自從發(fā)現(xiàn)微小核糖核酸（miRNA）在細胞外也可以穩(wěn)定存在以來，南京大學(xué)的一支團隊在細胞外RNA領(lǐng)域作出了突出貢獻，為開發(fā)該領(lǐng)域在疾病診斷和治療上的潛力開辟了道路。

自從miRNA被發(fā)現(xiàn)以來，大多數(shù)研究人員相信它和其它RNA一樣，只存在于細胞內(nèi)。但南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長張辰宇卻不這么認為。他帶領(lǐng)團隊研究miRNA長達十多年的時間，并發(fā)現(xiàn)了這種核酸的多種細胞外潛在功能。他們的工作或能解開存在已久的細胞間交流和物種串?dāng)_的謎題，并有望帶來新的診斷與治療方法。在此，張院長講述了他們對細胞外RNA（exRNA）的探索，以及他們主要研究成果的重要意義。

《自然》雜志：您在何種契機下開始研究細胞外miRNA？

張辰宇：我一直從事醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究，希望能將生命科學(xué)基礎(chǔ)研究的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。本世紀(jì)初我就在研究miRNA，這種非編碼小RNA了，并有一個實驗室專門研究miRNA表達譜以及它們在癌組織中的相關(guān)作用。

2007年的一次課題組會議上，我突發(fā)奇想，提出了嘗試在血液中檢測miRNA的想法。通過RT-PCR（逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)）分析，我們在血清和血漿中都檢測到了miRNA的表達。這個發(fā)現(xiàn)令我們格外激動。我們又在動物血清中重復(fù)了這一實驗，也發(fā)現(xiàn)了miRNA。從那時起，細胞外RNA便成了我的一個研究重心，我很想探明它的生物學(xué)功能和可能的應(yīng)用。

《自然》雜志：發(fā)現(xiàn)miRNA可以在血清中穩(wěn)定存在的重要性是什么？

張辰宇：傳統(tǒng)觀點認為，RNA在細胞外環(huán)境中是不能穩(wěn)定存在的，因為核糖核酸酶會降解RNA。因此，當(dāng)我提出檢驗是否存在細胞外miRNA時，許多人都認為這個想法很瘋狂。但我們挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)觀念，證明了RNA并不僅存在于細胞內(nèi)。隨后，其他研究也表明，miRNA在唾液、尿液、母乳等體液中以穩(wěn)定、無細胞形式循環(huán)。這是一次科學(xué)范式的轉(zhuǎn)換，推動了我們對這些生物分子跨界轉(zhuǎn)移的研究。

在血清中發(fā)現(xiàn)miRNA還有臨床方面的意義。利用深度測序，我們對miRNA譜進行了表征，確定了血清miRNA在多種癌癥以及糖尿病中的獨特表達模式。這說明血清miRNA有潛力作為癌癥等疾病檢測的生物標(biāo)志物，為開發(fā)疾病診療方法打開了一扇新的大門。

《自然》雜志：您如何解釋miRNA可以在細胞外環(huán)境中穩(wěn)定存在？

張辰宇：我們相信，在細胞外環(huán)境中保護miRNA不被降解的關(guān)鍵機制，在于名為細胞外囊泡（EV）的微小脂粒，它們能運送RNA。這些納米尺度的顆粒來自細胞，它們有一個膜結(jié)構(gòu)，能為miRNA提供屏障，保護它們免遭無處不在的RNA降解酶的破壞。還有一種可能是，EV會驅(qū)動蛋白-miRNA復(fù)合物的形成，使miRNA能夠穩(wěn)定存在。

是什么促使了miRNA的細胞外存在也有待探索。在我們看來，它們可能是EV在某種選擇性過程中分泌的；或是由RNA結(jié)合蛋白中的供體細胞釋放的；抑或來自因為組織受損或細胞凋亡而破碎或損傷的細胞。迄今為止，我們只是對細胞外miRNA存在的某些機理做出了解釋，可能還存在其他機制。

《自然》雜志：您團隊目前的主要研究方向有哪些？

張辰宇：我現(xiàn)在感興趣的是exRNA的生物學(xué)功能和相關(guān)機制，比如它們在細胞間信號傳遞中的作用；前體miRNA（pre-miRNA）如何成熟；它又如何被吸收。我們尤其想要研究miRNA是如何在遠緣、復(fù)雜的生物間轉(zhuǎn)移的。利用深度測序，我們在研究人血液中的exRNA時發(fā)現(xiàn)了來自植物的miRNA。這些外源性miRNA中的一部分有著和內(nèi)源性miRNA相似的血清濃度，這說明它們是完整的，不太可能是從消化系統(tǒng)漏出的。

我們的研究表明，miRNA或能通過調(diào)節(jié)目標(biāo)基因和影響生理條件的方式，促進不同物種間的串?dāng)_。研究miRNA的跨界調(diào)控和轉(zhuǎn)移也有望增進我們對演化的認識，對物種間相互作用和相互依賴給出新的見解。

《自然》雜志：您是如何解決關(guān)于食物miRNA的待解問題的？

張辰宇：這是一個新興的領(lǐng)域，其他研究團隊的同行對此提出了很多疑問。而當(dāng)我們在人血液中發(fā)現(xiàn)植物miRNA時，首當(dāng)其沖的問題是這些miRNA是如何承受住胃酸和消化酶而在細胞外存在的。我們最近在哺乳動物胃中發(fā)現(xiàn)的特殊蛋白SIDT1，或能幫助解答這個困擾了科學(xué)家近十年的問題。SIDT1存在于胃粘膜頂細胞，我們發(fā)現(xiàn)它在食物miRNA的吸收中扮演了關(guān)鍵角色。由于這一吸收過程需要低pH的酸性環(huán)境，這讓胃成為了食物miRNA吸收的主要發(fā)生地，這也提示了胃的一個新功能。我們還在探索其他吸收機制，以及為何需要一個酸性環(huán)境。

《自然》雜志：您的研究成果有哪些潛在應(yīng)用價值？

張辰宇：我們對食物RNA和miRNA跨界轉(zhuǎn)移的研究成果對相應(yīng)治療和藥物遞送技術(shù)的開發(fā)具有重要意義。舉例來說，我們在金銀花中發(fā)現(xiàn)了一種miRNA，可以直接靶向部分流感病毒，這或能為治療病毒感染提供新策略。它也說明，植物miRNA可能是許多中草藥的活性成分。不僅如此，我們還發(fā)現(xiàn)通過口服給藥的方式，這種植物miRNA可減輕肝纖維化。關(guān)于SIDT1的這一發(fā)現(xiàn)為口服miRNA療法的開發(fā)提供了啟示。

此外，基于我們早期對血清miRNA的研究結(jié)果，我們還開發(fā)了基于miRNA的診斷方法，包括胰腺癌早期診斷試劑盒。我期待我們的研究成果能得到更廣泛地應(yīng)用。

《自然》雜志：您能分享一下您的下一步研究計劃嗎？

張辰宇：我認為我們已經(jīng)為exRNA的研究打好了基礎(chǔ)。下一步，我將重點研究調(diào)控功能性RNA的細胞器，并研究exRNA功能背后的各種機制。應(yīng)用方面，我們希望發(fā)現(xiàn)更多能用于基因治療的miRNA，以及能將必要RNA遞送至靶標(biāo)器官的方法，和用于診斷的miRNA生物標(biāo)志物。我們還計劃探索miRNA在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，包括開發(fā)生物源農(nóng)藥，利用miRNA對糧食作物進行基因改造，使其不易受病蟲害等。總之，我希望我的研究能為科學(xué)界和整個社會帶來影響

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