RNA（核糖核酸）未必总是为人津津乐道。它一直都被称作是脱氧核糖核酸（DNA）的表兄（Lewin，1988），并被当成只不过是位于DNA与蛋白质之间的一个中间物质。然而正如彼特 · 莫瑞（Peter Moore，1988）所指出的那样，风尚已经变更，现在甚至科学家们也在像怳生命起源之谜那样侃“RNA世界”了。这是一个科学是如何发展、新的发现是如何不仅改变着科学理论，而且也变换着科学家们的看法和观点的良好例证。它确也阐明了种种做学问的问题之一。研究人员必须聚精会神于特殊问题，否则若三心二意和优柔寡断，则其努力终将劳而无获，所以办事情不能凭兴趣、想当然，在50年代，当转移RNA、核糖体RNA和信使RNA等各种不同类型的RNA被陆续发现之后，研究人员倾向于认为RNA只不过也就如此罢了。当时人们正沉迷于查找基因和阐释蛋白质结构及其功能的狂热之中。RNA的这种“中间物”状况使其理所当然地被束之高阁了。这就愈发使得70年代后期和80年代关于RNA的种种新发现特别令人惊异和激动。当初谁也未曾料到RNA会像如今所证明的那样让人神往、多样和复杂。

RNA的故事亦是一个为什么科学能够如此叫人激奋的良好范例：它处处横溢惊奇。每隔数月便有新的RNA惊奇不断突如其来，这些事实都表明我们实际上对这个不可思议的化学物质及其活性知之甚少，今天的RNA研究亦是科学劳旅之途当中的良好范例，它不仅使人感到纷纭杂乱而五让人至今扑朔迷离：在知胞内RNA的功能究竟是什么？这些功能是如何运转、又是如何进化的？也许我们并不想把这种完全不甚明了的情况告知我们的学生，但是作一点RNA的调研对我们将是大有裨益的。或许考察RNA今天的分子生物学也是一桩乐趣。但限于篇幅，我这里仅只能就那些使RNA故事如此激动人心的热点作些介绍。

剪 接

在70年代后期，人们发现从DNA转录而来的整个RNA分子不能被翻译成蛋白质，并由此揭开了对RNA日益增长的崭新注视。在翻译之前，现在称作内含子的某些核苷酸顺序会从RNA上移开。由于其像剪辑影片一样，这个过程便是众所周知的RNA剪接。对那些一直没有猜想到来自蛋白质中的基因会含有绝不能被翻译成该蛋白质的一段长链核苷酸顺序的分子生物学家来说，剪接的整个过程都是莫名惊诧的。

剪接的发现亦是科学中基本现象的范例：新的信息孕育着新的疑虑。也仅仅只有在剪接被发现之后，研究人员才能够询问：剪接的功能是什么？其过程是如何发展、又是如何发生的呢？虽然还没有哪一个上述疑虑已被完全解答，但是对其答案的寻求却导致了一些有关RNA的新的惊奇之处的揭示。其一是一种特殊的RNA顺序能以一种以上的方式被剪接。例如，编码转录因子（由DNA转录成RNA所需众多蛋白质中的一种蛋白质）的基因至少可以3种不同的方式被剪接以提供一族因子。像果蝇中的性别决定基因在雌雄两性中都得到了转录，但由于其剪接方式的不同而形成不同的产物。当处于发育或不同细胞类型时，有些RNA可以交替数次地被剪接。

自我剪接

对RNA研究人员来说一个更重大的惊奇是自我剪接RNA的发现。1982年，托马斯 · 切克（Thomas Cech）及其同事报道在原生动物四膜虫中发现能够靠一系列自我催化反应来移动自己的内含子。连同剪接本身的发现，迅即提出了这种现象具有多大普遍意义的疑问？如今在结构上和分布上具有差异的两种不同类型的自我剪接内含子已被鉴定出来。Ⅰ型内含子包括四膜虫中和大多在简单有机物中的那些内含子，Ⅱ型内含子包括能从RNA套索及圈中移开的那些内含子，但该种RNA具有一个从圈上伸展而出的末端。亦在大量的真核生物线粒体和叶绿体基因中发现有上述内含子存在。

尽管自我剪接内含子能够催化它们自己的移动，但由于其在反应中也发生了变化，所以似乎它们并不是酶类物质。可是进一步的研究揭示出在种种情况下，它们都像酶一样起作用。切克及其同事们发现当内含子在RNA之外自我剪接时，它便起着催化剂的作用。他们把此种催化剂称作“ribozyme”（催化性RNA或酶性核糖核酸），因为其能够引起一些短链核苷酸的分解和另一些的同时结合，其实作为一种真正的催化剂，RNA的此种作用甚至在此发现之前已为悉尼 · 奥尔特曼（Sidney Altman）和诺曼 · 佩思（Norman Pace）在研究能够分解RNA的酶核糖核酸酶P时所证实。这种酶类既含有蛋白质也含有RNA。奥尔特曼和佩思还证明了是RNA而不是蛋白质对此种催化活性负责。因此，所有的酶类都是蛋白质这一分子生物学的基本原则，现在不得不对其进行修改了。

RNA编辑

然而RNA的惊奇并未就此结束，下面我要谈谈我最喜欢之一的另一个惊奇。不但因为它是如此地出人意料和莫名惊诧，而且由于伴随研究的进展对其现象的解释方式也得到了深化。它就是直到I986年才被发现并被人们取名的“RNA编辑”。给定广泛的定义，RNA编辑意指能够从编码RNA的DNA模板上来改变这个RNA分子核苷酸顺序的任何过程。此现象最初是在锥虫RNA信使上发现，在该信使相应的DNA顺序中含有不起编码作用的四个尿苷残基。在另一个锥虫基因里，编辑过程负责添加50%以上的成熟RNA顺序，且在粘菌RNA信使里有54个插入了胞苷的位点。如此彻底被编辑且被用于编码信使的基因现被称为“隐蔽基因”（cryptogene）。隐蔽基因，其常常不但DNA链短并带有非编码顺序，而且时常叫人迷惑不解。

RNA编辑的发现不仅使分子生物学家瞠目结舌，而且也唤起了他们对遗传信息是从DNA到RNA再到蛋白质这种单向传递过程的分子生物学中心法则的进一步质疑。1970年，能够利用RNA来编码DNA的逆转录酶的发现震撼了中心法则，尔后催化性RNA的发现进一步改变了中心法则的面貌。所以在RNA编辑这点上，研究人员拟应为其更多剧变的出现作好准备。但是倘若DNA不是RNA密码的唯一决定因子，那么该是谁呢？“隐蔽基因”转录本又是如何转变成成熟信使RNA的呢？到底又是什么物质指导这个过程呢？是其他的RNA顺序或者蛋白质吗？由此看来，RNA编辑的发现不过仅仅只才历时5年，所以对其整个情况的了解下甚清晰便是不足为奇的了。可是令人惊奇的正是一些初露端倪的事实：被编辑的部位似乎是为编码在短小之“指导性”RNA分子上的被隔离开了的顺序信息所识别。这些指导性RNA结合在隐蔽基因的RNA转录本上，指导着其所需要的碱基的插入，直到指导性RNA的顺序和转录本的一部分达到完全互补时为止。

伊利莎白 · 布莱克伯恩（Elizabeth Blackburn）恰到好处地称这为“巴罗克”程序。根据该词词义，“巴罗克”指的是一种特征不但精致修饰、即席创作和形式复杂，而且稀奇古怪和极具独创的17世纪艺术风格。RNA编辑似乎具有许多上述特征。就其稀奇古怪这点来说，它肯定是精致的和复杂的；为什么所有这些困扰都与中心法则相悖？其实事实上，指导性RNA的发现表明中心法则并不是真正地不相悖逆，恰好似乎是在对其又一次猛烈的抨击中得以生存了下来；而且在此次抨击中它甚至并不需要修饰，因为通过指导性RNA，编辑的确是被DNA指导的。

然而如此的一个“巴罗克”，其不但独创新颖而且稀奇古怪的过程又是如何发展的呢？布莱克伯恩推测先是一个单一的祖先基因被拷贝，并且其中的—个拷贝由于缺失而被还原成目前所称的隐蔽基因及最终为指导性RNA编码的那些顺序，但她却巧妙地避开了这种推测的目的所在。布莱克伯恩这样写道。

RNA编辑仍然是扑朔迷离的，它呼唤着人们认为它是我们也许在某种程度上已经遗漏掉的某种东西线索。在其机制被完全阐清之时，它也许将提供对进化起源以及遗传材料的非常规应用之作用的透彻了解。

RNA世界

一个新颖的观念一下子变得时髦起来，这在人类艰辛备至的所有领域里是屡见不鲜的。呼啦圈和攒钱罐便曾风行了一时（至少在我成年的时代是如此），RNA也经历了同样的命运。从一个60和70年代里毫不起眼的小分子，一跃而为80年代的热门话题。亦正是在1986年才由瓦尔特 · 吉尔伯特（WGilbert）首先把“RNA世界”书写当作生命起源的话题。对那些就此兴趣盎然的人们来说，RNA的编码能力最初是如何与蛋白质的催化能力相关联的至今仍是一个谜。当其基本机制被确定之后，RNA被认为只不过是一个人为空想的额外添加物质突兀其间。但是RNA具有催化能力的发现改变了所有这一切。由于RNA既像DNA—样具有编码功能，又像蛋白质一样能够催化化学反应，所以吉尔伯特和其他人员推测生命是从RNA开始的。他们还认为，事实上不是RNA而正是DNA和蛋白质，才是人为空想的后来的额外添加物质。

由于能够吸引许多研究人员以及他们为新发现的最早问世所进行的竞争，热门研究的进展通常是迅速的。所以直到1989年，虽然有些研究人员仍然对此存有疑虑，RNA世界假说就成了“平淡无奇的常识”。可是到了事隔2年之后的1991年，由于发现在原始时代地球条件下非常难以合成RNA，所以许多人都转而拒绝承认RNA世界。同时，研究人员还发现一旦RNA被合成，它却只能制造出大量接近其原样的拷贝。对于一个被假设认为具有生命之广大博深化学基础的分子来说，还确是一个极其没有指，的特性。

纵然早期的生命世界不是一个RNA世界，但亦有证据表明，在基因的进化中RNA起着重要的作用。自从在几乎所有的真核基因中发现有内含子以来，现在应该是到了发现无内含子基因的新闻公诸于世的时候了。尽管它们常常是不活动的假基因，但确实存在无内含子基因。它们也许来自那些靠逆转录酶来复制形成DNA的RNA分子。正如冈杰 · 布劳修斯（Gurgen Brosius）所指出的那样，这种称作“复位子”（retroposon）的RNA分子“也许表征着走向进化历程中的必由之路”。但由于它们并不为形成一些至关重要的细胞组分的需求所限制，并且靠与其他基因序列的重组来产生新的基因，所以该假基因也许是为此作为一种贮藏库。

在改变遗传顺序中表征RNA具有潜在能力的另一发现涉及到自我剪接。业已证明这个过程可被逆转，而且不是在其原点就是在不同的部位都可将内含子重新插入RNA之中。如果这样的重新插入恰到好处，并且能靠逆转录接踵而至形成DNA的话，便有可能导致产生一个新的和也许是有用的DNA编码区，因为一些内含子亦为蛋白质编码。

有关调聚酶（telomerase）的新发现被认为是另一个饶有兴趣的进化难题。调聚酶能把简单的重复顺序加到DNA分子的末端即加到染色体里的调聚子（telomer）上，它是一种核糖核蛋白，起着编码由酶的作用而添加的那些核苷酸顺序，故其酶活性必需一个RNA组分。在这个发现的报道中，约瑟夫 · 盖尔（Joseph Gall）指出这种RNA组分也许具备催化性RNA的一些特征。但是历来已久都认为蛋白质组分才是酶活性所必需的，所以盖尔把该RNA组分看成是在分子进化中一个处于更为高级阶段的象征：

人们能够想象RNA分子的进化系列是始于纯正“催化性RNA”，继而通过那些带上一种蛋白质后功能更强者，然后以那些现在需要蛋白质者而告终。

转录和翻译

又一个关于RNA与蛋白质相互协作的有趣现象亦才刚刚初露端倪。迄今人们一直认为，在DNA转录RNA过程中的所有那些帮助酶RNA聚合酶的转录因子都是蛋白质。1991年4月，俄勒冈大学的凯雷 · 斯普拉格（Karen SPrague）及其同事报道有一种RNA分子是家蚕转录机构中的一个必需部分。虽然斯普拉格尚未发现这种RNA的功能是催化性质的还是结构性质的，却由此为其他转录因子提供了支持；而且这个发现亦填补了在RNA活动中的所谓“耀眼险境”之称。就核糖体RNA和转移RNA这两种RNA来说，它们都卷入了RNA编码形成蛋白质的翻译过程中；并且在剪接体中的RNA对于剪接以产生成熟信使RNA所必需。

现在RNA的功能已变得如此形形色色，以致从一种分子过程中的RNA缺失，正像它的出现一样引人注目。而且由于其在核糖体研究中的新情况，目前RNA正受到跟蛋白质组分同样的重视，已不再假设RNA仅仅只是提供结构而蛋白质是唯一的催化组分了，并且转移RNA也不再为世人所忽视。耶鲁大学的托马斯 · 斯第伊特日（Thomas Steitz）及其同事已经弄清了催化氨基酸（此例为谷氨酸）到tRNA结合部位的结合到酶tRNA合成酶上的转移RNA的结构。这种tRNA具有像合成酶一样的复杂的三维结构。在酶的一端有深深的断裂，但tRNA长臂的顶部却刚好紧贴于该断裂处。正如米切尔 · 沃尔得罗普（Mitchell WaldroP）所指出的那样，这是可以预料得到的，因为：

在其顶端区域含有tRNA反密码子：能够识别在蛋白质合成过程中信使RNA上相应密码字符的一段三碱基顺序。……另一深邃的相互作用发生在tRNA的另一末端，“L”型的短腿顶部刚好被插入酶的缺口空洞之中。这恰恰是酶催化氨基酸和蛋白质之间键联的活性部位。

这种结构的状况令我激动不已。虽然耗时如此之久但从间接的证据中反而最终发现了相互作用的部位所在的确使人欣喜若狂。所有形式的RNA的结构现在好像RNA原型已经剧增那样引人注目。即使我们曾令人十分讨厌地被告知RNA为一条单链结构，并被喻之为纯粹只不过是一根意大利实心面条罢了。但是RNA分子能够以碱基配对而自我折叠来形成螺旋，然后形成环；最后螺旋和环又相互作用以形成更为复杂的结构。纵然这些结构常常是不稳定的，并且因此也难于对它进行研究，他们却也许是在控制RNA的活动中担负着巨大作用。正值我上星期为本文撰写初稿之际，一篇关于肌肉原肌球蛋白mRNA的交替剪接的文章正式发表了（真是难以跟踪RNA研究的进展步伐）。这种剪接是组织特异性的，其在骨骼和柔软肌肉细胞里的发生亦是不相同的，并且RNA的折叠在决定剪接位点上也起着一定的作用。

反义RNA

我十分乐意地以被分子生物学家极富创见的RNA利用即“反义”RNA技术，来作为有关RNA的结束篇。反义转录本具有与目的信使RNA互补的一段顺序，靠互补碱基配对它结合到mRNA上，并且防止其被加工和被翻译。如果它的核苷酸顺序是已知的话，这倒不失为一个防止特殊基因表达的有效途径。例如，可以用微注射插入青蛙卵子中的方法来将β－珠蛋白的不同区域与反义RNA进行互补。结果尽管与此无关的信使的表达未受到影响，却观察到了对珠蛋白形成的特异抑制，这样亦对细胞活性的特异调节非常有利。当我最初听说这种技术时，我以为其已是十分明了的了；只是到后来当我习读原核生物时才又想到了它。在大肠杆菌中，小反义RNA结合到质粒上，并由此防止了其被复制。最早被鉴定出的天然大肠杆菌反义RNA是micF RNA，它结合到能够用以编码膜孔蛋白的mRNA上，并由此来帮助调节膜的渗透性。

反义RNA也许不仅对原核生物和分子生物学家有用，它对生理学家也是有用的。诱发艾滋病的病毒HIV（人体免疫缺陷病毒）便是一个RNA病毒。靠把能够制造可以结合到病毒RNA上的反义RNA的基因插入到老鼠细胞中，研究人员已能阻抑与HIV类似的白血病病毒的形成。尽管这种技术目前尚不能在人体中奏效，但却表明它的确是一个是待开发的希望领域。其他研究人员则期望把反义RNA方法和另一个有用的RNA工具即催化性RNA结合起来，以对付HIV问题。纳瓦 · 萨弗（Nava Sarver）及其同事进一步发展了这一概念，“反义RNA不仅能以RNA与RNA杂交而来，它也能催化切割目的RNA链上的结合部位。在切割反应中，由于催化性RNA未被消耗，所以大量的基质分子能被催化加工”。

总的来看，十分明显关于催化性RNA和RNA本身仍然还有许多东西值得知晓。倘若此如的话，以后出现的RNA惊奇便是不足为奇的了。

[The American Biology Teacher，1991年第7期]