黄金大米减少VA缺乏症的研究进展

陈思敏，张印红

（兰州大学公共卫生学院，甘肃兰州730010）

黄金大米（Golden Rice）是一种新型转基因大米，其β-胡萝卜素的含量是普通大米的23 倍[1]，因大米在抛光后呈黄色而得名。普通抛光大米中不含有β-胡萝卜素，糙米中含有微量的β-胡萝卜素。在转基因大米中有3 个新插入的基因编码，分别表达茄红素合成酶（PSY）和胡萝卜素脱氢酶（CRTI）以调控β-胡萝卜素蛋白在胚乳中的合成途径，3 个外源基因片段分别来自水仙花和土壤中的欧文氏菌。这项实验是由Potrykus（瑞士联邦理工学院）和Beyer（德国弗莱堡大学）等人于1999年研究所得[2]，并于次年公布研究结果。这类通过外源基因调控食物中微量元素合成的实验被称为“生物营养强化”[3]。英国先正达公司最早获得培育黄金大米的专利，并免费向亚洲部分地区的实验室提供这种大米品种，供它们进行试种和推广，以解决这些以大米为主食的发展中国家儿童VA缺乏症和营养不良问题。黄金大米是基因工程用于丰富主食作物营养的典型，本文对黄金大米缓解VA缺乏症的有效性、实用性、食用安全性和社会经济效益的研究进展进行综述。

1 VA 缺乏症概况

世界卫生组织调查数据显示：在全球范围内，约有1.4 亿学龄前儿童和700 万孕妇患有VA缺乏症，每年因VA缺乏症导致300 万儿童死亡[4]，这些患者主要分布在非洲和东南亚的一些发展中地区。临床上，缺乏VA可导致儿童生长发育迟缓，夜盲症，大面积黏膜损伤及其它伴随微量营养素缺乏的疾病，如贫血症等；另外，VA不足会降低机体免疫力，由此大大增加了儿童常见感染病如呼吸系统感染、腹泻病和荨麻疹的发病率。孕妇缺乏VA会影响胎儿的生长和生殖功能发育，严重会引起流产[5]。

VA主要来源于动物制品和深色叶类蔬菜。在发展中国家，由于贫穷导致的食品消费力有限加上缺乏健康饮食的意识造成人们饮食不均衡、缺乏多样性，仅靠大米为主要食物并不能满足处在生长发育期儿童的营养需求，这将对他们未来的身体健康造成不可逆的影响。20 世纪80年代中期，在印尼、印度和加纳地区已被证明改善儿童的VA营养状况可以显著降低儿童死亡率[6]。为了加快减少世界范围VA缺乏症（VAD）的进度，世界卫生组织、联合国儿童基金会、加拿大国际开发署（CIDA）、美国国际开发署（USAID）和微营养素协会于1998年发起全球补充VA倡议：通过多样化饮食，食用补充剂和加工营养强化食品等干预措施防治VA缺乏症[7]。相关的流行病监控数据表明这些干预措施对降低营养失调的比例起到一定作用，但营养不良的问题尚未完全解决。Potrykus 等研究者意识到，大米作为日常营养素和能量的主要来源，提高其中的β-胡萝卜素含量可以更有效的解决以大米为主食人群的VA缺乏症，“黄金大米”可持续的补充传统VA缺乏症干预措施的不足，同时潜在大幅提高主食的食用多样性[3]。

2 黄金大米中VA 的有效性

VA在人体内的吸收和转化效果取决于其所在化合物结构的复杂程度和周围可利用的脂肪含量。大米中的淀粉易溶于口腔和肠道，且胚乳中含有少量的脂肪，与含有大量的植物纤维和零脂肪的深色蔬果相比较，黄金大米中的VA转化率较高[8]。黄金大米中的β-胡萝卜素含量为1.6 μg/g～3.0 μg/g，在储存和蒸煮过程中损失10%～25%[9-10]。2012年8月，塔夫茨大学研究表明：黄金大米中的β-胡萝卜素在人体中转化率为8 ∶1，等同于油脂中β-胡萝卜素在人体内的转化率，而深色蔬果的VA转化率为仅为12 ∶1[11]。美国临床营养学杂志发表了一篇关于黄金大米中VA的研究，通过同位素标记法和质谱分析法测得：对健康的成人来说，100 g新鲜的黄金大米可提供500 μg～800 μg 的视黄醇，相当于男性和女性日常平均需要量的80%～100%、推荐摄入量的55%～70%。对于4～8 岁的儿童，50 g 黄金大米可以提供VA的每日平均摄入量（275 μg/d 视黄醇）90%以上[11]。另一方面，也有观点认为，黄金大米对减轻VAD 不一定有效，有以下几个因素：β-胡萝卜素的消化，吸收和运输需要有一定量蛋白质和脂肪的储存。事实证明，大量患有VA缺乏的儿童也患有蛋白质和脂肪供给不足及肠道感染疾病，从而干扰β 胡萝卜素的转化率，并影响其吸收效果[12]。对于以上质疑，黄金大米在VA缺乏症患者体内的吸收转化效果还有待进一步研究。

此外，有研究表明小剂量的VA或β-胡萝卜素可以增加身体对谷物中内源性非血基质铁的吸收。因此，食用富含β-胡萝卜素的转基因大米能减轻因以大米作为热量和能量的主要来源的人群的VA缺乏和缺铁性贫血症[13]。

3 黄金大米对减缓VA 缺乏症的实用性

3.1 消费者的态度

尽管开发黄金大米旨在减少人群的VA缺乏情况，但大部分消费者对新型转基因食品缺乏科学的认识，因而保持谨慎的态度。在转基因食品的长期安全性还无法得到保障的情况下，我国消费者的态度和日本、欧盟等地的消费者的态度一致，对于“非转基因食品”的偏好明显。目前，在消费者完全知情情况下参与食用黄金大米的调查还未大量开展。比起含有丰富营养的糙米，大多数亚洲人更喜欢抛光的白米。虽然有关进一步提高黄金大米中VA含量的实验还在继续中，但任何影响都是双面的，比如维生素含量的增高可能会影响大米的味道，从而影响消费者的选择行为。因此，在黄金大米投入食用前，还需要大量开展相关的宣传教育活动，让消费者以科学的态度对待转基因食品，合理利用它以帮助减少VA缺乏问题[14]。另外，黄金大米在不以大米为主食的非洲-撒哈拉地区接受率也不高。虽然这些地区的VA缺乏症患病率相当高[15]。

3.2 黄金大米投放合法化

黄金大米从研发成功至今已近10年，但由于未通过投放市场合法化的标准，还不能在一些发展中国家广泛种植，这导致每年数以万计的VA缺乏症患者不能被及时救治而失去生命[16]。一旦黄金大米投放的程序建立，达到监管要求，获得批准是很快的，但是这些负责建立和维护法规的机构干扰了黄金大米的投放程序，他们对转基因食品的立场使得申请批准必须特别严格[17]。大部分欧盟国家，非政府组织，及许多媒体对转基因食品的安全性持否定态度，这对发展中国家政府和社会的态度造成负面影响。很多非洲国家在此影响下也不接受转基因粮食的援助或采取措施防止转基因粮食作物的种植和传播。印度的大米出口商联合会也强烈呼吁香米种植大省不允许发展及种植转基因大米[18]。黄金大米由于未通过相关法规的许可而不能广泛种植，这对穷人生活和福利的损害是巨大的，而非那些负责建立和维护法规的富裕的西方社会。黄金大米人道主义委员会认为以一些小的风险和假设为理由而推迟先进科技的运用，欧盟一些国家严格设立监管机制，有些要求甚至以目前的科研方法不能解决，导致成千上万的人不必要死亡或患有严重健康问题（如不可逆转的失明），而不是健康和富有成效的生活[19]不符合人道主义的标准。鉴于这一事实，我们不能只考虑食物丰富的欧洲消费者的敏感性，而更需要考虑那些生命和健康被营养不良困扰的人群（每天因此24000 例死亡）。尽管黄金大米不能扭转世界各地存在的健康或经济的不平等，但如果那反转基因作物组织可以接受，却可以改善世界的营养不良问题[19]。

3.3 黄金大米食用安全性

黄金大米在为人类缓解VA缺乏症的同时，公众对它的食用安全性仍有争议。第一个转基因生物发明于30年前，数百万人已经吃了转基因植物或其相关产品，并没有对人体的健康产生影响。对于评价黄金大米的食用安全性包括：①转基因的直接影响，包括营养成分、毒性或增加食品过敏物质的可能。引入水稻中的新基因表达的蛋白质可能是致敏原；或者在大米中新基因与其他蛋白发生交叉反应，或过度表达而引起过敏反应，特别是对儿童和具有过敏体质的成人，但目前尚无外源基因编码蛋白质有过敏性的直接证据[20]。2006年，内布拉斯加大学通过生物信息学方法鉴定黄金大米中插入基因片段表达的蛋白质同所有潜在过敏风险蛋白的交叉反应风险，同时运用BLASTP 鉴定与报道过敏蛋白的同源性。结果显示，在黄金大米中，由插入基因合成的蛋白中没有发现任何过敏原[21]。②黄金大米经由胃肠道的吸收而将基因转移至肠道微生物中，从而对人体健康造成影响。Guanwen Tang 在研究黄金大米中VA的有效性时，对食用黄金大米的志愿者跟踪观察一定时间后，并没有发现任何过敏反应或胃肠道紊乱疾病。但是该研究结果的局限性在于对志愿者只提供了单一的食物，关于黄金大米对人类的安全性还需要做更长时间的调查研究和大量的累积食用得出明确结论[11]。目前还没有相关黄金大米毒理的实验研究，Gruere 等通过小鼠急性毒性试验、大鼠长期毒性试验、小鼠微核试验和精子致畸试验验证了携带溶菌酶基因、NPT—II 标记外源基因的转基因大米无明显的毒性和致畸作用[22]。Keiko 对比了饲喂转基因大米和非转基因大米的小鼠一般免疫毒理指标（体重、脏体比、血常规、白细胞分类）、细胞免疫指标（T 淋巴细胞分类、迟发型皮肤变态反应）、体液免疫指标（PFC、血清抗体滴度）以及巨噬细胞功能检测（腹腔巨噬细胞吞噬鸡红细胞试验）来看，均未发现有明显差异，说明转基因大米和传统的母系非转基因大米对小鼠的免疫系统的影响具有实质等同性[23]。但是，由于转基因技术仍处于发展过程中，国际上生物安全方面评估技术尚不成熟。用实验动物进行的黄金大米的安全评价经常受到许多除了该食物之外的不确定因素的影响，而人体在长期服用小剂量黄金大米的实验需要符合相关伦理学标准，也造成黄金大米毒理学评价的滞后。

3.4 黄金大米对减缓VA 缺乏症的预期社会经济效益

黄金大米是第一例转基因技术用于解决发展中国家营养不良问题的典型。黄金大米的受益人群中，贫困者占了相当大的比例，它的开发和投放并没有利益的驱动，而是旨在把种子免费发给发展中国家的农民，让他们合法种植和食用。据世界银行估算，到目前为止，传统干预措施中最有效的是免费发放VA补充剂，美国援助组织（USAID）支持的VA补充剂项目在尼泊尔、菲律宾等亚洲国家已开展多年[24]。Fiedker 等人通过统计数据分析：VA补充剂的实际成本是人均每年$7.50-9.00，且该项目需要其他方面投入大量经费，因此，政府很难长期提供财政支持；投放营养强化面粉成本为人均每年$3-5，况且穷人对面粉的消费还是有限的。投放黄金大米只有$3，其中这3 美元包含了之前黄金大米的研发，生物安全试验及后期的宣传教育所有方面的花费，农民在没有后续性的费用支出情况下可无限培育；在福利收益的同时伴随着农业生产率的提高是黄金大米的另一优势[20]。2007年，在菲律宾，孟加拉国，印度通过实验性小范围投放黄金大米，表明黄金大米的开发成本显著低于其给人们带来的福利和改善健康的收益成本[25-27]。印度最新调查数据也表明，在一个政府全力支持黄金大米投放的区域内，黄金大米投放3年可以减少一半以上VAD 儿童数量，同时也能节省相当大其它干扰措施花费的比重[26]。在菲律宾的一项现场调查中，发现黄金大米可减少25%的妇女VA缺乏症和11%的儿童VA缺乏症，主要原因是儿童的大米摄入量少于成人，且对贫困家庭的益处显著高于高收入家庭[28-29]。

4 结论

黄金大米在过去的几年中已经取得重大进展，直到今天，还没有研究确定这种新型大米在单独食用或搭配食用，长时间还是短时间食用能发挥最大作用。通过给小范围的VA缺乏人群投放黄金大米，其以较低的成本，较高的生物利用率，能有效和显著的减缓VA缺乏症。但微量营养元素缺乏是由经济、社会、文化几个方面的因素引起的，生物技术并不是一颗神奇的万能药，黄金大米不能取代其他干扰措施如：营养强化食品，营养补充剂，或饮食多样性宣传计划。它应该被当成对抗VA缺乏症的一种补充措施[30]。未来可以研究通过多种途径解决VA缺乏症，根据患病人群的生活环境选择最合适的方法。补充剂和营养强化食品对城市的人群，VA喂养项目针对特定的目标群体，黄金大米则对农村有相对较广的覆盖范围[31]。

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