黃金大米減少VA缺乏癥的研究進展

陳思敏，張印紅

（蘭州大學公共衛生學院，甘肅蘭州730010）

黃金大米（Golden Rice）是一種新型轉基因大米，其β-胡蘿卜素的含量是普通大米的23 倍[1]，因大米在拋光后呈黃色而得名。普通拋光大米中不含有β-胡蘿卜素，糙米中含有微量的β-胡蘿卜素。在轉基因大米中有3 個新插入的基因編碼，分別表達茄紅素合成酶（PSY）和胡蘿卜素脫氫酶（CRTI）以調控β-胡蘿卜素蛋白在胚乳中的合成途徑，3 個外源基因片段分別來自水仙花和土壤中的歐文氏菌。這項實驗是由Potrykus（瑞士聯邦理工學院）和Beyer（德國弗萊堡大學）等人于1999年研究所得[2]，并于次年公布研究結果。這類通過外源基因調控食物中微量元素合成的實驗被稱為“生物營養強化”[3]。英國先正達公司最早獲得培育黃金大米的專利，并免費向亞洲部分地區的實驗室提供這種大米品種，供它們進行試種和推廣，以解決這些以大米為主食的發展中國家兒童VA缺乏癥和營養不良問題。黃金大米是基因工程用于豐富主食作物營養的典型，本文對黃金大米緩解VA缺乏癥的有效性、實用性、食用安全性和社會經濟效益的研究進展進行綜述。

1 VA 缺乏癥概況

世界衛生組織調查數據顯示：在全球范圍內，約有1.4 億學齡前兒童和700 萬孕婦患有VA缺乏癥，每年因VA缺乏癥導致300 萬兒童死亡[4]，這些患者主要分布在非洲和東南亞的一些發展中地區。臨床上，缺乏VA可導致兒童生長發育遲緩，夜盲癥，大面積黏膜損傷及其它伴隨微量營養素缺乏的疾病，如貧血癥等；另外，VA不足會降低機體免疫力，由此大大增加了兒童常見感染病如呼吸系統感染、腹瀉病和蕁麻疹的發病率。孕婦缺乏VA會影響胎兒的生長和生殖功能發育，嚴重會引起流產[5]。

VA主要來源于動物制品和深色葉類蔬菜。在發展中國家，由于貧窮導致的食品消費力有限加上缺乏健康飲食的意識造成人們飲食不均衡、缺乏多樣性，僅靠大米為主要食物并不能滿足處在生長發育期兒童的營養需求，這將對他們未來的身體健康造成不可逆的影響。20 世紀80年代中期，在印尼、印度和加納地區已被證明改善兒童的VA營養狀況可以顯著降低兒童死亡率[6]。為了加快減少世界范圍VA缺乏癥（VAD）的進度，世界衛生組織、聯合國兒童基金會、加拿大國際開發署（CIDA）、美國國際開發署（USAID）和微營養素協會于1998年發起全球補充VA倡議：通過多樣化飲食，食用補充劑和加工營養強化食品等干預措施防治VA缺乏癥[7]。相關的流行病監控數據表明這些干預措施對降低營養失調的比例起到一定作用，但營養不良的問題尚未完全解決。Potrykus 等研究者意識到，大米作為日常營養素和能量的主要來源，提高其中的β-胡蘿卜素含量可以更有效的解決以大米為主食人群的VA缺乏癥，“黃金大米”可持續的補充傳統VA缺乏癥干預措施的不足，同時潛在大幅提高主食的食用多樣性[3]。

2 黃金大米中VA 的有效性

VA在人體內的吸收和轉化效果取決于其所在化合物結構的復雜程度和周圍可利用的脂肪含量。大米中的淀粉易溶于口腔和腸道，且胚乳中含有少量的脂肪，與含有大量的植物纖維和零脂肪的深色蔬果相比較，黃金大米中的VA轉化率較高[8]。黃金大米中的β-胡蘿卜素含量為1.6 μg/g～3.0 μg/g，在儲存和蒸煮過程中損失10%～25%[9-10]。2012年8月，塔夫茨大學研究表明：黃金大米中的β-胡蘿卜素在人體中轉化率為8 ∶1，等同于油脂中β-胡蘿卜素在人體內的轉化率，而深色蔬果的VA轉化率為僅為12 ∶1[11]。美國臨床營養學雜志發表了一篇關于黃金大米中VA的研究，通過同位素標記法和質譜分析法測得：對健康的成人來說，100 g新鮮的黃金大米可提供500 μg～800 μg 的視黃醇，相當于男性和女性日常平均需要量的80%～100%、推薦攝入量的55%～70%。對于4～8 歲的兒童，50 g 黃金大米可以提供VA的每日平均攝入量（275 μg/d 視黃醇）90%以上[11]。另一方面，也有觀點認為，黃金大米對減輕VAD 不一定有效，有以下幾個因素：β-胡蘿卜素的消化，吸收和運輸需要有一定量蛋白質和脂肪的儲存。事實證明，大量患有VA缺乏的兒童也患有蛋白質和脂肪供給不足及腸道感染疾病，從而干擾β 胡蘿卜素的轉化率，并影響其吸收效果[12]。對于以上質疑，黃金大米在VA缺乏癥患者體內的吸收轉化效果還有待進一步研究。

此外，有研究表明小劑量的VA或β-胡蘿卜素可以增加身體對谷物中內源性非血基質鐵的吸收。因此，食用富含β-胡蘿卜素的轉基因大米能減輕因以大米作為熱量和能量的主要來源的人群的VA缺乏和缺鐵性貧血癥[13]。

3 黃金大米對減緩VA 缺乏癥的實用性

3.1 消費者的態度

盡管開發黃金大米旨在減少人群的VA缺乏情況，但大部分消費者對新型轉基因食品缺乏科學的認識，因而保持謹慎的態度。在轉基因食品的長期安全性還無法得到保障的情況下，我國消費者的態度和日本、歐盟等地的消費者的態度一致，對于“非轉基因食品”的偏好明顯。目前，在消費者完全知情情況下參與食用黃金大米的調查還未大量開展。比起含有豐富營養的糙米，大多數亞洲人更喜歡拋光的白米。雖然有關進一步提高黃金大米中VA含量的實驗還在繼續中，但任何影響都是雙面的，比如維生素含量的增高可能會影響大米的味道，從而影響消費者的選擇行為。因此，在黃金大米投入食用前，還需要大量開展相關的宣傳教育活動，讓消費者以科學的態度對待轉基因食品，合理利用它以幫助減少VA缺乏問題[14]。另外，黃金大米在不以大米為主食的非洲-撒哈拉地區接受率也不高。雖然這些地區的VA缺乏癥患病率相當高[15]。

3.2 黃金大米投放合法化

黃金大米從研發成功至今已近10年，但由于未通過投放市場合法化的標準，還不能在一些發展中國家廣泛種植，這導致每年數以萬計的VA缺乏癥患者不能被及時救治而失去生命[16]。一旦黃金大米投放的程序建立，達到監管要求，獲得批準是很快的，但是這些負責建立和維護法規的機構干擾了黃金大米的投放程序，他們對轉基因食品的立場使得申請批準必須特別嚴格[17]。大部分歐盟國家，非政府組織，及許多媒體對轉基因食品的安全性持否定態度，這對發展中國家政府和社會的態度造成負面影響。很多非洲國家在此影響下也不接受轉基因糧食的援助或采取措施防止轉基因糧食作物的種植和傳播。印度的大米出口商聯合會也強烈呼吁香米種植大省不允許發展及種植轉基因大米[18]。黃金大米由于未通過相關法規的許可而不能廣泛種植，這對窮人生活和福利的損害是巨大的，而非那些負責建立和維護法規的富裕的西方社會。黃金大米人道主義委員會認為以一些小的風險和假設為理由而推遲先進科技的運用，歐盟一些國家嚴格設立監管機制，有些要求甚至以目前的科研方法不能解決，導致成千上萬的人不必要死亡或患有嚴重健康問題（如不可逆轉的失明），而不是健康和富有成效的生活[19]不符合人道主義的標準。鑒于這一事實，我們不能只考慮食物豐富的歐洲消費者的敏感性，而更需要考慮那些生命和健康被營養不良困擾的人群（每天因此24000 例死亡）。盡管黃金大米不能扭轉世界各地存在的健康或經濟的不平等，但如果那反轉基因作物組織可以接受，卻可以改善世界的營養不良問題[19]。

3.3 黃金大米食用安全性

黃金大米在為人類緩解VA缺乏癥的同時，公眾對它的食用安全性仍有爭議。第一個轉基因生物發明于30年前，數百萬人已經吃了轉基因植物或其相關產品，并沒有對人體的健康產生影響。對于評價黃金大米的食用安全性包括：①轉基因的直接影響，包括營養成分、毒性或增加食品過敏物質的可能。引入水稻中的新基因表達的蛋白質可能是致敏原；或者在大米中新基因與其他蛋白發生交叉反應，或過度表達而引起過敏反應，特別是對兒童和具有過敏體質的成人，但目前尚無外源基因編碼蛋白質有過敏性的直接證據[20]。2006年，內布拉斯加大學通過生物信息學方法鑒定黃金大米中插入基因片段表達的蛋白質同所有潛在過敏風險蛋白的交叉反應風險，同時運用BLASTP 鑒定與報道過敏蛋白的同源性。結果顯示，在黃金大米中，由插入基因合成的蛋白中沒有發現任何過敏原[21]。②黃金大米經由胃腸道的吸收而將基因轉移至腸道微生物中，從而對人體健康造成影響。Guanwen Tang 在研究黃金大米中VA的有效性時，對食用黃金大米的志愿者跟蹤觀察一定時間后，并沒有發現任何過敏反應或胃腸道紊亂疾病。但是該研究結果的局限性在于對志愿者只提供了單一的食物，關于黃金大米對人類的安全性還需要做更長時間的調查研究和大量的累積食用得出明確結論[11]。目前還沒有相關黃金大米毒理的實驗研究，Gruere 等通過小鼠急性毒性試驗、大鼠長期毒性試驗、小鼠微核試驗和精子致畸試驗驗證了攜帶溶菌酶基因、NPT—II 標記外源基因的轉基因大米無明顯的毒性和致畸作用[22]。Keiko 對比了飼喂轉基因大米和非轉基因大米的小鼠一般免疫毒理指標（體重、臟體比、血常規、白細胞分類）、細胞免疫指標（T 淋巴細胞分類、遲發型皮膚變態反應）、體液免疫指標（PFC、血清抗體滴度）以及巨噬細胞功能檢測（腹腔巨噬細胞吞噬雞紅細胞試驗）來看，均未發現有明顯差異，說明轉基因大米和傳統的母系非轉基因大米對小鼠的免疫系統的影響具有實質等同性[23]。但是，由于轉基因技術仍處于發展過程中，國際上生物安全方面評估技術尚不成熟。用實驗動物進行的黃金大米的安全評價經常受到許多除了該食物之外的不確定因素的影響，而人體在長期服用小劑量黃金大米的實驗需要符合相關倫理學標準，也造成黃金大米毒理學評價的滯后。

3.4 黃金大米對減緩VA 缺乏癥的預期社會經濟效益

黃金大米是第一例轉基因技術用于解決發展中國家營養不良問題的典型。黃金大米的受益人群中，貧困者占了相當大的比例，它的開發和投放并沒有利益的驅動，而是旨在把種子免費發給發展中國家的農民，讓他們合法種植和食用。據世界銀行估算，到目前為止，傳統干預措施中最有效的是免費發放VA補充劑，美國援助組織（USAID）支持的VA補充劑項目在尼泊爾、菲律賓等亞洲國家已開展多年[24]。Fiedker 等人通過統計數據分析：VA補充劑的實際成本是人均每年$7.50-9.00，且該項目需要其他方面投入大量經費，因此，政府很難長期提供財政支持；投放營養強化面粉成本為人均每年$3-5，況且窮人對面粉的消費還是有限的。投放黃金大米只有$3，其中這3 美元包含了之前黃金大米的研發，生物安全試驗及后期的宣傳教育所有方面的花費，農民在沒有后續性的費用支出情況下可無限培育；在福利收益的同時伴隨著農業生產率的提高是黃金大米的另一優勢[20]。2007年，在菲律賓，孟加拉國，印度通過實驗性小范圍投放黃金大米，表明黃金大米的開發成本顯著低于其給人們帶來的福利和改善健康的收益成本[25-27]。印度最新調查數據也表明，在一個政府全力支持黃金大米投放的區域內，黃金大米投放3年可以減少一半以上VAD 兒童數量，同時也能節省相當大其它干擾措施花費的比重[26]。在菲律賓的一項現場調查中，發現黃金大米可減少25%的婦女VA缺乏癥和11%的兒童VA缺乏癥，主要原因是兒童的大米攝入量少于成人，且對貧困家庭的益處顯著高于高收入家庭[28-29]。

4 結論

黃金大米在過去的幾年中已經取得重大進展，直到今天，還沒有研究確定這種新型大米在單獨食用或搭配食用，長時間還是短時間食用能發揮最大作用。通過給小范圍的VA缺乏人群投放黃金大米，其以較低的成本，較高的生物利用率，能有效和顯著的減緩VA缺乏癥。但微量營養元素缺乏是由經濟、社會、文化幾個方面的因素引起的，生物技術并不是一顆神奇的萬能藥，黃金大米不能取代其他干擾措施如：營養強化食品，營養補充劑，或飲食多樣性宣傳計劃。它應該被當成對抗VA缺乏癥的一種補充措施[30]。未來可以研究通過多種途徑解決VA缺乏癥，根據患病人群的生活環境選擇最合適的方法。補充劑和營養強化食品對城市的人群，VA喂養項目針對特定的目標群體，黃金大米則對農村有相對較廣的覆蓋范圍[31]。

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