植物miRNA移动性与细胞外囊泡：植物—动物跨界通讯的当前认识、争议及治疗潜力

《Genes》：Plant microRNA Mobility and Extracellular Vesicles: Current Understanding, Controversies and Therapeutic Potential of Plant-to-Animal Communication

　　

MicroRNA（miRNA）是一类主要的小非编码RNA（sRNA），通过调控靶基因表达在生长、发育、代谢、应激响应、病原防御以及疾病发生和进展中发挥基础性作用。传统上miRNA被视为细胞内调控因子；特定miRNA可在细胞、组织、器官甚至生物体之间移动的发现重塑了对其生物学意义范围的认识。在植物中，miRNA移动是长距离信号网络的成熟组成部分，该网络协调发育阶段转变、养分吸收与稳态以及对外部环境的响应。在动物中，细胞外miRNA由细胞外囊泡（EVs）、蛋白复合物和脂蛋白运输，并介导细胞间通讯。近来，两个生物界中细胞外RNA运输系统的鉴定推动了对跨界RNA通讯的大量研究。越来越多的证据表明，植物细胞外囊泡（PEVs）在其所载miRNA货物的运输和保护中发挥重要作用。支持跨界RNA沉默的最强证据来自植物—病原体系统，其中PEVs将调控性sRNA转运进入入侵病原体，以沉默与毒力和致病性相关基因的活性。伴随这些发现，PEVs作为植物—动物通讯的潜在介质以及治疗性RNA递送的天然纳米载体正受到更多关注。多项研究报告植物来源miRNA可在动物组织中检测到，并保持功能以调控与癌症、病毒感染、炎症和代谢相关的靶基因表达。然而，膳食植物miRNA摄取的生理意义仍高度争议。部分研究提供支持跨界调控的证据，另一些报告则显示摄取有限、生物利用度低以及宿主组织中最终浓度不足以引发任何具有生物学相关性的效应。因此，植物—动物miRNA转移仍是RNA生物学中争论最活跃的主题之一。在本综述中，研究人员概述植物和动物系统中miRNA沉默信号的生产与移动，讨论PEVs的生物发生和生物学功能，评估支持跨界RNA转移的证据，批判性评估围绕植物miRNA指导哺乳动物靶基因表达调控的争议，并对植物—动物miRNA转移的未来方向提供有依据的讨论。

1. Introduction（引言）
该部分指出miRNA是内源性小非编码RNA（sRNA），在转录后水平控制靶基因表达，参与生长、发育、环境应激和病原防御，其产生或作用异常与多种疾病相关。传统观点将miRNA视为细胞内调控因子，但植物和动物中部分miRNA可离开产生细胞，成为介导细胞、组织、远端器官乃至互作生物间通讯的可移动信号分子。细胞外囊泡（EVs）研究进一步推动了对可移动RNA信号的认识；植物细胞外囊泡（PEVs）可运输蛋白、脂质、代谢物和核酸。该文按“最小细胞外囊泡研究信息”指南将植物来源的不同细胞外囊泡亚型统称为PEVs。植物—病原体互作已提供跨界RNA信号的概念验证：病原体来源sRNA可劫持植物RNA沉默机制抑制宿主免疫，植物来源sRNA可进入入侵病原体并靶向毒力/致病性相关基因。植物来源miRNA能否在膳食摄入后调控哺乳动物基因表达仍高度争议，但PEVs因其生物相容性和货物保护能力而具有治疗性RNA递送潜力。

2. The Plant and Animal miRNA Pathways（植物与动物miRNA通路）
该部分比较植物和动物miRNA生物发生与作用机制。植物miRNA多由RNA聚合酶II（Pol II）转录自MIR基因，形成具茎环结构的主miRNA（pri-miRNA），在细胞核Dicing小体中由Microprocessor复合体（含DICER-LIKE1（DCL1）、DRB1/HYL1和SERRATE（SE））加工，依次生成前体miRNA（pre-miRNA）和miRNA/miRNA*双链；HUA ENHANCER1（HEN1）在3′末端核苷酸进行2′-O-甲基化，保护双链并增强稳定性。成熟引导链主要装载至ARGONAUTE1（AGO1）形成miRNA诱导沉默复合体（miRISC），通过mRNA切割或翻译抑制调控靶基因；miRNA*链也可能具有功能。动物miRNA一般22 nt，pri-miRNA在核内由DROSHA–DGCR8复合体加工，pre-miRNA经EXPORTIN-5（XPO5）出核，再由DICER/TRBP加工为双链；引导链装载至含AGO的miRISC，主要依赖3′非翻译区（3′ UTR）的部分互补配对，导致翻译抑制、去腺苷酸化和降解。动物miRNA因互补程度低而可调控大规模基因网络。该比较为评估植物来源miRNA在动物受体中的潜在活性提供背景。

3. miRNA Mobility in Plants and Animals（植物与动物中的miRNA移动性）
该部分讨论miRNA跨细胞移动及细胞外运输保护机制。动物中特定miRNA被选择性包装进EVs，或与AGO2及高密度脂蛋白（HDL）结合，在血液、淋巴、唾液、尿液、母乳等体液中高度稳定，并被受体细胞摄取后保持调控功能；细胞外miRNA被视为免疫细胞、干细胞、神经元、内皮细胞和肿瘤组织间通讯的重要介质，部分循环miRNA可能发挥类内分泌信号作用。植物中长距离、无囊泡的miRNA移动已被充分描述：miRNA可经胞间连丝在相邻细胞间转运，并经韧皮部进行长距离运输，协调发育和生理响应。代表性移动miRNA包括调控磷酸盐摄取与稳态的miR399、参与系统硫酸盐分配的miR395，以及调控结瘤、根系发育和氮响应信号的miR2111；葫芦科植物韧皮部汁液中多种成熟miRNA和/或前体转录本的检测支持其移动信号功能。此外，miRNA可被包装进PEVs进入细胞外环境，保护sRNA信号并将其递送至远端受体细胞或互作生物；植物—病原体互作中PEVs携带宿主sRNA进入真菌病原体并抑制毒力/致病性基因，是天然跨界RNA沉默的典型例子。植物和动物均具备细胞外RNA运输系统，提示可移动miRNA通讯是趋同的生物学策略。

4. Biogenesis and Movement of Plant Extracellular Vesicles（植物细胞外囊泡的生物发生与移动）
该部分总结PEVs异质性及生物发生途径。PEVs是来源于多种细胞内途径的膜结合纳米囊泡，其大小、膜组成、分子货物和功能差异较大；与动物EVs相比，PEVs生物发生研究仍处早期。现有证据提示PEVs通过部分重叠的多囊泡体（MVB）、外泌体阳性细胞器（EXPO）和自噬相关途径生成，各途径贡献随发育阶段和环境条件变化。正常生长下MVB途径被视为主要途径：内体限膜向内出芽形成腔内囊泡（ILVs），该过程依赖内体分选转运复合体（ESCRT）进行膜重塑和货物分选；成熟MVB与质膜融合，将ILVs作为外泌体样囊泡释放至质外体。植物ESCRT同源蛋白及FREE1等植物特异性适应参与货物分选。EXPO途径产生富含EXO70E2的双膜结构，介导非常规蛋白分泌，其来源囊泡可携带应激相关货物并参与防御。自噬相关运输亦参与PEV生物发生，破坏ATG5等核心自噬组分可改变特定PEV亚群分泌。PEVs需穿越刚性细胞壁到达质外体，可能通过细胞壁纳米孔、囊泡瞬态变形及囊泡相关酶局部重塑细胞壁等模型实现；蛋白质组分析显示PEVs富集糖苷水解酶、多糖重塑酶和细胞壁相关蛋白，近期还发现木质素相关酶和代谢物，提示其在细胞壁组装、重塑和防御中的作用。进入质外体后，PEVs介导植物内及互作生物间的系统通讯，特定miRNA可被选择性包装并递送至受体组织。

5. Evidence Across Health and Disease for Plant-to-Animal Gene Expression Regulation by Plant-Derived miRNAs（植物来源miRNA调控植物—动物基因表达的跨健康与疾病证据）
该部分总起指出，植物来源miRNA能否调控哺乳动物基因表达是RNA生物学争议焦点，分歧源于摄取、生物利用度、丰度和生物活性报告不一致；PEVs因可从多种植物分离、稳定性好、携带多样生物活性货物、生物相容性低免疫原性及跨界递送能力而受关注。最初证据为水稻Osa-miR168a可在喂食富含水稻饲料的小鼠血清和组织中检测到，并抑制LDLRAP1表达、改变低密度脂蛋白代谢。后续研究可按靶宿主基因功能分为癌症、心血管与代谢、肠道生理与微生物组信号、免疫/炎症和神经过程五类；许多报道涉及少数高丰度膳食miRNA，提示特定植物miRNA可能具有跨哺乳动物系统的保守分子活性。

5.1. Cancer Regulation（癌症调控）
该部分总结植物miRNA在癌症中的证据。大豆Gma-miR159a通过抑制TCF7表达抑制乳腺癌异种移植瘤生长，anti-miR159a可部分逆转其治疗作用，支持Gma-miR159a/TCF7模块。其他大豆miRNA可抑制人结肠Caco-2癌细胞增殖并促进凋亡而不影响正常黏膜细胞。多个植物miRNA汇聚于Wnt/β-catenin网络：玉米Zma-miR156和保守miR167e分别靶向WNT10B和β-CATENIN转录本，降低IPEC-J2和Caco-2细胞增殖；西兰花Bol-miR156a靶向JAM-A，抑制鼻咽癌细胞上皮—间质转化、迁移和侵袭，JAM-A调控Akt/β-catenin信号。其他例子包括枸杞Lba-miR166a靶向细胞周期调控因子和STK39，抑制肾细胞癌和三阴性乳腺癌；玉米Zma-miR166a-3p靶向APLNR，抑制乳腺癌生长，作用可被血清来源EVs增强并被特异antagomir逆转；西兰花PEV相关Bol-miR167a靶向IRS1诱导胰腺癌细胞凋亡；木薯Mes-miR395e降低PD-L1；大豆Gma-miR4995和蒺藜苜蓿Mtr-miR5754分别靶向致癌lncRNA NEAT1和MALAT1。金银花Lpe-miR2911靶向TGF-β1抑制结直肠肿瘤并增强CD4⁺和CD8⁺ T细胞活化浸润；保守miR171靶向GNA12调节PI3K/Akt/mTOR。橄榄来源sRNA与哺乳动物miR34a相似，可能作为功能模拟物。总体提示植物miRNA可影响细胞周期、免疫逃逸、转移和凋亡及TGF-β、mTOR等信号枢纽，但并非所有机制均直接调控独特动物靶基因。

5.2. Cardiovascular and Metabolic Regulation（心血管与代谢调控）
该部分总结植物miRNA对脂质稳态、血管炎症、糖代谢和能量调节的潜在作用。该领域源于膳食植物miRNA调控潜力的最初报道。合成西兰花Bol-miR156a可靶向JAM-A；在内皮细胞中抑制JAM-A可减少单核细胞募集和炎症通路激活，提示潜在抗动脉粥样硬化作用。比较生物信息和实验分析鉴定出若干保守植物miRNA，其预测或验证靶点参与脂质代谢、葡萄糖利用和产热。miR8126可靶向QKI和MAPKAPK2，后者与肝脏脂质蓄积和炎症信号相关；植物来源miR6262被预测调控RXRA，RXRA是脂质代谢和能量稳态的关键转录调节因子。人参来源Asi-miR156口服与小鼠糖原储存增强、葡萄糖代谢改善和免疫相关生物标志物调节相关。大蒜来源PEVs携带Asa-miR396e，靶向PFKFB3，PFKFB3是糖酵解和细胞能量代谢的关键调节因子，提示囊泡相关miRNA可通过代谢重编程影响葡萄糖利用和细胞生物能量学。

5.3. Gut Physiology and Microbiome-Mediated Signalling（肠道生理与微生物组介导信号）
该部分总结肠道作为膳食miRNA与宿主首要接触部位，可能提高生物相关功能可能性。Zma-miR156和Zma-miR167e除癌症外也通过Wnt相关通路参与肠道生长调控，提示跨界调控可能偏好保守发育和稳态网络。生姜PEVs可被胃肠道共生菌选择性摄取，Zof-miR7267靶向细菌色氨酸代谢基因，促进吲哚衍生物产生，刺激IL-22分泌并保护小鼠抵抗实验性结肠炎，建立了植物miRNA通过微生物中间体间接影响宿主生理的模型。Osa-miR168a可耐受胃肠消化，口服后缓解葡聚糖硫酸钠诱导结肠炎，减少炎症、恢复肠屏障、改变肠道微生物组成并增加Bifidobacterium和Akkermansia丰度，促进短链脂肪酸产生。西兰花PEVs富集Bol-miR159与肠道微生物总体丰度和多样性变化相关；花椰菜Bol-miR2911靶向细菌atpD等基因促进有益Bifidobacterium生长。提示植物miRNA可通过选择性调控细菌基因表达塑造肠道微生物生态系统，胃肠道可能是生物相关植物—动物miRNA通讯最合理部位之一，尤其对PEV递送RNA货物。

5.4. Viral Infection, Immune, and Inflammatory Responses（病毒感染、免疫与炎症反应）
该部分总结植物miRNA对病毒复制和宿主免疫炎症的影响。最广泛研究的抗病毒植物miRNA为金银花中富集的Lja-miR2911，可直接结合H1N1、H5N1和H7N9等甲型流感病毒转录本，抑制病毒蛋白表达、降低复制并改善感染结局；其在煎煮中稳定、口服后进入循环、优先积累于肺组织并体内发挥抗病毒作用。Lja-miR2911还靶向肠道病毒71型（EV71）、水痘—带状疱疹病毒（VZV）和人乳头瘤病毒（HPV）等，显示跨RNA和DNA病毒的广谱活性；在EV71中靶向保守VP1基因，结合位点突变可消除抗病毒效应；在VZV中靶向IE62转录本，突变靶位点或使用anti-miR2911均可消除活性，支持序列特异性机制。在HPV16/18阳性宫颈癌细胞中，Lja-miR2911靶向E6和E7，抑制增殖并激活E6/E7-p53-caspase-3凋亡轴；生物信息、细胞和临床研究提示其可靶向SARS-CoV-2基因组，EVs介导递送可抑制体外复制，金银花煎剂摄入后血清EVs仍具抗病毒活性，并加速患者病毒清除。免疫调节方面，野草莓Fve-miR168等sRNA可结合TLR3转录本、抑制TRIF信号，降低树突状细胞活化、T细胞增殖和炎性细胞因子产生；多种植物sRNA组分具类似活性，植物sRNA提取物可减轻实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）小鼠疾病严重程度。天麻Gel-miR01和Gel-miR02靶向TNFAIP3/A20，A20是NF-κB信号负调控因子，口服后可在多种小鼠组织检测到并与A20表达降低相关。

5.5. Neurological Processes（神经过程）
该部分总结植物来源miRNA和PEV相关miRNA对中枢神经系统保守通路的影响。相关研究较少，但提示其可调控神经元存活、应激响应等过程，并涉及跨越血脑屏障这一RNA治疗关键挑战。最早例子为颠茄Aba-miR9497与哺乳动物神经元相关miR378具有较高序列同源性，二者均可靶向ZNF691转录本3′ UTR；Aba-miR9497可降低人神经胶质细胞ZNF691表达，提示植物miRNA可通过进化保守的靶序列识别与哺乳动物内源调控网络互作。近期三七（Panax notoginseng）来源PEVs可跨越血脑屏障，通过向受体神经元递送植物miRNA货物促进缺血性卒中恢复；治疗可减小梗死体积、改善行为结局并恢复神经元形态和电生理活动。机制上，多种保守植物miRNA（包括miR156、miR167、miR396和miR403）被预测靶向应激颗粒相关基因G3BP2、UBAP2L和LSM14A；这些表达改变与病理应激颗粒形成抑制、mTOR信号激活和蛋白合成通路恢复相关，并伴随Bcl-2/TOM20轴调节改善线粒体稳定性和减少神经元凋亡。该研究支持植物来源miRNA与宿主mRNA直接互作，并提示治疗效应主要归因于其携带的miRNA货物。

6. Controversies and Future Directions of Plant-to-Animal miRNA Transfer（植物—动物miRNA转移的争议与未来方向）
该部分总结核心争议及未来方向。核心问题是动物能否以功能相关浓度吸收植物miRNA并在组织中积累至可装载miRISC并调控靶基因的水平。支持与反对证据并存，后者强调技术伪影、污染、方法差异或特定实验条件。植物—动物miRNA转移应视为多步骤过程：耐受食品加工和胃肠消化、被吸收或运输至生物相关部位、进入受体细胞并接触AGO-miRISC、以足够效力调控靶转录本。植物miRNA的2′-O-甲基化可能增强其在加工、消化和细胞外运输中的持久性，且不与动物RNA沉默通路不相容，因为piRNA亦为2′-O-甲基化；但其对动物AGO装载效率、靶识别和下游调控的影响未明。该文提出三种非互斥模型：植物miRNA采用类哺乳动物种子区识别；保留对广泛互补性的偏好（可能性较低，因动物AGO主要依赖种子区）；作为内源哺乳动物miRNA的模拟物。生物利用度和化学计量是主要关切：膳食摄入后浓度可能因加工、消化、降解和循环稀释而大幅下降，低水平可能不足以竞争内源miRNA；许多阳性研究使用浓缩RNA、纯化PEVs、药用植物提取物或合成miRNA模拟物，不完全反映正常膳食暴露。另一方面，水稻miR168a、金银花miR2911和西兰花miR159等显示口服后保留生物活性，部分可调节肠道微生物；但稳定性不等于吸收、分布和宿主基因调控。检测可重复性亦受关注，需严格对照、标准化流程和绝对拷贝数定量。摄取机制可能从“裸RNA”假说转向囊泡介导通讯模型，PEVs可保护RNA货物、促进肠道细胞摄取并跨越生物屏障。直接与间接机制尚不确定，肠道微生物介导的间接效应可能更合理。靶识别进化基础未明，多个研究汇聚于Wnt/β-catenin、炎症、细胞周期和代谢稳态等通路，可能反映真实保守性或靶预测偏倚。未来需定量药代动力学、体内靶标验证和因果性证明，并区分PEV治疗平台与膳食植物miRNA转移问题。尽管部分实验条件下植物miRNA可影响哺乳动物过程，但生理暴露、摄取机制、可重复性和体内效应幅度仍待解决。