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良好健康为何重要

联合国（UN）是一个由各国组成的国际组织, 致力于合作促进和平与发展。为实现这一愿景, 联合国制定了一系列可持续发展目标, 旨在为所有人创造一个可持续的世界。良好健康对于人们过上幸福生活至关重要, 因此第三项可持续发展目标 (SDG 3) 正是关于"良好健康与福祉:确保健康的生活方式, 促进各年龄段所有人的福祉"。SDG 3 的首要目标是确保每个人在需要时都能去医院。这是因为, 不幸的是, 并非每个人都能获得医院或医生的服务, 这使得这些人难以得到所需的帮助。其次, SDG 3 注重确保分娩安全、阻止疾病传播以及帮助人们保持身心健康。科学家在理解和阻止各种疾病方面发挥着重要作用, 助力实现这一目标。不过, 我们每个人也能通过多种方式做出贡献, 从而享受更长寿、更健康的生活（图 1）。

SDG 3 与其他可持续发展目标相互关联, 相互影响。例如, 拥有充足的健康食品（这是 SDG 2——零饥饿的目标）和清洁的水（这是 SDG 6——清洁饮水和卫生设施的目标）是保持健康的必要条件。没有优质食物和清洁的水, 人们更容易生病。良好的健康也能够促进其他目标的实现, 例如 SDG 4——优质教育, 该目标旨在让每个人都接受良好的教育并有机会不断学习。健康的儿童能够上学并学得更好。教育还能教会人们如何健康生活以及预防疾病。因此, 正如你们所见, 这些目标需要共同实现, 才能改善全世界所有人的生活。

科学如何帮助我们保持健康？

科学在帮助每个人保持健康方面发挥着重要作用。生物学是研究所有生物的科学, 它提出关于我们身体如何运转以及我们为何生病的重要问题。通过研究和寻找相关答案, 生物学家能够更好地理解疾病, 并帮助医生找到阻止疾病的方法。生物学家会研究人类、动物、植物以及所有其他生物, 而细胞生物学家则专门研究细胞——所有生物体的最小单位。

在新冠肺炎大流行期间, 细胞生物学致力于改善我们的生活。那是一场全球健康危机, 世界各地的人们纷纷开始感染一种神秘的病毒。世界各地的科学家和医生迅速开始研究这个问题。在意识到疫情是由一种新型冠状病毒引起后, 他们共同努力回答"病毒长什么样？"以及"病毒的哪些部分导致我们生病？"等重要问题。借助强大的显微镜, 他们在病毒表面发现了刺突状蛋白质。研究发现, 这些蛋白质能够使病毒进入我们的细胞并引发疾病。这一发现帮助科学家研制出疫苗, 保护世界各地的人们免受病毒感染并终结了这场大流行。这还要多亏所有前辈科学家们的辛勤研究成果！我们已掌握的一项重要知识是关于蛋白质在细胞中的制造方式以及它们的功能——这正是我们在阿卜杜拉国王科技大学健康和疾病整合 RNA 生物学实验室中的研究主题。

蛋白质的制造方式与功能

要理解蛋白质是如何制造的, 可以想象一座工厂（图 2）。制造蛋白质的蓝图存储在我们的DNA中, 这份蓝图需要送到" 建造者", 即细胞内制造蛋白质的小型结构"核糖体"手中。然而, 建造者无法理解 DNA 中编码的蓝图。特殊的蛋白质"设计师"负责读取 DNA 并创建一条名为信使 RNA（mRNA）的信息, 这是核糖体能够理解的格式。随后, 蛋白质在体内执行各种功能, 例如指挥细胞行动、抵御入侵的病菌以及控制肌肉运动。

肌肉是控制呼吸、进食、说话和移动等关键动作的器官。蛋白质是肌肉的主要组成单位。没有蛋白质, 这些重要的活动就无法进行。某些疾病, 例如癌症, 会导致肌肉蛋白质的流失, 并引起肌肉缓慢衰退, 这被称为恶病质。研究细胞生物学和蛋白质有助于科学家理解恶病质和其他肌肉疾病, 从而找出治疗方法。不过, 科学探索永无止境, 我们总能遇到新问题, 学习新知识, 哪怕是那些我们自以为完全了解的事物也是如此。在研究细胞内蛋白质如何制造的过程中, 生物学家发现了参与蛋白质生产的另一组角色。

RNA 结合蛋白:构建蛋白质的超级英雄

构建蛋白质的过程始于"设计师"用"建造者"能理解的语言编写指令, 然后这条信息被传递给"建造者", "建造者"阅读并依照指令来制造蛋白质。然而, 科学家发现, mRNA 信息在从设计师办公室到建造者工作站的途中很脆弱, 常常成为破坏这种信息的"反派"蛋白质的攻击目标, 所以 mRNA 常被视为不稳定的分子。没有 mRNA, 建造者就无法制造细胞维持身体机能和健康所需的众多蛋白质。以肌肉为例, 最初为早期肌肉细胞, 然后成长为构成强壮、健康肌肉的成熟细胞。为此, 早期肌肉细胞需要一组帮助它们成熟的蛋白质[1]。如果这些蛋白质的 mRNA 过快被分解, 人体就没有足够的蛋白质来制造站立、移动或呼吸所需的强健肌肉。如此不稳定的 mRNA 分子又怎么能制造重要蛋白质呢？

这个问题的答案, 是在生物学家识别出在旅途中抵御"反派"、保护 mRNA 信息安全的超级英雄时被发现的。这些超级英雄被称为RNA 结合蛋白（RBP）, 包括我们阿卜杜拉国王科技大学团队在内的生物学家们, 希望更多地了解 RBP 以及它们如何影响肌肉。通过一些实验, 例如在 RBP 与 mRNA 结合时将其分离, 或者阻止它们与 mRNA 相互作用, 我们发现 RBP 掌控着 mRNA 分子的命运——保护它免于降解、将它从一个地方移动到另一个地方, 甚至控制它的形状[2]。RBP 以此方式确保许多正常功能的运转, 例如肌肉成熟 [3]。 但事情没那么简单, 我们最近有一项惊人的发现:一些 RBP 可能会变成"反派"！

我们发现一种名为 HuR 的特定 RBP 与恶病质有关（图 3）。在小鼠实验中, 我们观察到当 HuR RBP 缺失时, 小鼠能够免受恶病质的侵害[4]。 这令人困惑, 因为我们一直以为 RBP 是保护者, 而非反派！随着对 HuR 的研究不断深入, 我们发现它保护了一种 mRNA, 该 mRNA 参与制造一种名为诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的蛋白质。这种蛋白质可产生一种叫做一氧化氮的分子, 该分子在肌肉中因疾病信号而产生, 可干扰能量生成, 导致肌肉流失[5]。这就好比 HuR 在不知不觉中成了反派, 因为它保护了一种有害蛋白质（iNOS）的 mRNA, 纵容 iNOS 在肌肉中大肆破坏！

我们提出了一个简单的问题: 如果 iNOS 对恶病质很重要, 我们能阻止 iNOS 并帮助肌肉吗？经过研究, 我们发现, 通过使用一种能阻止 iNOS 的药物, 我们可以保护小鼠免受恶病质的侵害, 甚至帮助已经患病的小鼠康复[6]。这些发现将帮助科学家和医生开发治疗方法, 使患有恶病质的人过上更健康的生活。如果不研究 RBP, 我们就不会了解 iNOS 的作用以及阻止它的益处。这就是细胞生物学家所扮演的角色, 通过了解蛋白质构建等正常系统, 帮助识别潜在治疗靶点。

服务于人类健康与福祉的生物学

总之, 我们的研究表明, 像 HuR 和 iNOS 这样的蛋白质在肌肉分解中起着重要作用。事实上, 当我们阻止 iNOS 时, 我们成功预防了小鼠体内出现恶病质这种肌肉消耗性疾病。未来, 我们的发现有望促成能够阻止人类患上恶病质的药物问世。我们的实验室研究是什么能让肌肉保持健康, 又是什么让它们患病。研究并治疗疾病是生物学家帮助实现 SDG 3——良好健康与福祉的众多方式之一。该目标旨在确保人们能够获得医疗帮助, 让每个人的健康都得到保障。

如果喜欢超级英雄, 并想了解他们如何对抗反派, 那么你可能正适合研究活细胞并弄清楚它们的工作原理。但这份工作的价值并不仅仅是观察超级英雄战斗那么简单——生物学还能让我们帮助人们变得更健康、更幸福！

术语表

蛋白质 (Protein): ↑ 生物体内的微小构建单元, 支撑并促进机体生长。

DNA: ↑ 每个生物体内携带的特殊代码, 包含关于身体如何生长、运转以及呈现何种外貌的指令。DNA 就像是构建个人身体的蓝图！

信使 RNA (mRNA) (Messenger RNA (mRNA)): ↑ 一种分子, 将遗传指令从 DNA 携带到细胞中负责制造蛋白质的部分。

恶病质 (Cachexia): ↑ 一种发生在癌症等长期疾病患者身上的肌肉病症, 会导致肌肉内的蛋白质被破坏并阻碍其修复。

结合蛋白 (RNA Binding Proteinrna): ↑ 一类与 mRNA 结合的蛋白质, 有助于移动 mRNA、保护其免于降解, 并促成 mRNA 翻译为蛋白质。

肌肉成熟 (Muscle Maturation): ↑ 早期肌肉细胞融合、自我组织并增大尺寸, 以形成强壮、健康肌肉的过程。

诱导型一氧化氮合酶 (Inducible Nitric Oxide Synthase): ↑ 一种产生一氧化氮的蛋白质, 在响应信号时产生, 特别是在恶病质期间的肌肉中。

一氧化氮 (Nitric Oxide): ↑ 一种由氮和氧组成的气体, 功能因时间和地点而异。例如, 在恶病质中, 它会导致能量失衡。

利益冲突声明

作者声明本研究不涉及任何潜在商业或财务关系。

致谢

谨向阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的 Ruben Costa 与 Nicki Talbot 致以诚挚谢意, 感谢他们在本文初期撰写与审校阶段提供的宝贵支持, 本系列的完成离不开他们的专业贡献。我们同时向 KAUST 可持续发展办公室与联合国开发计划署沙特阿拉伯国家办公室表示谢意, 感谢他们始终致力于提升公众对联合国可持续发展目标（SDG）的认知, 共同推动世界走向更可持续的未来。本文中的图表使用 Biorender.com 和 Canva.com 制作。

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