microRNA（miRNA）是一類由 22 個核苷酸組成的 RNA 鏈，存在于被稱為外泌體的囊泡中。

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之前，我們《腸道產業》已經特別編譯了最新一期?Nature Outlook?中關于食物來源的 miRNA：營養素之外：乳汁植物都含有，進腸入血到大腦，啥這么奇妙？

今天，我們特別關注這一期?Nature Outlook?中另一篇文章——母乳中的 miRNA。十年前，科學家就在母乳中發現了 miRNA 的存在；然而十年后的今天，科學家們仍在嘗試弄清楚它們為什么會在母乳中存在以及它們是如何影響健康的。

那么未來，這些來自母乳的 miRNA 有可能會像人乳低聚糖一樣被添加到配方奶粉中嗎？一起來看看答案吧！希望本文能夠為相關的產業人士和諸位讀者帶來一些啟發和幫助。

母乳喂養

母乳是一種奇跡般的食物，它富含營養物質和其他對嬰兒健康有益的物質。一項長期研究表明，母乳喂養可能會降低嬰兒罹患感染、糖尿病和呼吸道疾病的風險。

許多科學家們正忙于研究母乳究竟是如何提供這些保護作用的。

來自賓夕法尼亞州立大學醫學院的兒科醫生 Steven Hicks 表示：“研究人員們已經很好地了解了母乳所含有的營養成分，例如會影響嬰兒健康的脂肪和維生素，但是母乳是由許多生物活性分子構成的復雜混合物，而許多成分的具體作用尚不清楚。”

Hick說道：“關于母乳以及母乳是如何提供健康益處的知識庫，仍在不斷擴充中，每當我們認為我們已經搞清楚了這個問題時，一個科學家就會在這時出現，表示他發現了一個未知的或者我們沒有意識到它重要性的分子。”

其中一個典例就是 miRNA——一類由 22 個核苷酸組成的短而脆弱的 RNA 鏈，它存在于一種被稱為外泌體的具有保護作用的胞外囊泡中。

曾經被作為基因垃圾而遭到忽視的 miRNA，現在卻作為調控基因表達的重要角色而備受關注。miRNA 通過連接到與之互補配對的信使 RNA 鏈（參與蛋白質合成的 RNA）上，實現對信使 RNA 的控制，決定蛋白質的合成。

然而，直到 2010 年，人們才在乳腺中發現了 miRNA 的存在¹。研究人員們猜測，這些分子在調節嬰兒發育方面發揮了重要作用，比如免疫功能。如果這是真的，我們可以將 miRNA 添加到嬰兒配方奶粉中，這樣人工喂養的嬰兒就不會缺失這些健康益處。

但在這之前，研究人員必須先回答關于這些分子的基本問題——包括 miRNA 是否能在腸道中存活。

母乳中的 miRNA 可能在嬰兒的發育過程中，發揮著重要的調節作用。

營養物質還是功能性物質？

加州大學戴維斯分校的生物化學家 Bo L?nnerdal 花費了幾十年時間，研究母乳中的生物活性成分。當 L?nnerdal 得知研究人員們在母乳中發現了 miRNA 時，他想知道這些存在于母乳中的分子究竟做了些什么事情。

他回憶說：“在母乳中出現這些看似隨機的 RNA 片段，肯定是有其原因的。”

為了解釋它們存在的原因，研究人員們提出了兩種理論：第一種被稱為“營養假說”，它認為 miRNA 只是一種便利的營養物“包裝”，很像母乳中的一種主要蛋白質——血清白蛋白，它在腸道中可被分解；第二種被稱為“功能假說”，此觀點認為 miRNA 具有調節功能并影響嬰兒的基因表達。

要弄清楚 miRNA 是否不止是分子級別的嬰兒食物，一種方法是確定它在消化過程中是否會被分解掉，或者說它是否會“存活”下來并對腸壁和腸壁以外的細胞產生影響。

在 2017 年，L?nnerdal 和他的同事們研究了這個問題，他們將母乳中含有 miRNA 的外泌體暴露在模擬嬰兒腸道的酸性條件下，觀察它們會如何發生改變。

L?nnerdal 說：“它們存活得很好。”外泌體可保護脆弱的 miRNA 不被降解。該團隊還發現，當外泌體與人類細胞一起孵養時，miRNA 會進入細胞核，從而在細胞核中影響基因表達²。

并不是每個人都同意 miRNA 可以在胃中存活的結論。瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）的研究人員發現，在小鼠的消化器官或血液中沒有相應生物學水平的 miRNA?³。但有人認為，miRNA 可能在非常低的劑量下仍然保持活躍，而且有進一步的研究支持了 miRNA 可以承受酸性條件的觀點。

為了一勞永逸地解決這個問題，包括 Hicks 在內的研究人員正在設計針對母乳喂養嬰兒的臨床研究。一項致力于檢測嬰兒糞便中完整 miRNA 的研究已經在進行中。

識別母乳中的miRNA

除了 miRNA 能否存活的問題之外，迄今為止，科學家們目前的工作重點主要是識別母乳中的常見 miRNA，以及研究它們可能會影響哪些生物學過程。

第一部分——從母乳樣本中分離出 miRNA 相當簡單，但是之后，Hicks 說：“就有點像猜謎游戲了。”

他解釋說，一旦研究人員獲得了一串大約 22 個堿基的 miRNA，他們就可以將其和與之互補的 mRNA 進行配對。這種 mRNA 可能編碼一種參與關鍵生物過程（比如免疫功能或新陳代謝）的蛋白質。

Hicks 說，然而，問題是 mRNA 比 miRNA 大得多。因此，一條 miRNA 可能匹配 20~50 個 mRNA。科學家們正在使用軟件算法來縮減他們的結果——淘汰掉存在一個或兩個堿基對配對不完美的匹配，或者搜索文獻來找到以前報道的特定 miRNA 和 mRNA 之間的匹配。

根據 2019 年的一項調查，到目前為止，已經在母乳中發現了 1400 多種 miRNA?⁴。一些研究已經將母乳中的主要 miRNA 與免疫反應的調控聯系起來。

比如，有一篇文章報道，miRNA-148a 在母乳中高度表達⁵。這種特殊的 miRNA 已經被證實可以抑制腫瘤細胞中參與增殖的基因的活性，這使得作者推測 miRNA-148a 或許可以保護嬰兒不受癌癥侵襲。

這篇論文的作者之一——耶路撒冷 Hadassah 醫學中心的 Regina Golan-Gerstl 目前正在研究包含 miRNA 的外泌體是否能穿過腸道并通過血液到達其他器官。

利用熒光標記技術，她的團隊在小鼠的肝臟和大腦中檢測出了外泌體，這表明 miRNA 可以到達身體其他部位的細胞中去，并可能參與調節它們中的基因的表達。而另一項研究已經表明，牛奶中的 miRNA 可以到達小鼠的肝臟和大腦⁶。

Hicks 的研究小組發現，足月分娩的母親的母乳中發現的 miRNA 與早產母親的母乳中發現的 miRNA 并不相同。

研究人員們發現，早產母親的母乳中含有較多的 miRNA，這些 miRNA 和與代謝相關的 mRNA 發生關聯⁷。Hicks 說，這表明在早產情況下，母乳中的 miRNA 成分發生了變化，從而可能幫助她的嬰兒生長得更快，以便趕上正常嬰兒的生長水平。

研究還發現，生下早產兒的母親所產的母乳含有更高濃度的大量營養元素，如蛋白質和脂肪。

Hicks 說：“這些發現可能會對早產嬰兒的健康產生可能的影響。”早產嬰兒的母親有時不能母乳喂養，因為她們的身體還沒有開始產奶。重癥監護室的早產兒通常會得到母乳庫捐贈的母乳，而這些母乳庫中儲存有足月和早產的母乳，但目前還沒有對捐贈的母乳進行足月和早產的區分。

Hicks 建議改變這種做法，并建議醫生考慮給早產兒提供由早產母親提供的母乳，這樣或許可以對這些嬰兒的發育產生有益影響。

倫理學的挑戰

在 miRNA 和嬰兒健康之間建立直接的聯系可能會帶來倫理學上的挑戰。傳統的臨床試驗通常包括一個對照組，這意味著一些嬰兒會得到 miRNA，而另一些則不會。

L?nnerdal 說：“盡管科學家們不確定 miRNA 是否能改善嬰兒的健康，但很難想象一個倫理委員會會批準一項從一群嬰兒中剝奪潛在有益分子的試驗。”

所以，研究人員們可能僅僅被允許開展觀察性研究。今年 2 月份，Hicks 的團隊招募到了第 185 對母子進行一項臨床研究，該研究由密歇根州弗里蒙特市的非營利性 Gerber 基金會資助。該研究最終納入 200 多對參與者。

這項始于 2018 年的試驗測量了母乳、嬰兒唾液和嬰兒糞便中 miRNA 的水平，并持續 12 個月以上。它還追蹤了嬰兒的健康狀況——特別是他們是否會出現食物過敏、濕疹或哮喘等癥狀。

Hicks 說，他的研究小組正在尋找在經歷消化過程后存活下來并高水平表達的特定 miRNA 與嬰兒健康之間的關系。該小組的研究結果可能是甄別出影響嬰兒健康的 miRNA 的第一步。

Hicks 說：“確認 miRNA 的作用機制將需要更多的基礎科學。”

他補充道：“如果有證據表明 miRNA 是有益的，那么我們下一步要做的就是在嬰兒配方奶粉中添加這些分子。但考慮到配方奶粉行業的消費者是嬰兒，因此在產品中增加添加劑將是十分困難的。“

事實上，十多年前，人乳低聚糖——2'-巖藻糖基乳糖（2 '-focusyllactose）和乳糖-N-新四糖（lacto-N-neotetraose）這兩種成分就被證明對嬰兒健康有益（包括改善腸道健康），但是，直到 2016 年和 2017 年它們才分別在美國和在歐洲被正式添加到配方奶粉中。

L?nnerdal 預測，像 miRNA 這樣的分子將更難被接受，因為它們的發現起源于癌癥研究——miRNA 的失調與某些類型的癌癥有關。

“如果你攜帶了某些 miRNA，可能會像很多父母那樣得癌癥。”他說。盡管配方奶粉產業界在科學會議上表達了一些對 miRNA 研究的興趣，但是這些分子的市場吸引力可能會對其研究方向的決策產生影響。

Golan-Gerstl 說，如果配方奶粉公司決定添加 miRNA 的話，他們可以使用從動物體內分離出來這些小分子。她的團隊的研究結果表明，在母乳中發現的大約 90%?的 miRNA也同樣存在于奶牛和山羊的母乳中⁵。

她說：“鑒于許多人偏愛標示為天然的產品，動物源性分子可能比人造分子更容易為公眾所接受，而且更有可能獲得批準。”

但是 Golan-Gerstl 說，把 miRNA 應用到配方中，并不一定是該領域的唯一焦點，揭示母乳 miRNA 的健康益處，就本身而言，可能是更有價值的信息，因為她相信母乳會給我們帶來更多驚喜。

參考文獻：

（滑動下方文字查看）

1.Kosaka, N., Izumi, H., Sekine, K. & Ochiya, T. Silence 1, 7 (2010).

2.Liao, Y., Du, X., Li, J. & L?nnerdal, B. Mol. Nutr. Food Res. 61, 1700082 (2017).

3.Title, A. C., Denzler, R. & Stoffel, M. J. Biol. Chem. 290, 23680–23691 (2015)

4.Benmoussa, A. & Provost, P. Compr. Rev. Food Sci. Food Safe. 18, 703–722 (2019).

5.Golan-Gerstl, R. et al. Mol. Nutr. Food Res. 61, 1700009 (2017).

6.Manca, S. et al. Sci. Rep. 8, 11321 (2018).

7.Carney, M. C. et al. Pediatric Res. 82, 226–236 (2017).

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作者｜Tien Nguyen

編譯｜朱國利