魏伟，钱迎倩，马克平，裴克全，桑卫国
（中国科学院 植物研究所植被数量生态学开放研究实验室，北京100093）
提 要 转基因食品的安全性问题在世界范围内倍受关注，国内外尤其国外已经开展和正在开展许多的研究工作。实质等同性原则在转基因安全性评价中得到广泛应用，但存在一定的局限性。目前已经进行了转基因马铃薯、大豆、番茄、棉花、西葫芦、水稻、烟草以及芦笋的食用安全性评价，积累了一些研究经验和方法，得到一些有意义的研究结果，但也存在着一定的争论。文中将从评价的方法、原则和结果等几个方面报道和讨论转基因食品安全性评价的研究进展，并且指出评价中存在的问题，对转基因食品的安全性问题作了一个相对全面而客观的报道，并且总结了转基因食品安全性评价中应该注意的几个问题，对开展安全性评价工作有一定的参考价值。
关键词 转基因食品；安全性；实质等同性；致敏性；全食物饲喂
中图分类号 Q－1
文献标识码 A
文章编号 1000－3037(2001)02－0184－07
最近，苏格兰 Rowett 研究所 (RR1) 的一项研究表明，一种抗虫转基因马铃薯所产生的雪花莲外源凝集素能够对大鼠的内脏器官和免疫系统产生损伤，而对于人类来讲，类似的影响可能会导致癌症发病率和死亡率的大幅上升[1]。虽然有关科学家及科学团体在此项研究的实验设计和结果分析上存在很大分歧，但其研究结果经媒体公布后产生的负面的社会影响非常大，其主要研究责任人 Arpad Pustztai被迫提前退休。另外的一个研究发现，美国 Pioneer Hi-Bred种子公司的一种表达 2S 种子贮藏蛋白的转基因大豆会使对巴西坚果过敏的人群产生过敏反应，因此公司决定不让它上市[2、3]。那么，迄今为止上市的转基因食品是否会对人类健康产生不利的影响，并且如何对其进行安全性评价？这些都是颇受关注，并且迫切需要回答的问题。国内虽然有大量的即将和已经上市的转基因食品，但尚无针对此类问题的专门的文献报道。为了推动国内转基因食品安全性评价的研究工作，本文将针对这些问题详细论述国内外转基因食品评价的研究进展，以及存在的问题和可行的评价方法。
1 评价的原则与方法
1.1 实质等同性原则
1993 年，OECD（经济合作与发展组织）提出了食品安全性评价的原则——实质等同性 (substantial equivalence)原则[4]。即如果一种转基因食品与现存的传统同类食品相比较，其特性、化学成分、营养成分、所含毒素以及人和动物食用和饲用情况是类似的，那么它们就具有实质等同性。实质等同性的确定说明了这种新食品与非转基因品种在有益健康方面可能是相似的[5]。
若仅仅因为一种新的转基因食品同一种现存的对应食品不存在实质等同性并不意味着它就是不安全的。如果进行安全测试，就必须要以这种新食品的特性为基础。依照其化学成分以及对其熟知的程度，可以推断是否需要动物实验和离体研究，并不是所有的转基因食品都需要进行动物实验的，评价必须以个案的原则为基础。如果需要用转基因食品或其成分进行动物实验，那么实验目的也必须是明确的，设计是严谨
的 [5]。
1.2 评价方法
1.2.1 Monsanto公司的评价方法
在美国，有很多的基因公司，Monsanto 公司是最大的一个，该公司的资本已经渗入到许多拥有商品化转基因食品的公司里。该公司在食品安全评价方面的经验值得借鉴。Monsanto 公司根据实质等同性原则将评价的内容分为 3 个方面[6]：
（1）插入基因所表达蛋白的安全性评价；
（2）用选择性和特异性的分析检验来进行非预期（多效性的）影响，转基因食品的重要营养成分要与相应的非转基因品系以及其亲本的进行比较，分析结果要与现有的数据进行比较，以确定其营养水平在正常的范围之内，抗营养成分也要与现有数据和其对照比较以确认内源毒素没有发生有意义的变化，食品加工产品各种成分也应进行分析，以保证所测定的参数在可接受的范围之内；
（3）健康显示 (Wholesomeness) 测试的选择性应用，一般地，为模拟商业化的饲喂实践，这些饲喂实验用家畜家禽进行。对于人类食用的食品来讲，就将这种新食品用 25 倍于人类最大估计摄入量去饲喂大鼠，实验用每组每种性别的大鼠进行 4 周以上。全食物 (Whole food)饲喂实验时，动物对食物的微小变化不敏感，健康显示测试的参数包括每日健康观察、每周体重、食品消耗等，4 周后进行全面的尸检，如果在尸检中发现任何异常，这些组织就要进行显微镜检。这种 28d 的急性毒理学研究通常用来评价是否在饲喂待检食品过程中，有任何不利的影响表现出来，在尸检中，应该观察器官重量、血液学、临床化学以及组织病理学等方面的变化[7]。
1.2.2 数据库的应用
数据库可以提供有关食品成分的基底信息，用来评价转基因食品中主要的营养和毒素是否有显著性变化。当然也应考虑到这些主要的营养和有毒成分有一定的变动范围，另外必须保证数据的质量，并且必须发展有效的方法来定量这些主要的成分[8]。
1.2.3 活体 (in vivo)和离体 (in vitro)动物模型
可以用活体或离体的动物模型来评价转基因微生物食品的安全性，丹麦食品部的毒理学研究所已经建立了若干个哺乳动物消化道模型[9]。其中，大鼠模型建立的最齐全，可能是研究中应用大鼠模型较多的缘故。无菌大鼠模型除了可以研究细菌的存活和移殖外，还可以研究微生物间遗传物质的转移。如果将携带质粒 pAMβ1 的供体菌系和受体菌喂服无菌的大鼠，几天后在大鼠的排泄物中就会发现 DNA 接合转移的产物。
1.2.4 转基因食品致敏性的评价方法 [10]
如果转基因食品中所含蛋白是已知来源的，就用 SDS－PAGE 作点免疫反应后，进行放射性致敏吸着剂抑制反应测试 (RAST－inhibition)，如果结果是阳性的，就不需要进一步的试验而下结论认为这种转基因食品对人类是致敏的；如果结果是阴性的，那么接着进行皮刺测试和双盲、安慰剂对照的食品免疫试验 (DBPCFC, double-blind, placedbo-controlled food challenges)，如果结果仍是阴性的，那么就可以下结论，对消费者来说，这种转基因食品没有风险。如果转基因食品所含蛋白是非食品来源，或来源于不常见食品，那么就不能用过敏个体或者他们的血清进行测试，在这种情况下，就将这种蛋白的特性与已知的食品过敏原进行对照。
1.2.5 PCR检测的方法
目前，转基因植物的构建经常会用到来自花椰菜花叶病毒 (CaMV) 的 35s 启动子。对 35s 启动子的 PCR 检测是欧盟新食品管理的依据。最近欧盟修改了其食品管理策略，GMO（遗传饰生物体）含量大于 5% 的食品必须进行标签，于是由定性 PCR 转向定量 PCR，其中数量竞争性 PCR (QC－PCR, quantitative competitive PCR)的方法特别有用[11]。
2 结果与分析
2.1 马铃薯
继公开在电视上宣布转雪花莲外源凝集素 (GNA) 基因马铃薯对大鼠的内脏器官有损害后[1]，Ewen 和 Pusztai 于 1999 年正式发表了它们的研究结果[12]。他们研究了转 GNA 基因抗虫马铃薯对大鼠胃肠道不同部分的影响，实验分别用含有转基因马铃薯、非转基因的马铃薯亲本以及非转基因马铃薯加上 GNA 的 3 种膳食来饲喂实验大鼠。结果发现，胃粘膜、腔肠绒毛以及肠道的小囊 (Crypt) 长度均有不同程度的变化。经过比较探讨，他们得出结论是，胃粘膜的加厚主要是由 GNA 基因表达的后果，而小肠和盲肠的变化主要是由遗传操作或/和转基因构成引起的，GNA 基因表达的影响只占很小的一部分。Fenton 等[13]的研究发现，GNA 能够与人类的白细胞结合，虽然这并不能说明什么，但增加了对人类健康产生影响的风险。已有实验证明 Bt 毒蛋白对人畜是安全的，并且一种转 Bt 基因马铃薯与其对应的非转基因品种间具有实质等同性[14]。对于一种转基因抗除草剂马铃薯来说，与相应的非转基因亲本品系非常接近[15]。
2.2 番茄
研究表明，Calgene 公司的 FLAVR SAVRTM延迟成熟番茄的主要营养成分（如 VA 和 VC）没有改变，番茄碱等天然毒素没有显著变化，也没有发现有害的多效性，在一个 7d 的大鼠饲喂实验中，没有发现不良影响[16]。对一种转基因抗虫番茄的食品安全研究中[17～18]，用相当于一个人日耗 2000kgBt 番茄量的 Bt 蛋白饲喂 Brown Norway雄性大鼠、小鼠和兔子，未产生全身不良反应。在对一种抗烟草花叶病毒 (TMV) 转基因番茄的食品安全性评价中，转基因和非转基因番茄相比，糖碱、糖类、有机酸、多酸类都没有明显变化，诱变性上也没有差别。
2.3 大豆
Nordlee 等[3]评价了一种转巴西坚果 2S 清蛋白基因大豆的食品安全性，在研究中，他们取了 9 个对巴西坚果有过敏史的人的血清，RAST 研究表明，转基因大豆提取物可有效地与来自生巴西坚果的蛋白提取物竞争性地结合过敏人群血清中的 IgEC（免疫球蛋白），而用与之遗传上相对应的非转基因大豆的蛋白提取物观察到抑制现象；SDS-PAGE 研究表明，转基因大豆中出现了一种新的蛋白质带（约 9KD），巴西坚果也有这条带，并且与部分纯化的 2S 清蛋白有相同的迁移率，而非转基因大豆中都无这样一种相对应的带；免疫点杂交研究表明，9 份血清的 8 份能识别部分纯化的 2S 清蛋白，也能与巴西坚果提取物中的 9KD 的蛋白产生免疫反应，9 份血清中的 7 份能识别上述转基因大豆中与巴西坚果 2S 清蛋白有共同迁移率的 9KD 的蛋白质，没有血清与非转基因大豆中低分子量的蛋白反应，来自对照的血清不与任何大豆或巴西坚果的蛋白发生反应，因此可以肯定这种转基因大豆中存在与巴西坚果类似的过敏原。
根据 Fuchs 等[19、20]的研究结果，Monsanto 公司的抗除草剂的转基因大豆与市场上的相对应的非转基因大豆具有实质等同性。
2.4 棉花
Monsanto 公司的 Bt 棉表达的 Bt 毒蛋白可被哺乳动物很快地消化，与非转基因棉相比，其棉籽和棉籽油的质量以及抗营养成分没有显著的改变，并且分别用含有 5%～10%、10% 和 20% 棉籽的饲料喂养大鼠、鹌鹑和鲇鱼 28d、8d 和 10 周，也没有发现有任何显著的变化，证明这种 Bt 棉是安全的[21]。
陈松等[22]用棉籽粉喂养大鼠 28d、喂养鹌鹑 8d 的动物实验表明，转基因各组动物的体重、食物利用率与对照相比，无显著差异，受试动物生长发育及行为正常、无死亡。对大鼠的肝、肾、胃、盲肠、结肠、小肠及睾丸进行组织切片检查，均未见病理性改变，大鼠肝、肾、睾丸的重量比，以及血液中谷丙转氨酶活性和尿素氮水平均在正常范围内，转基因与对照组相比无明显变化，因此这种 Bt 棉与常规棉有实质等同性。
2.5 其它
一种抗病毒的转基因水稻[23]，抗病毒的转基因西葫芦品系 ZW20[24]，抗病毒的转基因烟草[25]以及一种转基因芦笋[26]与其对应的非转基因亲本间没有发现显著的区别[26]。
3 讨论与结论
3.1 实质等同性的概念局限性
实质等同性的概念体现了这样一种思路，就是可将作为现时用作食品或食品来源的生物体作为比较的基础来评价一种来自生物技术的食品或食品成分的安全性。然而，实质等同性这个概念也有它的局限性，比如说，虽然一种新的食品与一种已知食品有 99% 的相同，即除含有一种新的毒素外，二者具有实质等同性，但是这种食品可能需要进一步细致的检验；而既使一种新食品与其对应的现存食品只有 70% 的相同，特别是当营养成分的不同可被一种混合膳食替代时，这种新食品也可能仅需要很小程度的检验测试[27]。因此，用实质等同性这个概念并不能完全预测新食品是否需要动物实质性毒性实验。
而且，科学家还不能令人信服地用已知的有关转基因食品的化学成分来预测转基因食品的生化或毒理学效应。一种转基因食品在化学成分上与其自然存在的对应食品相似，并不能够说明人类食用该转基因食品是安全的[28]。有的科学家认为，一种转基因抗除草剂大豆与其对应的非转基因大豆具有实质等同性。而 Millstone 等[28]则认为，这个结论是建立在这样一个假设的基础上的，即假定已知的遗传和生化差异并不具有显著的毒理学差异。实际上，既使不施用除草剂，这种转基因抗除草剂的大豆与其相对应的所有品种的化学成分也不相同。在农业生产上实际应用这种抗除草剂的大豆时，必然会经常地用降草剂处理，而用除草剂处理大豆，必然会导致其化学成分发生显著性的变化，这一点已够证实。而在得出实质等同性的结论的实验中，所用的转基因大豆是未经除草剂经常处理的，并且比较的仅是部分化学成分，因此并没有什么实际意义。
3.2 全食物 (Whole food)饲喂研究的局限性
前面已经提及，许多的转基因食品安全性评价工作都用整个的转基因食品进行急性实验动物毒理实验。然而，用全食物饲喂动物的实验有一定的局限性，它很难检测出食品中的微小变化，食品学家和营养学家比较反对在进行转基因食品安全评价时使用全食物饲喂研究的方法。国际食品生物技术委员会 (IFBC) 指出，一般情况下不推荐使用这个方法评价转基因食品的安全性，如果确实需要，那么全食物饲喂研究的实验设计要十分小心和谨慎，并且持续时间不能太长，以避免因营养不平衡等因素的影响而对动物产生不利影响，从而掩饰了转基因食品的安全性[7]。
实际上，上述经验和结论来自对辐照食品安全评价的实验结果。当时，不了解以某种食物过量饲喂实验动物会导致营养的不平衡，对动物的健康产生不利影响。Hammond 等[6]总结了一些这样的例子，可能对转基因食品的评价工作有较高的参考价值。
3.3 有关转 GNA 基因马铃薯安全性的争论
Pusztai 一经公布他和同事们的转 GNA 基因马铃薯会损伤大鼠的消化和免疫系统的研究结果，其实验设计和实验结果马上遭到多方批评[1]。前面已提过。相应的研究论文投到国际著名杂志 THE LANCET后，也引起诸多争议，THE LANCET编辑部认为，虽然 Pusztai 及其同事的这项研究有一些不足，但是该论文提供了一项研究结果，是一个争论的开端，并且有必要让公众了解事实，以增强公众对科学的信任感，因此，THE LANCET还是于 1999 年公开发表了这篇论文[29]。对于该篇论文中存在的问题，Kuiper 等[30]认为有以下几点：①论文中没有介绍饲喂大鼠的不同膳食的成分，虽然 Pusztai 等在网上公布了部分细节，转基因马铃薯中的淀粉、多聚葡萄糖、外源凝集素、胰蛋白酶和糜蛋白酶与其余亲本品系不同，但这种不同是由转基因引起的还是由品系不同而引起的尚未可知；②大鼠膳食中仅含 60% 的蛋白质，容易造成饥饿反应，从而导致其它的一些不利影响；③实验设计不严密，每个饲喂组的大鼠个体数太少，而且缺少膳食对照，比如一个含 15% 蛋白的标准的啮齿动物膳食，以及包含“空白 " 载体的马铃薯的对照膳食；④研究中没有观察到一致性的变化，很难说明实验中大鼠消化道的变化是转基因马铃薯影响的结果。摄食马铃薯本身也会导致消化道适应变化[6]。支持 Kui per等的批评。英国皇家学会经研究讨论后也持类似观点[31]。
3.4 转基因食品安全性评价中应注意的问题
（1）由于实质等同性的尺度不好掌握，因此实质等同性这个概念比较模糊，其应用价值随转基因食品的不同而不同；
（2）全食物饲喂动物有一定的缺陷，因此最好不用或少用，使用时一定要谨慎设计实验；
（3）目前来讲，除了转巴西坚果基因大豆有致敏性，转 GNA 基因马铃薯的安全性有争议外，其它许多的转基因食品已被现在的研究结果证明是安全的，但转基因食品的长期效应有待探讨，能够批准一种新的转基因食品的指标体系还有待进一步完善；
（4）转基因食品安全性评价的程序基本上包括这样几个方面：①新基因产品的特性的研究；②分析营养物质和已知毒素含量的变化；③潜在致敏性的研究；④转基因食品与动物或人类的肠道中的微生物群进行基因交换的可能及其影响；⑤活体和离体的毒理和营养评价。
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第一作者简介
魏伟 (1969－)，男，山东人，副研究员，博士，研究方向为分子生态学。
| * | 国家重点基础研究发展规划项目 (G2000046803) 资助。 |
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