轉(zhuǎn)基因食品安全性評價研究進展

宋 歡，王坤立，許文濤，賀曉云，羅云波，黃昆侖*

（中國農(nóng)業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院，北京 100083）

轉(zhuǎn)基因食品安全性評價研究進展

宋 歡，王坤立，許文濤，賀曉云，羅云波，黃昆侖*

（中國農(nóng)業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院，北京 100083）

自1996年以來，轉(zhuǎn)基因作物的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)為人們帶來了巨大的社會經(jīng)濟效益，但是轉(zhuǎn)基因技術(shù)存在一定的風險性，因此加強轉(zhuǎn)基因食品的安全性評價和標準化管理顯得尤為迫切和重要。本文從營養(yǎng)學、毒理學、過敏性等方面綜述了轉(zhuǎn)基因食品的食用安全性評價，并多角度探討了轉(zhuǎn)基因食品安全性評價的關(guān)鍵問題，包括用不同動物實驗評價轉(zhuǎn)基因食品的食用安全性，新型轉(zhuǎn)基因植物的安全性評價，以及轉(zhuǎn)基因食品的食用安全標準化等，以期使讀者對轉(zhuǎn)基因食品的食用安全性有更加系統(tǒng)、全面的了解。

轉(zhuǎn)基因食品；安全性評價；動物實驗；轉(zhuǎn)基因植物；安全標準化

21世紀以來，世界人口數(shù)量持續(xù)增長，每年增加近8 000萬人口；到2050年，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)量必須增加70%～100%，才足以供給全球超過90億人的糧食消耗，而其中大部分的糧食產(chǎn)出將不得不來自已經(jīng)開墾的耕地[1]。但是，目前全球大約30%的耕地表層土生產(chǎn)力正在喪失[2]，土壤退化將成為生產(chǎn)率增長停滯不前的主要原因之一[3]。除此之外，隨著對生物燃料和生物材料的需求日益增加，未來幾十年，全球的資源供給將面臨前所未有的壓力。因此，提高全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力以確保充足的食物和原料來源十分必要[4]，發(fā)展轉(zhuǎn)基因作物來緩解糧食危機已經(jīng)成為解決資源緊缺問題的一條重要途徑。

利用現(xiàn)代基因工程技術(shù)，可以將來源于任何種類的植物、動物或微生物，甚至合成原料的遺傳物質(zhì)引入到不同種類的植物中，由此產(chǎn)生的植物通常被稱作轉(zhuǎn)基因植物；當其用作食物來源時，被稱作轉(zhuǎn)基因植物食品或者轉(zhuǎn)基因食品[5]。轉(zhuǎn)基因作物作為傳統(tǒng)育種技術(shù)的繼承和發(fā)展，不僅能夠通過遺傳信息的交流獲得穩(wěn)定表達的優(yōu)良性狀，而且打破了生物種屬間的自然隔離屏障，拓寬了植物可利用的基因庫，為創(chuàng)造優(yōu)種資源和培育植物新品種開辟了新的技術(shù)路線。然而，不能忽略的是，當先進科學技術(shù)為我們帶來物美價廉的食品，展示出生產(chǎn)上巨大的應用前景的同時，也存在著對環(huán)境和人類健康的潛在風險。一部分人認為轉(zhuǎn)基因作物的開發(fā)和使用是減少饑餓的關(guān)鍵[6-8]，而另一些人則認為這種技術(shù)進一步加大了食品安全的風險[9]。為了解決這些問題，國際組織以及國家政府相關(guān)監(jiān)管部門均在積極努力地修訂和完善轉(zhuǎn)基因生物安全政策，以及規(guī)范生物安全措施，以加強對生物技術(shù)食品安全系統(tǒng)的管理[10]。本文針對轉(zhuǎn)基因食品的發(fā)展趨勢、評價方法以及食用安全標準化等問題全面綜述了轉(zhuǎn)基因食品食用安全性評價的研究進展。

1　轉(zhuǎn)基因食品的發(fā)展趨勢

1983年，Zambryski等[11]利用天然細菌載體根癌農(nóng)桿菌首次獲得轉(zhuǎn)基因植株煙草。1992年，我國成為世界上第一個實現(xiàn)轉(zhuǎn)基因作物在大田規(guī)模釋放的國家[12]，開始大規(guī)模種植煙草花葉病毒和黃瓜花葉病毒雙抗的轉(zhuǎn)基因煙草[13]。1996年，可以延遲成熟的轉(zhuǎn)基因西紅柿首次被允許在美國市場上銷售，自此轉(zhuǎn)基因植物在全球范圍內(nèi)的種植面積不斷擴大[14]，已經(jīng)累計種植了超過15億hm2。國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應用服務組織（International Service for the Acquisition of Agribiotech Application，ISAAA）發(fā)布年度報告稱[15]，2013年全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積達到約1.75億hm2，比2012年的轉(zhuǎn)基因作物種植面積增加了500萬hm2，年增長率為3%。2013年種植轉(zhuǎn)基因作物排名前五的國家，種植面積均超過1 000萬hm2，分別是美國、巴西、阿根廷、印度和加拿大，且發(fā)展中國家轉(zhuǎn)基因作物種植面積已經(jīng)連續(xù)兩年超過發(fā)達國家，占全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積的54%（9 400萬hm2），大于發(fā)達國家的種植面積（占46%，8 100萬hm2）。2013年底，全球上市的轉(zhuǎn)基因作物涉及27種作物336個轉(zhuǎn)化體，按照種植面積統(tǒng)計，全球約79%的大豆、32%的玉米、24%的油菜和70%的棉花是轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品。截至目前，我國共批準發(fā)放7種轉(zhuǎn)基因作物安全證書，分別是耐儲存番茄、抗蟲棉花、改變花色矮牽牛、抗病辣椒、抗病番木瓜、轉(zhuǎn)植酸酶玉米和抗蟲水稻，但只有抗蟲棉和抗病毒木瓜實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。此外，進口用作加工原料的轉(zhuǎn)基因作物有大豆、玉米、棉花、油菜和甜菜5種，其中轉(zhuǎn)基因大豆數(shù)量最多。

隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展的日趨成熟和社會對轉(zhuǎn)基因作物需求量的不斷增加，按照生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的劃分，轉(zhuǎn)基因作物可分為3代[16]：第1代轉(zhuǎn)基因作物是以改良農(nóng)藝性狀為主，這些性狀的改變對于消費者來說，與傳統(tǒng)非轉(zhuǎn)基因作物無本質(zhì)區(qū)別，因為二者在外觀、風味和營養(yǎng)價值上是相似的，如抗除草劑大豆[17-19]、抗蟲玉米[20]和抗除草劑玉米[21]、抗除草劑和抗蟲土豆[22]等，其余還有抗病、抗旱、抗鹽堿、延緩成熟的轉(zhuǎn)基因作物；第2代轉(zhuǎn)基因作物主要是提高品質(zhì)性狀，對消費者具有直接相關(guān)的意義和價值，包括提高蛋白質(zhì)和必需氨基酸、有益脂肪酸、碳水化合物、微量元素或其他植物化學物質(zhì)的水平[23]，改善風味特征等，例如富含高賴氨酸[24]、植酸酶和鐵蛋白[25]的玉米，含有高蛋氨酸的土豆[26]，富集β-胡蘿卜素[27-28]、α-亞麻酸[29]的大米；第3代轉(zhuǎn)基因作物主要是作為生物反應器應用于生物醫(yī)藥及工業(yè)領(lǐng)域，如生產(chǎn)高附加值的預防齲齒、骨質(zhì)疏松、糖尿病和禽獸疾病等優(yōu)質(zhì)藥物蛋白、疫苗、抗體，以及生產(chǎn)可降解塑料的轉(zhuǎn)基因植物等，使消費者直接受益。此外，包含兩種或多種特征的復合性狀轉(zhuǎn)基因作物也成為近年新型轉(zhuǎn)基因作物的研究熱點，例如一株轉(zhuǎn)基因作物可以具有多種抗蟲性狀，或者同時含有抗蟲和耐除草劑性狀，較大程度提高了資源利用效率，將成為未來轉(zhuǎn)基因作物的發(fā)展趨勢。

2　轉(zhuǎn)基因食品的食用安全性評價

加強對轉(zhuǎn)基因食品安全管理的核心和基礎(chǔ)是安全性評價，其中既要考慮期望效應又要考慮非期望效應，是一項復雜、精細的系統(tǒng)性工作。目前國際上對轉(zhuǎn)基因食品安全評價遵循以科學為基礎(chǔ)、個案分析、實質(zhì)等同性和逐步完善等原則。轉(zhuǎn)基因食品的食用安全評價內(nèi)容涵蓋營養(yǎng)學、毒理學、致敏性及結(jié)合其他資料進行的綜合評價。

2.1營養(yǎng)學評價

對新作物品種進行營養(yǎng)成分分析是營養(yǎng)學評價的基礎(chǔ)。即便用傳統(tǒng)育種方式培育的作物品種也會存在營養(yǎng)成分上的顯著性差異，因此更加需要對轉(zhuǎn)基因作物與其非轉(zhuǎn)基因親本進行營養(yǎng)成分的顯著性差異分析[30]，主要包括蛋白質(zhì)、纖維、脂肪、灰分、水分、碳水化合物、氨基酸、脂肪酸、維生素、礦質(zhì)元素等與人類健康營養(yǎng)密切相關(guān)的營養(yǎng)素，以及植物體內(nèi)的抗營養(yǎng)因子（如植酸、胰蛋白酶抑制劑、單寧等）。當轉(zhuǎn)基因食品與傳統(tǒng)親本植物食品不等同時，應充分考慮這一差異是否在這一類食品的參考范圍內(nèi)。若營養(yǎng)成分變化與不同基因的導入有關(guān)，則應該對除了目標成分以外的其他成分的營養(yǎng)水平進行全面的比較分析，如瑞士先正達公司研發(fā)的富含類胡蘿卜素的轉(zhuǎn)基因大米。另外，可以通過動物實驗對轉(zhuǎn)基因食品進行營養(yǎng)學評價，觀察轉(zhuǎn)基因食品或飼料對動物消化率和采食量、健康和生長性能的影響[31]，并對體質(zhì)量、器官大體病理和食物利用率等指標進行檢測。從目前的多項研究結(jié)果來看，大多數(shù)轉(zhuǎn)基因作物如抗蟲玉米[32]、耐除草劑玉米[21]、抗蟲大米[33]以及富含直鏈淀粉的大米[34]等轉(zhuǎn)基因食品的營養(yǎng)成分與傳統(tǒng)食品是基本一致的。但有些針對性改良營養(yǎng)成分的轉(zhuǎn)基因食品其目標成分會有較大變化，如富含高賴氨酸的玉米[24]。

2.2毒理學評價

毒理學評價是轉(zhuǎn)基因食品食用安全評價中必不可少的一部分，包括對外源基因表達產(chǎn)物以及全食品的毒理學檢測。對于外源蛋白的表達產(chǎn)物，通常需要通過生物信息學分析與已知毒性蛋白的核酸和氨基酸序列是否具有同源性，之后進行熱穩(wěn)定性和胃腸道模擬消化實驗，以及急性毒性嚙齒動物實驗[35-37]。一般產(chǎn)生預期效應的同時，常伴隨非預期效應，對全食品的毒理學研究主要是檢測轉(zhuǎn)基因作物的非預期效應。目前通常采用動物實驗來觀察轉(zhuǎn)基因食品對人類健康的長期影響，用到的主要有大鼠、小鼠、雞、豬、牛、羊、鵪鶉、魚等[38]。動物喂養(yǎng)實驗的結(jié)果反映的是營養(yǎng)學和毒理學雙項指標。通過轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品喂養(yǎng)動物，檢測實驗動物的血液學及臟器重等指標，并與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ战M進行比較，從而評價轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品在毒理學方面產(chǎn)生的影響，為轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品進一步應用于人類食品提供參考。不同的轉(zhuǎn)基因食品需要根據(jù)情況進行急性毒性實驗、遺傳毒性實驗（Ames實驗、精子畸形、骨髓微核、致畸實驗等）、亞慢性毒性實驗和慢性毒性實驗4個毒理學評價實驗階段。如與已知物質(zhì)（指經(jīng)過安全性評價并允許使用者）的化學結(jié)構(gòu)基本相同的衍生物或類似物，需根據(jù)前3個階段毒性實驗結(jié)果來判斷是否進行第4階段的毒性實驗；對于化學結(jié)構(gòu)具有慢性毒性、遺傳毒性或者致癌性的可能者，以及產(chǎn)量大、使用范圍廣者，則必須進行全部4個階段的毒性實驗。

已經(jīng)進行的多例轉(zhuǎn)基因食品的亞慢性毒性實驗顯示，這些轉(zhuǎn)基因食品與其親本對照具有同樣的營養(yǎng)與安全性。Zhou Xinghua等[34]報道通過大鼠90 d喂養(yǎng)實驗，發(fā)現(xiàn)食用富含直連淀粉轉(zhuǎn)基因大米的大鼠未出現(xiàn)不良反應，證明其與傳統(tǒng)大米同樣安全營養(yǎng)。Mackenzie等[39]通過對同時轉(zhuǎn)入Cry1F和草丁膦乙酰轉(zhuǎn)移酶（pat）基因的玉米進行大鼠90 d喂養(yǎng)實驗，發(fā)現(xiàn)食用轉(zhuǎn)基因玉米的大鼠在生長性能、臨床病理學、器官質(zhì)量等方面，與對照組相比無顯著性差異，與傳統(tǒng)玉米同樣營養(yǎng)、安全。Appenzeller等[40]對抗鱗翅類和鞘翅類的復合性狀轉(zhuǎn)基因玉米，以及抗除草劑玉米[41]進行90 d大鼠喂養(yǎng)實驗，發(fā)現(xiàn)二者與傳統(tǒng)玉米同樣安全。

2.3過敏性評價

1995年，聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（Food and Agriculture Organization，F(xiàn)AO）將8種食物認定為全球最常見的過敏原，分別是奶、蛋、花生、堅果、小 麥、大豆、魚和貝類，自此這些食物就被公認為影響公共健康的過敏性食物，稱作“八大過敏原”。目前有超過150種食物涉及過敏反應，但絕大多數(shù)都是由少數(shù)的食物誘發(fā)的[42]。轉(zhuǎn)基因食品與傳統(tǒng)食品最主要的區(qū)別在于前者含有用基因工程技術(shù)導入的外源基因，并由其表達特定的蛋白質(zhì)。無論外源基因編碼蛋白是已知過敏原，還是與已知過敏蛋白的氨基酸序列在免疫學上有明顯的同源性，或是所屬的某類蛋白家族中的有些成員是過敏蛋白，均可能產(chǎn)生過敏反應[43]。因此，在評價新食品的安全性時，必須對外源基因產(chǎn)生的新蛋白進行致敏性評價，以確保新作物或其衍生食品的安全性。

“巴西堅果事件”就是因過敏而未被商業(yè)化的轉(zhuǎn)基因案例。1996年，美國的種子公司曾經(jīng)把巴西堅果中的2S清蛋白基因轉(zhuǎn)入大豆中，來解決大豆蛋白中蛋氨酸含量低的問題。但是在對該轉(zhuǎn)基因大豆進行安全評價時，研究者利用有巴西堅果過敏史的受試者血清，對該轉(zhuǎn)基因大豆、巴西堅果和純化后的2S清蛋白進行過敏原吸附實驗、酶聯(lián)免疫印跡，以及皮膚點刺等實驗，發(fā)現(xiàn)對巴西堅果過敏的人同樣會對這種大豆過敏，所以推測蛋白質(zhì)2S清蛋白可能正是巴西堅果中的主要過敏原，證明了在從巴西堅果向大豆轉(zhuǎn)移一個主要過敏原的過程中，同樣也轉(zhuǎn)移了它引發(fā)過敏的能力，能夠在本來對巴西堅果過敏的個體中引發(fā)過敏反應[44]。該公司也立即終止了這一產(chǎn)品的研發(fā)。此事一度被認為“轉(zhuǎn)基因大豆引起食物過敏”的反對轉(zhuǎn)基因者作為例證。但是食品安全只是一個相對概念，世界上并不存在絕對安全的食物。巴西堅果作為一種天然食品，本身就存在過敏性。自然界中對一部分人安全的食品，對其他人不一定安全，如有些人對花生過敏，但其他人照樣以此為食。若某種生物有可能引發(fā)過敏等不良反應，利用這種生物的基因就應當格外小心甚至盡量避免。此外，Zhou Cui等[45]在對重組人乳鐵蛋白（rhLF）進行致敏性評價時，利用了FARRP、SDAP和ADFS數(shù)據(jù)庫與已知過敏原的氨基酸序列和蛋白結(jié)構(gòu)進行比較，發(fā)現(xiàn)該蛋白與已知的牛乳過敏原氨基酸序列達到較高的相似度71.4%，但是其能夠在2 min內(nèi)被模擬胃液中的胃蛋白酶消化，并且未發(fā)現(xiàn)rhLF與雞蛋、牛奶過敏患者血清中的IgE發(fā)生特異性免疫結(jié)合。所以推測rhLF的潛在致敏性很低，可以添加到食品中作為食品添加劑使用。

轉(zhuǎn)基因作物必須按照規(guī)定的標準條例進行食用安全性評價，得到食用安全的結(jié)論后才能獲準商業(yè)化，這是國際通行的做法，并由各國制定法規(guī)加以規(guī)范。目前，國際上公認的轉(zhuǎn)基因食品中外源基因表達產(chǎn)物的過敏性評價策略是2001年由FAO/世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）頒布的過敏原評價決定樹[46]，于2003年被國際食品法典委員會采納[47]。主要包括氨基酸序列同源性的比較、血清篩選實驗、模擬胃腸液消化實驗和動物模型實驗等，最后綜合判斷該外源蛋白的潛在致敏性的高低。根據(jù)外源基因是否來源于已知過敏原的生物，評價內(nèi)容和方法有所不同。

2.4非預期效應

非預期效應是指除了由目的基因插入導致的預期效應之外，在相同條件和環(huán)境下種植的轉(zhuǎn)基因植物與非轉(zhuǎn)基因親本相比，在表型、反應和成分上呈現(xiàn)出的統(tǒng)計學顯著性差異[48]。理論上，受體基因組的內(nèi)源基因的結(jié)構(gòu)和功能可能會因為到外源基因的整合而使其發(fā)生突變，進而導致其相互作用發(fā)生遺傳或者表型特征的變化。有以下幾種可能機制改變內(nèi)源基因的表達，產(chǎn)生非預期效應[49]：1）外源基因插入到內(nèi)源基因的“閱讀框”，使內(nèi)源基因無法有效表達；2）外源基因插入內(nèi)源基因調(diào)控元件的“功能區(qū)”，使調(diào)控基因失去功能，導致受其調(diào)控的內(nèi)源基因不能有效表達；3）外源基因插入基因組的某個“敏感域”內(nèi)，使原本“沉默”的內(nèi)源基因被“激活”而高效表達；4）外源基因的轉(zhuǎn)錄或表達產(chǎn)物能夠誘導或抑制內(nèi)源基因表達，使這些內(nèi)源基因的表達發(fā)生質(zhì)變或量變；5）外源基因的表達產(chǎn)物意外成為植物細胞某一代謝途徑的誘導或抑制因子，將調(diào)節(jié)植物主要和次級代謝產(chǎn)物的量。以上的可能機制都將會導致受體生物體的非預期效應的發(fā)生，如轉(zhuǎn)基因食品營養(yǎng)成分的改變，毒素的增多或者產(chǎn)生新的毒素，外源基因的插入產(chǎn)生新的致敏蛋白等。

從研究方法上來看，非期望效應的研究主要包括3個領(lǐng)域：功能基因組學、蛋白質(zhì)組學和代謝組學。功能基因組研究的是被轉(zhuǎn)錄基因和相關(guān)的調(diào)控元件的功能，Byeon等[50]利用微列陣分析技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)高水平的褪黑激素調(diào)節(jié)了轉(zhuǎn)基因大米的基因表達，反應了其在植物生長發(fā)育過程中發(fā)揮的多效生理作用。蛋白質(zhì)組學的方法完善了其他組學的方法，是高分辨雙向電泳分離組織蛋白質(zhì)、圖像分析幫助比較分離結(jié)果和質(zhì)譜確定感興趣蛋白質(zhì)的性質(zhì)三大技術(shù)的融合。Guo Bin等[51]通過雙向差異凝膠電泳證明了含有乙型肝炎病毒表面抗原（HBsAg）的轉(zhuǎn)基因番茄，與非轉(zhuǎn)基因番茄相比在蛋白表達上發(fā)生顯著改變。代謝組學以生物系統(tǒng)中的代謝產(chǎn)物為分析對象，對化合物定性和定量分析，研究基因的插入對動物生理的影響，從而理解轉(zhuǎn)基因食品的全組分情況，例如Cao Sishuo等[52]用核磁共振方法分析大鼠尿液代謝組，這是一種動態(tài)的、非損傷檢驗法。

2.5標記基因的安全評價

在植物轉(zhuǎn)基因過程中，外源基因?qū)τ谥参锸荏w細胞的轉(zhuǎn)化頻率相當?shù)?，因此通常將標記基因與目的基因構(gòu)建在同一表達載體轉(zhuǎn)入植物，幫助轉(zhuǎn)化子的篩選和鑒定。常用的標記基因包括新霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶基因（nptⅡ）、潮霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶基因（hph）等可使抗生素失活的蛋白酶基因，以及草甘膦抗性基因（bar，pat）和5-烯醇丙酮酰草莽酸-3-磷酸合成酶基因（epsps）等可使除草劑失活的基因[53]；另外還有冠癭堿基因（Opine）、氯霉素乙酰轉(zhuǎn)移酶基因（Cat）等報告基因。人們食用含有標記基因的轉(zhuǎn)基因食品后，可能會對人體產(chǎn)生直接效應，也有抗生素抗性基因水平轉(zhuǎn)入腸道上皮細胞或者環(huán)境微生物中的潛在可能性。雖然目前人們傾向于認為此種情況發(fā)生概率較小，但是在評估潛在健康問題時，仍應考慮人體和動物抗生素的使用以及腸道微生物對抗生素的抗性。評價標記基因編碼蛋白的安全性包括直接毒性、過敏性、以及因蛋白的催化功能而產(chǎn)生的副作用。目前，植物遺傳轉(zhuǎn)化中所使用的標記基因尚無直接毒性和過敏性的證據(jù)。WHO提出了標記基因安全性分析與評價原則：1）明確標記基因的分子、化學和生物學特征；2）標記基因的安全性應與其他基因一樣進行評價；3）原則上某一標記基因的資料一旦積累，可用于任何一種植物，且可用于與任何一種目的基因連接。

雖然抗生素和除草劑等抗性基因的使用方便了植物的轉(zhuǎn)化篩選，但是一旦轉(zhuǎn)化成功，標記基因便不再有用，甚至對生態(tài)環(huán)境和食品安全存在潛在威脅，因此提高轉(zhuǎn)基因植物標記基因安全性成為研究熱點。目前提高轉(zhuǎn)基因植物中選擇標記基因安全性的策略包括利用無爭議的生物安全標記基因（如與糖和氨基酸代謝相關(guān)的基因），在轉(zhuǎn)化時使用標記基因但獲得轉(zhuǎn)基因植株后將其剔除，以及利用無選擇標記基因的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)[54]。

3　動物實驗評價轉(zhuǎn)基因食品食用安全性的研究進展

目前對轉(zhuǎn)基因食品的安全性評價，主要依據(jù)經(jīng)濟發(fā)展合作組織（Organization for Economic Co-operation and Development，OECD）于1993年提出的實質(zhì)等同性原則[55]。該原則是指轉(zhuǎn)基因食品及食品成分是否與傳統(tǒng)食品具有實質(zhì)等同性，包括表型和成分的比較，以及插入性狀、過敏性和標記性狀安全性等方面的分析評價。然而，實質(zhì)等同性的評價原則也有其局限性，對引入某個基因或者重組蛋白的表達而導致食物引起的直接、間接、急性或累積的影響難以評價。尤其是當懷疑非預期效應可能會發(fā)生的情況下，利用實驗動物與人類相近似的特性進行動物喂養(yǎng)實驗，可以提供額外有用的信息來補充全食品安全和營養(yǎng)價值的評價。

轉(zhuǎn)基因食品的安全性評價大多數(shù)都是通過飼喂小型嚙齒類動物來研究轉(zhuǎn)基因食品對動物健康的影響。小型嚙齒動物成本低，生命周期短，易于操作，而且在長期的研究中能夠使大量個體在統(tǒng)一的標準條件下生長，因此可以運用多種方法評價轉(zhuǎn)基因食品對動物健康的影響。

同時，很多大型禽畜，如豬、牛、羊、雞等也都用于轉(zhuǎn)基因食品安全評價。值得注意的是，應根據(jù)研究目的選擇適合的大型禽畜。由于豬的親緣關(guān)系和人很接近，器官大小也接近于人，比較適合營養(yǎng)代謝等方面的研究。Hu Yichun等[56]在研究表達人乳鐵蛋白的轉(zhuǎn)基因大米時，對五指山小型豬進行回腸分析，檢測轉(zhuǎn)基因大米主要營養(yǎng)成分的消化率；Maga等[57]通過觀察豬的腸道菌群變化來研究人溶菌酶轉(zhuǎn)基因羊奶對動物代謝的影響。牛、羊則通常用來研究轉(zhuǎn)基因食品對乳產(chǎn)量和成分的影響，Steinke等[58]對36頭奶牛進行25個月的喂養(yǎng)實驗，研究轉(zhuǎn)Bt蛋白的玉米對泌乳奶牛的產(chǎn)奶性能影響，發(fā)現(xiàn)奶牛的泌乳性能沒有因為飼喂轉(zhuǎn)基因玉米而受到影響。此外，還利用雞、鵪鶉等產(chǎn)蛋動物來研究轉(zhuǎn)基因食品對動物產(chǎn)蛋性能的影響。

但是，由于人和動物在生理、解剖結(jié)構(gòu)、行為上存在內(nèi)在的特異性差別，以及實驗動物自身存在個體差異和生長效率的不同，動物實驗可能無法正確反饋出人類的反應[59]。此外，轉(zhuǎn)基因生物產(chǎn)品的品質(zhì)特性也很可能會因為所處地區(qū)或者食品加工方式的不同而改變[60-61]，可能使實驗結(jié)果有所不同。即用動物實驗的方法評價轉(zhuǎn)基因食品對動物健康的影響，與其他健康相關(guān)研究一樣存在局限。例如為了評價耐除草劑轉(zhuǎn)基因大豆的潛在風險，不同的科研團隊分別選取鮭魚、山羊及小鼠進行長期多代喂養(yǎng)來驗證耐除草劑大豆的食用安全性。Sissene等[62]將利用鮭魚進行抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆的飼喂實驗，得出結(jié)論轉(zhuǎn)基因大豆與傳統(tǒng)大豆同樣安全。Tudisco等[63]將抗草甘膦的轉(zhuǎn)基因大豆飼喂山羊，發(fā)現(xiàn)動物的肝臟、腎臟、肌肉等器官的乳酸脫氫酶含量與對照組相比呈顯著性差異，這一指標的變化暗示了轉(zhuǎn)基因大豆細胞代謝的差異，但是該代謝路徑相關(guān)的酶含量卻沒有顯著性變化，因此，作者認為不屬于健康問題但須進一步實驗，而且在山羊的血液和乳汁中存在轉(zhuǎn)入的DNA片段。不過，該實驗中所食用的對照組大豆只說明是傳統(tǒng)培育的大豆，沒有闡明是否與轉(zhuǎn)基因大豆在同一條件下種植。Malatesta等[64]將抗草甘膦的轉(zhuǎn)基因大豆飼喂年老雌鼠，通過蛋白質(zhì)組學研究表明一些與肝細胞代謝、應激反應、鈣信號和線粒體功能密切相關(guān)的蛋白表達水平，與對照組小鼠相比存在顯著性差異，說明在衰老過程中，轉(zhuǎn)基因大豆有可能影響肝臟功能。以上對轉(zhuǎn)基因作物進行多代動物實驗的研究，并沒有證明其對動物的健康產(chǎn)生可見毒性效應，而是在某些器官中體現(xiàn)個別細胞學特征和代謝上的潛在差異。由此可知，不同的實驗條件和研究方法，產(chǎn)生的研究結(jié)果有時會有沖突。因此為了克服這些局限性，就需要我們適當豐富實驗動物的種類，選擇合適的動物模型，并進行多次重復性實驗等，對實驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析后再得出結(jié)論，以使實驗結(jié)果趨于客觀。

4　新型轉(zhuǎn)基因植物安全性評價

以藥用、工業(yè)用及復合性狀為代表的新一代轉(zhuǎn)基因植物以無可比擬的優(yōu)勢和發(fā)展態(tài)勢成為當今轉(zhuǎn)基因技術(shù)開發(fā)和研究的熱點。利用轉(zhuǎn)基因植物作為生物反應器能夠大量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的外源藥用蛋白，例如疫苗、人血清蛋白、抗體、酶和多肽等，且已經(jīng)在各種植物中經(jīng)過測試，如水稻、煙草、玉米、大豆、土豆、大麥、胡蘿卜和紅花[65]。目前有30多種源自轉(zhuǎn)基因植物的醫(yī)藥產(chǎn)品已處于臨床實驗，其中9種已進入市場銷售[66]。在轉(zhuǎn)基因植物中成功表達的重組疫苗有在煙草中表達的SARS冠狀病毒蛋白[67]、結(jié)核病抗原[68]和牛病毒性腹瀉病毒[69]，在土豆中表達的新城疫病毒[70]，在番茄中表達的Norwalk病毒衣殼蛋白[71]和口蹄疫病毒多聚蛋白及蛋 白酶[72]，在生菜中表達的雙重志賀毒素B亞單位[73]等。此外，還表達了用于疫苗研究的乙型肝炎表面抗原（HBsAg）基因[74-76]、大腸桿菌熱敏腸毒素B亞單位（LT-B）基因[77]、狂犬病病毒糖蛋白（G蛋白）[78]、口蹄疫病毒（VP1）基因[79]、人乳頭瘤病毒相關(guān)抗原[80]等。到目前為止，對于藥用轉(zhuǎn)基因植物的安全性評價一般是按照臨床醫(yī)學評價體系進行評價，國內(nèi)外還沒有建立對其安全性評價體系。但是，隨著轉(zhuǎn)基因植物的不斷釋放，有可能會擴散到食物鏈中[81-82]，因此對其進行食用安全性評價是非常必要和緊迫的。

隨著傳統(tǒng)化石燃料的日益枯竭及當今自然環(huán)境的不斷惡化，開發(fā)利用各種生物能源也將成為未來的發(fā)展趨勢，如利用轉(zhuǎn)基因大豆、轉(zhuǎn)基因玉米等生產(chǎn)生物燃料。瑞士先正達種子公司研制的轉(zhuǎn)基因玉米Event3272含有微生物α-淀粉酶基因，該酶能夠迅速地將淀粉分解為糖，從而生產(chǎn)乙醇，提高生物燃料的生產(chǎn)效率。在美國農(nóng)業(yè)部解除對其管制之后，進行了大范圍的商業(yè)化種植[83]。2010年3月2日，歐盟委員會宣布，批準歐盟國家種植轉(zhuǎn)基因土豆Amflora。這種土豆可用于生產(chǎn)工業(yè)用淀粉，副產(chǎn)品可用于生產(chǎn)畜牧飼，節(jié)省原材料、能源、水和其他化學輔料[84]。雖然工業(yè)用轉(zhuǎn)基因植物的最終目的并不是用作食品和飼料，可是在存放或者使用的過程中，有摻雜入食品及動物飼料中的可能性。目前對工業(yè)用轉(zhuǎn)基因植物的安全性評價體系還沒有建立起來，但建立工業(yè)用轉(zhuǎn)基因植物的食用安全性評價技術(shù)勢在必行。

復合性狀轉(zhuǎn)基因策略拓展了轉(zhuǎn)基因作物功能，提高了資源利用效率，有良好的應用前景。如DAS-444?6-6轉(zhuǎn)基因大豆中轉(zhuǎn)入了3種蛋白，能夠抗多種除草劑，具有抗廣譜除草劑的特性[85]。但是，復合性狀轉(zhuǎn)基因植物由于轉(zhuǎn)入多個基因，這些基因之間可能存在非關(guān)聯(lián)、關(guān)聯(lián)、代謝等相互作用關(guān)系，引發(fā)協(xié)同效應；另一方面轉(zhuǎn)入的目的基因與植物內(nèi)源基因組之間發(fā)生基因重組、突變等情況的可能性增大，若是多個轉(zhuǎn)基因在多個位置，具有多個拷貝數(shù)，則目的基因很難穩(wěn)定表達。由此可見，復合性狀轉(zhuǎn)基因作物有可能產(chǎn)生與單性狀轉(zhuǎn)基因植物不同的食用安全結(jié)果，引起毒性、過敏性等方面的危害。因此，對復合性狀轉(zhuǎn)基因植物的食用安全性評價應將重點關(guān)注復合轉(zhuǎn)基因相互作用方面，對其進行外源蛋白與植物全食品的食用安全綜合評價。還應關(guān)注由于性狀疊加造成的外源蛋白攝入量增加，以及對植物體內(nèi)主要營養(yǎng)成分的營養(yǎng)平衡與營養(yǎng)功能的影響，并利用代謝組學與蛋白質(zhì)組學技術(shù)分析實驗動物體內(nèi)代謝成分的非期望效應。

5　轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻的食用安全性評價

水稻是發(fā)展中國家最重要的糧食作物之一，超過35億人依靠水稻提供每日卡路里攝入量的20%[86]。目前我國水稻生產(chǎn)中的主要問題仍然是水稻白葉枯、稻瘟病、稻曲病和條紋葉枯病等病蟲害。水稻害蟲對植株的侵害包括從根到穗部的各個部分，以及從幼苗到植株成熟的各個生長階段。有大約1 000 種已知害蟲會對水稻造成侵害，其中30 種足以造成嚴重損傷需要加以控制[87]。然而，Bt水稻的成功研發(fā)為病蟲害的防治提供了新的途徑。

來源于蘇云金芽孢桿菌（Bt）的cry基因編碼Cry殺蟲蛋白，其中Cry1Ab和Cry1Ac是轉(zhuǎn)基因作物中最普遍的Bt蛋白。Cry蛋白對許多重要的農(nóng)作物害蟲，包括鱗翅目、鞘翅目、雙翅目、膜翅目等都具有特異性的毒殺作用，而對人畜無害。該蛋白被鱗翅目等昆蟲攝食后，在昆蟲幼蟲的腸道內(nèi)經(jīng)蛋白酶水解成65～70 kD的具有殺蟲活性的毒性多肽分子，與目標害蟲的腸道上皮細胞表面的特異性受體相互作用使細胞膜形成小孔，擾亂細胞的滲透平衡，并引起細胞腫脹甚至裂解，從而導致昆蟲幼蟲停止進食而最終死亡。然而，cry基因并不是水稻等植物細胞天然具有的，是通過基因工程方法轉(zhuǎn)入水稻基因組的，因此，其對人體健康的安全性必須得到評估。2005年Schr?der等[88]報道，用Cry1Ab轉(zhuǎn)基因水稻（KMD1）與其親本（Xiushui 11）進行90 d的大鼠安全性喂養(yǎng)實驗。結(jié)果顯示，采用每千克含Bt 蛋白15 mg的轉(zhuǎn)基因水稻喂養(yǎng)的大鼠，與對照組相比，沒有出現(xiàn)毒性反應和副作用，只有極少數(shù)生理指標（如血液學、相對臟器系數(shù)等）發(fā)生顯著變化，但均在正常生理范圍內(nèi)，與飼料中的轉(zhuǎn)基因成分無關(guān)。Tang Xueming等[89]也證明了Bt水稻也沒有對大鼠產(chǎn)生任何毒性作用或者不良反應。Cao Sishuo等[90]用42 d灌胃的方法檢測了Cry1C與花生凝集素（peanut agglutinin，PNA）、馬鈴薯酸性磷酸酶（potato acid phosphatase，PAP）、卵清蛋白（ovalbumin，OVA）對BN大鼠的致敏性，結(jié)果在最后一次灌胃的10 d之后大鼠產(chǎn)生了過敏反應，與PNA、PAP和OVA的致敏性相比，Cry1C蛋白未能引起B(yǎng)N大鼠體內(nèi)特異性IgG2a的升高。Cry1C處理組動物血液中細胞因子表達水平、血清IgE、組胺水平以及嗜酸性粒細胞和肥大細胞的數(shù)量均與對照組動物的水平相似。表明Cry1C沒有顯示出任何致敏原性，可以安全用于水稻或其他種類的植物之中。

2009年，農(nóng)業(yè)部批準了兩種轉(zhuǎn)Bt融合型殺蟲蛋白CryAb/CryAb的抗蟲水稻，“華恢1號”和“Bt汕優(yōu)63”的安全證書。雖然轉(zhuǎn)基因水稻的研發(fā)已經(jīng)達到了可商業(yè)化的階段，但是出于對其食用與環(huán)境安全性的憂慮，目前轉(zhuǎn)基因水稻還沒有被批準商品化生產(chǎn)。一旦轉(zhuǎn)基因水稻商業(yè)化，改良農(nóng)藝性狀的轉(zhuǎn)基因水稻不僅能夠像其他已經(jīng)應用于商業(yè)化的轉(zhuǎn)基因作物一樣增加收益，而且給消費者帶來的預期利益會更高一個數(shù)量級[91]，同時會減輕貧困、饑餓和營養(yǎng)不良的困境。

6　轉(zhuǎn)基因生物食用安全標準化

隨著對轉(zhuǎn)基因生物食用安全性研究的深度和廣度的不斷拓展，科學界對農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的食用安全問題有了更加全面和理性的認識。為防范農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物對人類健康的危害或者潛在風險，各相關(guān)國際組織和各國政府專門制定了農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物及產(chǎn)品食用安全的管理法規(guī)。但迄今仍然缺乏較為統(tǒng)一、規(guī)范的標準體系，來規(guī)定農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的食用安全性要求與評價的標準。每個國家以及不同的評價方案都有不同的標準，還在沿用每評價一個個案獨立制定一個評價方案的方法。為了更好地適應全球農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物及其產(chǎn)品生產(chǎn)和貿(mào)易快速發(fā)展的要求，各相關(guān)的國際組織和國家都在致力于不斷充實和完善農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物及產(chǎn)品食用安全性的評價程序和方法，積極推進標準國際化的進程。

目前，從事轉(zhuǎn)基因生物食用安全標準國際化的組織，主要是國際食品法典委員會（Codex Alimentarius Commission，CAC），主要負責制定國際通用的食品標準、食品加工指南和相關(guān)視頻生產(chǎn)操作手冊等。已經(jīng)發(fā)布的轉(zhuǎn)基因相關(guān)食用安全檢測指南（標準）有《現(xiàn)代轉(zhuǎn)基因食品的安全風險評估原則》、《重組DNA植物及其食品安全性檢測指南》以及《重組DNA微生物及其食品安全性檢測指南》。經(jīng)過多年的建設(shè)與發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全標準體系也已初步形成了相關(guān)技術(shù)標準的雛形，并取得了一定的成效，如頒布了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評價管理辦法》、《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物進口安全管理辦法》和《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理條例》等標準條例[92]。

7　結(jié) 語

隨著科學技術(shù)和社會的進步，越來越多的國家開始重視社會、經(jīng)濟和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，開展以現(xiàn)代生物技術(shù)為核心的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命。轉(zhuǎn)基因食品作為利用生物技術(shù)改造的非傳統(tǒng)食品具有一定的風險性，在對待其安全性問題上，應根據(jù)國際發(fā)展趨勢和國家綜合實力等多方面因素，制定適合我國國情的轉(zhuǎn)基因食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展和安全管理辦法，加強食品安全的科學技術(shù)研究，用科學的安全評價手段有效的保障轉(zhuǎn)基因作物的質(zhì)量，更加有力推進我國乃至全球轉(zhuǎn)基因技術(shù)的健康發(fā)展。

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Progress in Safety Assessment of Genetically Modified Foods

SONG Huan, WANG Kun-li, XU Wen-tao, HE Xiao-yun, LUO Yun-bo, HUANG Kun-lun*
(College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China)

Since the large-scale commercialized production of genetically modified (GM) crops started in 1996, it has brought great socioeconomic benefits to human beings. Yet transgenic technology may give rise to certain risks, so it is urgent and important to strengthen the safety assessment and standard management of GM foods. In this paper, the safety evaluation contents of GM foods are summarized, including nutrition, toxicity, allergenicity, etc. What’s more, the key issues of transgenic foodsafety evaluation, including different animal studies conducted to evaluate the safety of GM foods, food safety assessment of new types of transgenic plants and safety standardization of GM foods, are discussed from different perspectives. The target of this paper is to enable the readers to have a more comprehensive understanding of food safety of GM foods.

genetically modified food; safety assessment; animal study; transgenic plant; safety standardization

TS201.6

A

1002-6630（2014）15-0295-09

10.7506/spkx1002-6630-201415059

2014-03-29

國家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育科技重大專項（2014ZX08011-005）

宋歡（1989—），女，碩士研究生，研究方向為轉(zhuǎn)基因食品毒理評價。E-mail：1024413928@qq.com

*通信作者：黃昆侖（1968—），男，教授，博士，研究方向為轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品食用安全評價與檢測、食品安全風險評估與檢測技術(shù)。E-mail：hkl009@163.com