摘要
　　RNA是生物體內(nèi)最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。本文在總結(jié)小分子RNA研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，提出小分子RNA可能參與調(diào)控真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)及生物的發(fā)育、進(jìn)化、死亡的全部生命代謝過程，提出了生物中心法則的新構(gòu)思。但它的科學(xué)性還有待于未來的探討和證實(shí)。

　　RNA是生物體內(nèi)最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。近年來的一系列研究表明，小分子RNA（microRNA, miRNA）實(shí)際上操縱著許多細(xì)胞的功能，它可以通過互補(bǔ)序列的結(jié)合反作用于DNA，從而關(guān)閉或調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，甚至可以通過指導(dǎo)基因的開關(guān)來調(diào)控細(xì)胞的發(fā)育時鐘^[1]。這些發(fā)現(xiàn)，顛覆了以往人們對于RNA只是DNA“轉(zhuǎn)錄信使”的認(rèn)識，促使生物學(xué)家重新反思他們對細(xì)胞及進(jìn)化的理解和認(rèn)識。

　　目前，RNAi技術(shù)已經(jīng)或正在成為基因組學(xué)研究的革命性工具，成為藥物靶基因和致病基因篩選平臺的有力支撐，成為基因治療的有效手段，成為研究真核細(xì)胞基因表達(dá)調(diào)控理論的新手段！將對醫(yī)學(xué)科學(xué)和人類健康，甚至對生物高科技和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。本文在簡要總結(jié)小分子RNA研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，對真核細(xì)胞基因表達(dá)的小分子RNA調(diào)控理論提出了一點(diǎn)設(shè)想，也可能不正確，但無論如何，希望能得到大家的共同探討和批評指正。

　　（一）關(guān)于小分子RNA基因調(diào)控理論的假設(shè)

　　目前的基因調(diào)控學(xué)說，已經(jīng)滯后了功能基因組學(xué)的研究和發(fā)展。功能基因組學(xué)就是要解析基因的功能和調(diào)控機(jī)制，揭示基因組依次、精確、和諧完美的時空表達(dá)和調(diào)節(jié)模式。瞎子摸象式的研究應(yīng)該被最先進(jìn)理論指導(dǎo)的探索所取代。生物工程和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域當(dāng)前最重要的課題之一應(yīng)該是探索最先進(jìn)和最真實(shí)的基因調(diào)控理論。

　　目前對小分子RNA研究成果，我們歸納起來，主要有以下幾個方面：
 Å　RNA可能為最早最原始的生命形式^[1]。
 Å　小分子RNA具有核酸酶的作用，其與蛋白質(zhì)結(jié)合可以剪切mRNA的非必須序列^[4]。
 Å　小分子RNA首先在轉(zhuǎn)錄后水平上影響基因表達(dá)，導(dǎo)致同源mRNA降解^[7]。
 Å　RNAi同樣也可在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)水平上影響基因表達(dá)^[6，7]。
 Å　內(nèi)源性的RNAi誘導(dǎo)物，如lin-4, 能在蛋白質(zhì)合成水平上阻斷基因表達(dá)^[8]。
 Å　RNAi能通過甲基化作用，調(diào)節(jié)異染色質(zhì)的沉默^[9]。小分子RNA可以關(guān)閉線蟲的基因。RNA干擾現(xiàn)象高度保守，在人類也存在^[10]。
 Å　小分子RNA參與線蟲與果蠅的發(fā)育^[11]。RNA干擾幫助引導(dǎo)基因外遺傳（epigenetics）這一奇特而普遍的遺傳現(xiàn)象^[1]。
 Å　RNA干擾是生物基因組的“免疫系統(tǒng)”，能保護(hù)基因組免受有害DNA或病毒的破壞。這在植物和動物實(shí)驗(yàn)中已逐步得到證實(shí)^[12]。

　　在總結(jié)sRNA十大進(jìn)展的基礎(chǔ)上，如小分子RNA干涉（RNAi）不僅在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)水平上影響基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)^[4]，在RNA^[4，7]和蛋白質(zhì)^[8]水平上進(jìn)行基因調(diào)控，RNA還具有核酶的功能。最近研究表明，RNA可能是比蛋白質(zhì)更早的生命形式；在病毒研究中已知，RNA病毒中是RNA調(diào)節(jié)生命代謝活動，而DNA病毒需要依賴RNA才能起作用；對裂殖酵母的研究表明，缺失小分子RNA的突變細(xì)胞，不能在著絲粒位置形成正確的異染色質(zhì)^[9]。這表明缺失小分子RNA，細(xì)胞分裂將無法正確地進(jìn)行。最近還發(fā)現(xiàn)，RNAi可能是生物體中存在的一種普遍現(xiàn)象，它的顯著特點(diǎn)是進(jìn)化保守，在線蟲、果蠅和哺乳動物（包括人）細(xì)胞中均有同源物，它代表了一種古老的細(xì)胞反應(yīng)通路。這種最原始最保守的生命調(diào)節(jié)形式，也就是最重要的基因調(diào)控形式。

　　目前的基因調(diào)控理論不能解釋許多生命現(xiàn)象，結(jié)合我們既往的研究工作，本課題大膽設(shè)想，提出了真核細(xì)胞小分子RNA基因調(diào)控理論的假設(shè)，即：基因組是生物遺傳信息的綜合，DNA是遺傳信息的儲存形式，蛋白質(zhì)是遺傳信息的表現(xiàn)形式，RNA是二者的聯(lián)系方式和調(diào)控形式。小分子RNA參與調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，控制著遺傳信息的流向，也控制著RNA自身的消亡（如mRNA水平上的RNA干擾作用）。也許正是這種RNA依賴的RNA消亡，同時偶聯(lián)著對新基因的啟動，循環(huán)往復(fù)，參與控制著生物發(fā)育、進(jìn)化和死亡的全部生命代謝過程。

　　這一假設(shè)的提出，可能不僅對探索和證實(shí)基因調(diào)控理論的客觀真實(shí)性，對推動功能基因組學(xué)研究，探討衰老與疾病的遺傳學(xué)機(jī)制有參考價值，而且對探討整個生命時鐘的基因調(diào)控機(jī)制有一定的參考價值。

　　在此基礎(chǔ)上，我們還提出了新的生物中心法則，強(qiáng)調(diào)了小分子RNA的主導(dǎo)調(diào)控作用。在RNA調(diào)控理論的基礎(chǔ)上，重新設(shè)想新的生物中心法則成為必要（如下圖）。

　　舊法則忽略了基因外遺傳，即可能依賴蛋白質(zhì)的遺傳現(xiàn)象；不能完全反映基因表達(dá)的調(diào)控過程和RNA的調(diào)控作用。新法則提示，不僅遺傳信息從DNA傳向RNA和蛋白質(zhì)，從RNA傳向DNA和蛋白質(zhì)，更重要的是遺傳信息有可能從蛋白質(zhì)傳向RNA和DNA。這一點(diǎn)似乎可以用有些生物的生活特征和個性特征的遺傳傾向來說明。生物的有些特征是從生活中獲得的，可以遺傳到子代中。這可能就是蛋白質(zhì)到RNA或DNA的過程，很可能與基因外遺傳有關(guān)，也可能存在一種依賴蛋白質(zhì)的RNA聚合酶或DNA聚合酶。另外，這種遺傳傾向是否與學(xué)習(xí)記憶有關(guān)也值得考慮。從圖示中看到，RNA居高臨下，有“八”字形兩個箭頭，分別指向DNA和蛋白質(zhì)，這是RNA作用的體現(xiàn)，是RNA通過RNA依賴的RNA自身消亡，來控制著每個基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，控制著胚胎發(fā)育和細(xì)胞分化及遺傳信息流向。

　　我們還提出了基因調(diào)控過程中被抑制基因的關(guān)閉和新基因啟動偶聯(lián)的假設(shè)，即在小分子RNA降解同源mRNA，抑制已完成使命的基因表達(dá)或結(jié)束胚胎發(fā)育和生命時鐘鏈上的一個環(huán)節(jié)時，同時要偶聯(lián)啟動新基因和開始新環(huán)節(jié)。因此，舊基因阻斷和新基因啟動，勢必存在偶聯(lián)機(jī)制。我們稱之為“基因調(diào)控偶聯(lián)現(xiàn)象”。所以，尋找小分子RNA對基因的啟動方式，就顯得格外突出和重要。這種在mRNA水平上的RNAi作用，很可能反饋影響基因的激活或mRNA的轉(zhuǎn)錄，造成新基因的啟動。所以，探索小分子RNA對新基因的啟動方式，應(yīng)該成為我們研究的一個重要方面。

　　我們還提出了反RNA干擾（anti-RNAi）的新概念。這一假設(shè)是根據(jù)矛盾雙方相對立而存在的這哲學(xué)原理提出的，有RNA干擾，就可能存在反干擾的一方，這對極其嚴(yán)密的基因調(diào)控機(jī)制的運(yùn)行和平衡是必需的。反RNA干擾主要是針對RNAi發(fā)揮作用的Dicer和RISC兩個主要層次上的抵抗作用，使Dicer不能形成小分子RNA，使RISC不能降解同源mRNA。

　　在后基因組時代，探索真核細(xì)胞基因表達(dá)調(diào)控的新機(jī)制、新理論，對推動功能基因表達(dá)與個體發(fā)育、生長代謝、衰老和疾病關(guān)系的研究，對開展生物防病、基因治療和生物制藥等都有極其重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

　?。ǘ㏑NA調(diào)控理論對一些生命科學(xué)問題的設(shè)想和解釋

　　下面將對現(xiàn)有理論不能解釋的一些生命及病理現(xiàn)象試圖作進(jìn)一步的解釋或設(shè)想。

 Å　對生物體發(fā)育過程的設(shè)想：從生物體胚胎發(fā)育到生命終止的整個時鐘調(diào)節(jié)鏈上，小分子RNA很可能調(diào)節(jié)鏈上的每一個環(huán)節(jié)。舊基因被阻斷，新基因被啟動，新的環(huán)節(jié)又重新開始。如果小分子RNA缺失或被阻斷，完成使命的基因不能被抑制，舊的過程不能結(jié)束，新的過程就不能開始，細(xì)胞生命就不可能延續(xù)。裂殖酵母缺失小分子RNA的突變細(xì)胞，細(xì)胞分裂無法正確地進(jìn)行^[9]，也說明了這一點(diǎn)。

 Å　對腫瘤毒素和腫瘤轉(zhuǎn)移的設(shè)想：可能存在這樣一個機(jī)制，即小分子RNA的調(diào)節(jié)正處于生命時鐘鏈上某一個環(huán)節(jié)時，它抑制其它環(huán)節(jié)或者下一個環(huán)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，抑制非同步發(fā)生或增生的其它細(xì)胞生命調(diào)節(jié)鏈的向前滑行和生長代謝。這可能就是為什麼腫瘤細(xì)胞分泌的“腫瘤毒素”能致人于死地，能使整個生物體的生命活動走向衰竭和死亡。這種腫瘤毒素很可能就是小分子RNA調(diào)控物質(zhì)，它抑制了正常組織細(xì)胞生命代謝活動的進(jìn)行。人們過去一直忽略了小分子RNA的作用，所以腫瘤的病因一直沒有搞清楚。也許從此方向上進(jìn)行研究，有可能找到答案。同樣，腫瘤轉(zhuǎn)移可能是腫瘤的小分子RNA對其它組織的誘變作用所致。

 Å　對腫瘤發(fā)生的設(shè)想：如果基因調(diào)控機(jī)制在舊環(huán)節(jié)中循環(huán)往復(fù)，就有可能導(dǎo)致細(xì)胞分化發(fā)育停止，并保持某一較原始狀態(tài)不斷增生，從而演化成腫瘤。如果這種調(diào)控機(jī)制退回到胚胎發(fā)育的環(huán)節(jié)之中，腫瘤的惡性程度就會更高，且表達(dá)胚胎抗原。所以，小分子RNA可能與腫瘤發(fā)生有關(guān)。

 Å　對病毒感染的設(shè)想：高等進(jìn)化的真核細(xì)胞被低等生命形式的病毒感染后，能接受病毒的遺傳物質(zhì)并受其操縱，表達(dá)并裝配病毒的遺傳物質(zhì)和蛋白顆粒，原因可能在于病毒原始的基因調(diào)控物質(zhì)------小分子RNA，對細(xì)胞調(diào)控基因的抑制和啟動病毒基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。針對病毒調(diào)控基因的小分子RNA能抑制病毒的感染也證明了這一點(diǎn)。

 Å　對艾滋病的設(shè)想：艾滋病毒這種原始的生命形式，感染后為了自身生命代謝活動的需要，它產(chǎn)生的調(diào)控物質(zhì)小分子RNA，同樣也抑制機(jī)體免疫細(xì)胞正常的基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)過程，使機(jī)體單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)的生命代謝活動停止而死亡。

 Å　對克隆動物生命的設(shè)想：克隆動物（剛出生）的端粒酶活性和端粒長度類似于被克隆動物，其生理年齡、生命代謝活動也相似于被克隆動物（如多莉羊），也完全說明了其生命時鐘的調(diào)節(jié)活動沒有因?yàn)楸豢寺《Ｖ?。也許有兩套控制生命活動的調(diào)節(jié)機(jī)制在他們的細(xì)胞中并行傳遞，一套是原來生命的被克隆動物的調(diào)節(jié)機(jī)制，另一套是克隆后新生生命開始的調(diào)節(jié)過程，所以，克隆動物的生命代謝活動和表現(xiàn)形式類似于二者之間，或以某一方為主。多莉羊被克隆時是六歲，活了六年，正常羊的壽命是十二年左右，多莉羊得的肺病是老年羊易患疾病，說明多莉的生命調(diào)節(jié)系統(tǒng)是以被克隆前的羊的調(diào)節(jié)為主。而有些被克隆動物表現(xiàn)跟非克隆動物一樣，以生命重新開始時的調(diào)節(jié)方式為主。如果真是這樣的話，在一條生命時鐘控制鏈上可有兩個調(diào)控操作系統(tǒng)同時起作用，我們就可以完全設(shè)法啟動早期的比較原始的基因調(diào)控系統(tǒng)，使終末分化細(xì)胞重新開始新的分化增生。

 Å　對生命起源的設(shè)想：由RNA調(diào)控理論，我們也可以推測生命的起源過程?？赡苁紫扔辛藛捂淩NA 的形式，然后才從簡單蛋白質(zhì)到復(fù)雜蛋白質(zhì)的進(jìn)化。為了使遺傳性狀更穩(wěn)定，才逐漸出現(xiàn)了由單鏈DNA到雙連DNA、雙螺旋DNA的這種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的遺傳信息儲存形式的進(jìn)化發(fā)展。這些都可在現(xiàn)存生命形式中看得到。但RNA是最原始最保守的遺傳信息儲存和調(diào)節(jié)形式，小分子RNA的調(diào)節(jié)活動，決定了生物體的生命代謝活動。

　　綜上所述，小分子RNA可能參與調(diào)節(jié)生命代謝活動，參與調(diào)控生物個體的發(fā)育進(jìn)化、生老病死等種種生命現(xiàn)象。這就是小分子RNA基因調(diào)控理論的中心思想。

　　這種假設(shè)是建立在當(dāng)前研究和大膽超前科學(xué)設(shè)想的基礎(chǔ)上，它可能對科學(xué)研究提出了一條線索，指出了一個方向，它能夠初步解釋有些我們至今仍然不能解釋的生命科學(xué)問題。在此基礎(chǔ)上提出的新的生物中心法則，在某種程度上體現(xiàn)了DNA、RNA和蛋白質(zhì)三大生命物質(zhì)之間遺傳信息交流、相互聯(lián)系、相互制約的過程及RNA的調(diào)控作用。但所有這些僅僅是設(shè)想而已，究竟有多大的科學(xué)性，還有待于未來科學(xué)研究的探討和證實(shí)。

　　參考文獻(xiàn)：
　1．Jennifer Couzin, Science 2002;298:2296
　2．Paddison PJ, et al. Nature 2004;428:427-431
　3．Berns K, et al. Nature 2004;428:431-437
　4．Matter N, et al. Nature 2002 Dec 12;420(6916):691-5
　5．Jones L. et al. Curr. Biol 2001;11:747-757
　6．Pal-Bhadra M. et al. Mol. Cell 2002;9:315-327
　7．Dudley NR, et al. PNAS 2002;99:4191-4196
　8．Wightman B, et al. CELL 1993;75:855-862
　9．ThomasA.Volpe, et al. Science 2002;297:1833-1837
　10．Kamath RS, Nature 2003 Jan 16;421(6920):231-7
　11．Bernstein E, et al. Nature 2001;409:363
　12．Jacque JM, et al. Nature 2002;418(6896):435-8

　　作者簡介：
　　楊水祥，主任醫(yī)師、教授，醫(yī)學(xué)博士，美國哈佛醫(yī)學(xué)院博士后，霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院Faculty。北京世紀(jì)壇醫(yī)院心內(nèi)科主任，大內(nèi)科主任。十余年來一直從事心血管疾病的分子生物學(xué)研究。主持和參加研究項(xiàng)目八項(xiàng)，發(fā)表論文七十余篇，外文雜志十余篇。獲美國國際會議優(yōu)秀論文二等獎一項(xiàng)，中美司貴寶醫(yī)學(xué)論壇優(yōu)秀論文三等獎一項(xiàng)，《中國臨床康復(fù)》雜志年度優(yōu)秀論文一等獎一項(xiàng)。任《中華臨床醫(yī)學(xué)薈萃雜志》主編、《中國心血管病研究》《中國臨床康復(fù)》等多本本雜志的編委和常務(wù)編委。目前正在進(jìn)行干細(xì)胞和小分子RNA等方面的研究。美國科學(xué)協(xié)會和心臟病協(xié)會會員。

　　通信地址：
　　楊水祥，北京世紀(jì)壇醫(yī)院心內(nèi)科 北京市海淀區(qū)羊坊店鐵醫(yī)路10號，郵編：100038
　　Tel．010-63926376，13311163336
　　Email：sxyang68@hotmail.com