围绕miRNA进行了许多工作，例如小鼠肝脏的线粒体中发现的miRNA可能具有调控线粒体基因表达的功能；肺癌，结肠直肠癌和糖尿病病人的血清miRNA具有特异性，因此可用于疾病诊断；牛奶及奶制品中的大量miRNA可以用于检测奶制品的质量；肿瘤细胞分泌miRNA可以调控T细胞的生理功能等等。但是最引人注目的是2011年发表的这篇文章：它们在人类和动物血清和血浆中发现了外源植物miRNA，并且该miRNA能够调控小鼠蛋白质的表达。这种颠覆传统认知的发现无疑引来了许多质疑，因此该团队在2014年再次发文，证实常用中药忍冬（Lonicera japonica）中的microRNA2911可以进入血液，并发挥一定的生理功能。这无疑给天然产物研究增加了一个新颖而重要的思路，此外，这项研究本身带来的生物界相互作用相互影响的思考更是让人感慨良久。
   因为本人工作重心的调整，对这两篇文章进行了简单梳理、学习，在这里和大家分享出来，希望有更多的探讨和交流，囿于精力和时间的限制，若有错误和不足也请大家多多指正。
研究背景：
   1.关于微小核糖核酸 (microRNA)
   微小RNA（microRNA，miRNA）是一大家族小分子非编码单链RNA，长度约20~25个碱基，由一段具有发夹环结构，它与其他蛋白质一起组成RNA诱导的沉默复合体，以目前尚不清楚的机制抑制信使RNA（mRNA）的翻译。它在不同生物钟普遍存在，它的表达具有阶段特异性和组织特异性。miRNA的广泛性和多样性提示它们可能具有非常重要的生物学功能。miRNA的失调可能与诸多疾病和癌症相关。
  包括DNA,mRNA,miRNA在内的各种形式的核酸，在消化道内都非常不稳定，最终会在小肠中被水解，成为基本的核苷酸，核苷酸及其水解产物可被细胞吸收，但是它们中的大部分在肠黏膜细胞中又被进一步分解，产生的戊糖被吸收而嘌呤和嘧啶则被排出体外（生物化学教材）。因此此前普遍认为核酸在消化道中都不能保持自身的结构完整的，更遑论进入血液，即使偶尔有漏网之鱼，也可能无法通过人体强大的免疫系统这一关。
   2.关于稻（Oryza sativa）和忍冬（L. japonica）的选择
   稻（Oryza sativa）所结的颖果就是我们吃的大米，但是由于这个植物过于普遍的食用和分布，致使一部分人质疑实验过程中出现了“污染”，因此随后的工作选用了不常见的植物忍冬（L. japonica）作为原材料，减少了实验操作中被“污染”的可能性。文章并未说明所用忍冬（L. japonica）的部位，而且藤和花蕾都是较为常用的清热解毒中药，个人推测使用的应该是其花蕾。
研究结果：
      1.RNA跨界调控的证据（文献1）
   这篇文献本人进行了翻译，但是为了不冲淡帖子的主题，仅将几个结果分享，详情请从附件下载或阅读原文。
研究结果1：人类和动物的血清和器官中存在植物miRNA
研究结果2：人类和动物的血清和器官中外源植物miRNA的来源确定
研究结果3：植物MIR168a可以与哺乳动物LDLRAP1的外显子相结合并降低其蛋白质水平（体外实验）
研究结果4：Caco-2细胞衍生的囊泡包裹的成熟MIR168a 可以有效降低哺乳动物受体HepG2 细胞中LDLRAP1蛋白质水平（体内实验）
研究结果5：MIR168a的反义寡核苷酸可以抵消喂食大米的小鼠肝脏中LDLRAP1蛋白质的降低
研究结果6：外源MIR168a抑制小鼠肝脏LDLRAP1表达，并且使得低密度脂蛋白水平升高

   2.忍冬（L. japonica）编码的非典型miRNA2911直接作用于甲型流感病毒
   这篇文献的解读在知乎已经有很好的示范，本人不再赘述。链接如下：http://www.zhihu.com/question/26054560

为了阅读的连贯性将研究结果简要整理如下：
结果1：在煎煮之后，金银花中的大部分miRNA降解，只有mir2911例外，甚至在RNase处理仍能保持完整。
结果2：小鼠灌胃金银花水煎液（煎煮30分钟）或者合成的mir2911后，都可以从小鼠的血清和肺部检测到mir2911，并且连续饮用3天，还能在肺中检测到mir2911的富集（血浆中mir2911浓度上升3倍，而肺中则上升了8倍。）。
结果3： mir2911可以抑制流感的PB1和NS蛋白的合成并且mir2911可以在体外抑制流感病毒的复制
结果4：金银花煎煮液或mir2911可以有效减轻H1N1、H5N1和H7N9亚型流感病毒感染小鼠的体重减轻，并且抑制H1N1的病毒复制。
结果5：植物 MIR2911可以体外体内抑制 H5N1 和 H7N9 病毒复制并且提高H5N1感染小鼠的致死率

交流与讨论：

   1.因为此前做过与忍冬（L. japonica）相关的一些工作，对于这个“植物抗生素”已经发现的各种次生代谢产物已经比较熟悉了，此前认为的绿原酸类化合物是其主要有效成分，此后增加了黄酮类成分，后来又在全株都发现了大量活性较好的环烯醚萜类成分、生物碱类成分，但是没有一种成分的增加能像miRNA这样令人震惊，无法想法这样一类原本认为不稳定的成分能发挥如此出色的作用，是否还有一些天然产物也被忽略掉了？如何利用新的技术和新的方法来加深我们对天然产物的认识、拓宽我们对天然产物研究的思路？无论忍冬（L. japonica）中所存在的mir2911仅仅是个例还是普遍存在的现象，我想这些问题值得每一个中药工作者思考。
   2.鉴于miRNA自身的特殊性，考虑一个问题，miRNA是否像mRNA一样有时间和组织特异性？是否新鲜药材中miRNA含量更高？甚至含有更多种类的有活性的miRNA在干燥的过程中被酶解了？这些miRNA和人体细胞有无“互动”？

   3.还有一个不太相关的问题，新鲜植物组织榨汁和干燥植物组织渗漉，两种方式进行天然产物研究，相差大概能有多大呢？

   最近在知乎上还看到一个新闻，在脑部新发现了一根淋巴管：中枢神经系统淋巴管的发现
确实像评论所述，有一种穿越的感觉，在人类基因组工程都已经完结的今天，竟然有新的解剖学发现，也许我们对于我们自以为很了解的东西，根本不够了解，科学技术的不断进步促使人们对熟悉的事物有崭新的认识，这大约也是科研的乐趣所在吧。[ Last edited by 乘风牧云 on 2015-6-20 at 16:52 ]

经大家提醒，文献2的结果更正如下：

结果5：植物 MIR2911可以体外体内抑制 H5N1 和 H7N9 病毒复制并且降低H5N1感染小鼠的致死率

[ Last edited by 乘风牧云 on 2015-6-25 at 19:08 ]

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