基因会提高D-型氨基酸含量进而对人类有害吗？
作者：姜韬（中国科学院遗传与发育生物学研究所高级工程师、教授）
链接：
https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_1772902
姜韬教授
由于面对普通公众解读此文要涉及的知识较多，尤其是D-型氨基酸第一次进入公共视野，因此这里先做背景介绍。
碳原子被称为生命的元素，它的四个用于形成化合物的电子轨道呈四面体结构，从而造成有机物中每个碳原子可以有两种构型，L-型和D-型，它们像我们的左右手一样，互为镜像而不能完全重叠，因此被称为对映异构体。
天然蛋白质都是由20种L-型氨基酸建造的。自然界中有500种不同氨基酸，除了上述20种L-型氨基酸外，其他都不是蛋白质的构造成分。
D-型氨基酸，就是L-型氨基酸的对映异构体，海洋无脊椎动物含量较高，细菌的细胞壁、脊椎动物及植物都含有D-型氨基酸。
L-型氨基酸转化为D-型氨基酸的主要方式有酶促反应、加热和碱处理。L-型氨基酸转变为D-型氨基酸则称为消旋化。
天然食物中广泛含有D-型氨基酸早期相关研究的测定表明：红酒、醋、啤酒、果汁、蜂蜜都含有D-型氨基酸，尚未烘烤的生面团也含有来自酵母发酵产生的D-型氨基酸。其中红酒和醋中的D-型氨基酸占相应氨基酸的比例可以用来测算储存时间。
反刍动物（牛，山羊，绵羊）的乳汁中，含有较高比例的游离的D-型氨基酸：D-丙氨酸，D-天门冬氨酸，D-谷氨酸，D-丝氨酸，D-赖氨酸。而D-丙氨酸，D-天门冬氨酸，D-精氨酸和D-谷氨酸存在于水果，如苹果、葡萄、柑橘中，以及蔬菜胡萝卜、番茄、卷心菜及其蔬菜汁中。
中国的特色食品——皮蛋（松花蛋）由于经过20天的4.2% 氢氧化钠和 5% 氯化钠处理（台湾工艺），卵清的蛋白中的L-型氨基酸相当比例转变成了D-型氨基酸，并产生非常见的赖丙氨酸。
台湾科学家1998年的工作显示皮蛋中的消旋化很高，碱性处理20天后，卵清中的丝氨酸，天门冬氨酸，谷氨酸和苯丙氨酸中消旋值分别为41.84%，35.74%，19.92%，和16.44%。
早在1994年，就有文章报道了食品中D-型氨基酸占总量的1-10%是常见情形。尤其是酸乳酪和干酪，100克瑞士乳酪含有70毫克D-型氨基酸。100毫升的速溶咖啡含有20毫克，100毫升的液体调味品可以含有高达600毫克的D-型氨基酸。其中乳酪是微生物作用，速溶咖啡是烘培导致，调味品是酵母提取物的水解过程产生。
在食用大豆后，人体内D-谷氨酸含量比较高，起因于肠道微生物的转化作用。
D-型氨基酸的广泛生物学功能1986年邓禄普等报道了哺乳动物体内组织含有D-天门冬氨酸，1992年桥本等发表里程碑工作，发现大鼠脑中含有丰富的D-型氨基酸。含量最高的是D-丝氨酸，D-天门冬氨酸。前者主要存在大脑中，与神经传递活动有关，后者主要存在神经内分泌和内分泌组织以及睾丸中，调控激素合成和精子发生。
体内合成D-型丝氨酸的是丝氨酸消旋酶，代谢是D-型氨基酸氧化酶；合成D-天门冬氨酸是天门冬氨酸消旋酶，代谢是D-天门冬氨酸氧化酶。通过结合N-甲基D-天门冬氨酸亚型谷氨酸受体起作用，D-丝氨酸是激动剂，D-天门冬氨酸作为拮抗剂。参与许多生理和病理过程，包括突触可塑性、学习、记忆、神经元细胞迁移与神经疾病。
人类、大鼠、和小鼠的丝氨酸消旋酶（serine racemase）是一个分子量大小为36000–37000道尔顿的蛋白，分别由340、333和339个氨基酸组成，属于小蛋白质分子，主要存在神经元中。
研究表明，与健康对照组比较，精神分裂症患者的D-丝氨酸浓度在血清和脑脊液下降。因为精神分裂症是一种复杂的疾病，很多因素可能在疾病的表现发挥作用，D-型氨基酸氧化酶可能只是一个危险因素，而不是病因。
高等动物针对D-型氨基酸的代谢酶类：D-丝氨酸消旋酶，D-型氨基酸氧化酶核黄素（也称B2）为辅酶，氧化中性和碱性D-型氨基酸。生物体内以维生素B2 为辅酶的生化反应都会产生过氧化物。生物体对过氧化物严格控制，机制很多。D-天门冬氨酸氧化酶是诱导酶，随着D-天门冬氨酸量的提高而提高。D-谷氨酸则经过线粒体中的D-谷氨酸氧化酶消除。
由于错义突变导致的D-型氨基酸氧化酶缺失的小鼠已经建立，这个小鼠的组织和体液中含有较高含量的D-型氨基酸，尽管看上去没有任何明显异常。由于NMDA受体活性的增加，这个小鼠的水迷宫测试表现的要更好。
2015年报道75%的IgE与花生上的过敏原结合为D-天门冬氨酸和D-谷氨酸的共结合（各为4mg/ml）所抑制。
D-型氨基酸，如D-丙氨酸和D-丝氨酸已经用来治疗神经性精神疾病（精神分裂症，阿尔兹海默症，抑郁症，自闭症，注意力缺失症） 。还有，D-苯丙氨酸早已经作为温血动物的一种镇痛剂用于帕金森氏病的抗抑郁治疗。
哈佛医学院2016年发表的工作定量测定了小鼠肠道内微生物产生的D-型氨基酸含量占内含物的比例，得出结论：小鼠肠道消化系统中的游离D-型氨基酸是微生物来源的产物，而且这个外源D-型氨基酸水平可以调节小鼠和人的肠道分泌D-型氨基酸氧化酶的水平，从而稳定肠道内D-型氨基酸的低水平。
转基因作物里含量更高吗？并没有2007年西班牙科学家发表文章，给出测定的传统玉米和转基因玉米的D-型氨基酸含量：
传统玉米和转基因玉米的D-型氨基酸含量
其中D-型氨基酸在转基因品种中比其对应的非转基因品种高的为8个，比例为8/15，接近50%，也就是转基因作物中的D-型氨基酸与其非转基因母本对比没有显著性变化趋势。D-型氨基酸含量最高的恰恰是一个非转基因的Tietar中的D-丙氨酸，含量为7.00X10-5 ，也就是十万分之七。D-型氨基酸占总相应氨基酸含量比例在0.67-23.3%. 或者说玉米里天然就有一定比例的D-型氨基酸。而且数据没有表明D-型氨基酸在转基因玉米中明显高于相应的非转基因玉米。
所以，非转基因食物中就含有D-型氨基酸，转基因玉米的D-型氨基酸并不明显高于非转基因品种；从实验小鼠看，D-型氨基酸主要是由肠道微生物群产生的，而并非食物原本的D-型氨基酸决定；D-型氨基酸在哺乳动物包括人类中神经系统中有重要作用；从实验小鼠看，D-丝氨酸水平高，小鼠的表现的智力测试成绩也高；部分D-型氨基酸已经作为治疗神经性精神疾病的矫正药物；人类肠道和细胞内都有稳定D-型氨基酸水平的分子机制。
关于草甘膦的必要背景知识补充：
草甘膦相关的毒性：农达中表面活性剂>农达>草甘膦酸>草甘膦丙胺盐；其中表面活性剂主要成分跟洗发水和沐浴液中的相应成分是同类，都是环氧乙烷与丙烯酸酯类的共聚物。草甘膦具有较强的络合金属离子能力，最早合成出来就是草甘膦酸，是作为除锈剂使用的，后来才发现其除草剂性能，成为了著名产品。
结合了金属离子后的草甘膦更难被植物吸收，因此生产厂商在说明中都建议不要用硬度较高（钙镁含量高的）的水来稀释草甘膦母液。
《基于手性D-氨基酸的毒理性对转基因食品安全性的研究》存在的问题
1. 文不对题
此论文题目是：基于“手性D-氨基酸的毒理性对转基因食品安全性的研究”其相应的英文标题是Biosafety assessment of genetically modified foods based on the toxicology of the chiral D-amino acid，作者声称这是研究D-型氨基酸的毒理学工作，但通篇没有任何动物活体实验，都是试管实验或细胞毒性试验，因此不符合毒理学研究基本要求。表明作者对毒理学研究思想和方法的认识是错误的，其结论自然没有毒理学意义。
2. 此文作者对于“实质等同”的理解和解读有偏差。
实质等同是指转基因作物与相应的非转基因作物的安全性的等同，不是安全成分及非安全成分的完全一致。即使是非转基因作物，因为种植过程和种植土地的等差异都会带来一般成分的含量的变动和不同，完全正常，不影响安全性，不影响实质等同性。
3. 论文中称，“转基因作物体内残留的除草剂（草甘膦、草铵膦等）和含有丰富酸性氨基酸的Bt蛋白具有较强的金属络合能力, 种植过程中在本质上会促使土壤中金属离子较多地进入作物体内, 然后诱导D-海因酶的活性增加从而产生较多的D-氨基酸（DAA）”，这个说法不符合事实，恰恰是由于对金属离子的络合性，有机物会更加不容易被植物吸收。同时，蛋白质对金属离子的络合强度远高于游离的氨基酸，所以在体内不存在游离铁离子参与的D-型氨基酸反应。
4. 作者在试管里构建了一个酶促反应，这是此工作的全部意义所在。在构建的反应体系中，作者获得相应的实验结果，结果可靠，便于重复。但实验结果的意义和解读出了问题。
5. 作者的试管反应中的高达200uM的铁离子不用进行任何氧化反应就足以破坏细胞导致细胞死亡。生物体内几乎没有游离的铁离子，都是结合状态，游离铁离子粗略估计也是在nM（10-9 ）以下的水平，就是还要低十万倍。所以仅就铁离子浓度看，这个实验没有生理意义。
6. 作者的细胞培养实验表明对癌细胞生长是抑制的，与作者在讨论中试图说明转基因导致癌症的说法并不形成支持。
7. 作者没有测定正常的L-型氨基酸的含量作为必要的对照分析。因此，没有证据表明转基因大豆油中的D-型氨基酸所占总氨基酸的比例高于普通食品，转基因大豆油是否显著增加食品中D-型氨基酸比例没有给出任何证据。
8. 作者没有证据表明食用转基因大豆油后人体内某部分——比如组织或体液中的D-型氨基酸浓度发生了变化。
9. 作者没有数据表明D-型氨基酸可以与正常L-型氨基酸相同的主动跨越细胞膜运输途径，细胞膜内外L-型氨基酸和D-型氨基酸的比例是否保持或有确定比例等等。
10. 作者也没有证据表明食用转基因大豆油后，人体细胞中的D-型氨基酸浓度变化，特别是提高的数据。
11.作者没有证据表明细胞核内过氧化氢的浓度是完全由D-型氨基酸的氧化反应导致的。此工作没有体内正常情况下过氧化氢浓度的任何数据，其采用的过氧化氢的浓度没有生理意义，也没有证据表明细胞内过氧化氢完全或主要由D-型氨基酸氧化产生。实际上细胞内的正常代谢活动随时都在产生和消除过氧化物。比如，细胞质和细胞器中凡是有核黄素参与的生化反应，都是可能产生过氧化氢的。
从食物和生物体本身组成看，从来没有纯粹的游离D-型氨基酸这个条件，永远都是L-型氨基酸占绝对多数的情形，因此试管实验结果对生理条件下的实际情况没有参考价值。
12. 同样道理，酵母和细胞的生长受到抑制是缺乏正常氨基酸的正常的结果，这两个实验没有带来任何新的信息。
鉴于上述理由，此论文设计的体外（试管）实验，其中各种成分的浓度，都没有来自活体数据的参考和依据，反应条件完全人为具有很大随意性，也没有考虑体内其他重要相关生化反应，整体工作不具备严密逻辑链条，结果也不具备生理学或病理学意义。
酵母和细胞生长抑制实验，与以往D-型氨基酸不是构成蛋白质的必要氨基酸，而且代谢途径和利用率都低于通常的L-型氨基酸的结果一致，没有新意。由于没有正常L-氨基酸作为必要背景，这个结果也没有意义。
由于缺乏食用转基因食品必然导致D-型氨基酸变高或变低的事实和数据支持，本文中对D-型氨基酸的试管研究不具备与转基因事件的关联性，更没有因果性。对说明转基因安全还是不安全的问题没有任何意义。
至于文章中关于草甘膦的讨论，没有自己的实验支持，属于文不对题，草甘膦问题请参见其他评论文章和补充的背景知识，不再一一批评。
塞拉利尼
文章引用被学术界否定的塞拉利尼实验，表明作者没有对科学共同体的结论和这个存在大量缺陷的工作的辨别能力，做法缺乏必要严谨性和严肃性。
综上，此文章不是毒理学研究，所做的实验与生理和病理条件无关，与转基因并无可靠关联，因此不具备说明转基因安全还是不安全的意义。
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