塞拉利尼转基因“致癌”研究:从试验方法到结论

  作者:石晓华 封勇丽 逄金辉 胡瑞法

  2012年9月,《食品与化学毒理学》(Food and Chemical Toxicology)发表了法国卡昂大学(University of Caen)塞拉利尼(Gilles-Eric Séralini)教授等的《草甘膦除草剂和耐草甘膦转基因玉米的长期毒性》论文,得出了大鼠长期服用草甘膦除草剂和耐草甘膦转基因玉米,均会患严重肿瘤的结论。该文发表后,立即引发了媒体的广泛报道,在网络上更是被大量的博客和微博转发,在国际上引起了极大轰动。随后,2014年该文又在《欧洲环境科学》(Environmental Sciences Europe)上再度发表,使“转基因不安全”的炒作愈演愈烈。不但欧洲食品安全局(European Food Safety Authority,EFSA)、法国生物技术高等理事会(High council for Biotechnology,HCB)等权威科学机构和主流科学界对该研究提出了质疑,而且国际生物与毒理学界也很少有支持的声音。然而反转人士、环保组织和一些网站媒体,刻意地以塞拉利尼论文中试验组大鼠肿瘤照片,在公众中煽动性地大肆渲染“转基因致癌论”,引发了公众的极度恐慌。本文将对塞拉利尼论文发表后各方的反应进行分析和相关科学文献追溯研究,对其所发表的数据进行统计分析,重新解读其及所得出的相关结论,在此基础上提出相应研究的科学观点。

  1塞拉利尼团队的研究及其影响

  1.1塞拉利尼团队的研究及主要结果

  塞拉利尼研究团队通过连续两年喂食Sprague Dawley大鼠(SD大鼠)草甘膦除草剂和抗草甘膦除草剂转基因玉米NK603,研究了草甘膦除草剂和耐草甘膦除草剂的转基因玉米是否具有潜在毒性。

  塞拉利尼的研究中选择了20只SD大鼠(雌鼠、雄鼠各一半),设置了10种不同的分组(含一个对照处理组),每个处理组选择了10只大鼠,各组采用不同的饲喂方式。除对照处理组外,9个处理组分别为:3组饲喂了在种植中不喷洒草甘膦除草剂的孟山都转基因玉米NK603,食物NK603配比含量分别为1%、2%、3%;3组饲喂了有草甘膦除草剂残留的孟山都转基因玉米NK603,亦即在种植中正常喷洒草甘膦除草剂的孟山都转基因玉米NK603,饲喂食物中NK603配比含量仍然分别为1%、2%、3%;3组饲喂食物与对照处理组相同,但在其饮用水中分别加入不同剂量的草甘膦。

  塞拉利尼分别观察了各处理组食物和水的消耗量、大鼠体重及其行为、可触摸的肿瘤和每周两次观察的临床症状。试验结束后,处死仍存活的大鼠,对它们多种器官和肿瘤进行解剖观察、称重、测量等处理。同时也对肾脏、肝脏与肿瘤做投射电子显微图像病理学观察分析,最后对所获得的各种数据进行统计分析。

  他们的研究结果显示,在对照处理组中,30%的雄鼠(3只)和20%的雌鼠(2只)自然死亡;在死亡率最高的试验处理组中,50%的雄鼠(5只)和70%的雌鼠(7只)死亡,该组大鼠食用了不喷洒草甘膦除草剂的转基因玉米NK603后死亡;与对照处理组相比,各处理组的大鼠均表现出更多的脏器损害和肿瘤。

  他们认为饲喂转基因玉米会导致雌鼠荷尔蒙失调,引起垂体功能减退,进而导致乳腺肿瘤的发生。他们得出了两方面的结论:一是雌鼠的乳腺肿瘤、雄鼠的各种肿瘤是试验组大鼠死亡率“更高”的主要原因;二是即使饮用水中草甘膦除草剂的含量低于美国环保署认定的安全阈值,但是大鼠的肾脏、肝脏和乳腺组织仍然会受到显著的影响。

  1.2塞拉利尼团队研究的社会影响及评价

  塞拉利尼团队的研究成果发表后,即刻引起科学界、各国政府的强烈反响。在科学界,学者们纷纷发文质疑他们的研究。2012年1月Nature杂志专门发表了评论,质疑了塞拉利尼“除草剂长期毒理性试验和影响研究”的科学性,指出了存在诸多很难令科学界信服的研究缺陷。2013年1月《食品与化学毒理学》(Food and Chemical Toxicology)杂志社发出撤稿声明,声明中指出该研究呈现的结果是不确定的。2014年1月,他们的论文在《欧洲环境科学》(Environmental Sciences Europe)杂志再度发表,强化了其影响,甚至使一些原来不相信该研究结论的非专业人士似乎也转变了看法。但是在塞拉利尼的论文再度发表后,随即Nature杂志网站专门发文重申了“这一撤稿举动并不令人意外”。

  除了科学界,塞拉利尼的研究也引起了各国政府和社会组织的广泛关注。以法国农业部长为代表的法国三位部长发表联合声明,希望欧盟加强对转基因的控制,要求法国生物技术高等理事会(High Council for Biotechnology,HCB)审查其研究。特别地,针对2013年塞拉利尼的书面答复,欧洲食品安全局(European Food Safety Authority,EFSA)强调此答复不能取消“塞拉利尼的研究结论不能被其数据支持”的批评意见。德国联邦风险评估研究所(The Federal Institute for Risk Assessment)评估了塞拉利尼的研究,认为其试验数据不能有效支持“低剂量草甘膦也具有很大的毒性”的错误结论。

  1.3塞拉利尼团队研究的引证分析

  塞拉利尼的研究发表后,大批学者从不同角度引用了他们的论文,有针对性地对其研究展开了广泛的讨论。我们检索了美国科学索引数据库(Web of Science),截止2015年4月,引用塞拉利尼论文的SCI科学文献共有52篇,如果不考虑作者本人2013年3月在原发表杂志上对批评意见的集中书面答复、2013年12月《食品与化学毒理学》对原文的撤稿声明和自引文献,共有49篇他引论文,其中包括有试验数据支撑的研究论文13篇和没有试验数据支撑的论文36篇(包括评述性引用17篇和综述性引用19篇)。

  在有实验数据的13篇他引论文中,仅有3篇有试验数据支撑的研究与塞拉利尼的饲喂试验相关,均得出转基因作物饲喂动物未显著影响动物健康的结论。2013年,Sieradzki等通过饲喂肉鸡、蛋鸡、猪和小牛,评估了外源DNA从RR抗除草剂大豆或MON810抗虫玉米饲料中转移的情况,发现无论RR大豆或MON810玉米,与传统作物一样,均不可能在动物组织、肠道菌群中转移。2014年,Hale和Flachowsky采用RR抗除草剂转基因玉米(Bt176),饲喂了4代肉鸡、蛋鸡和雏鸡,研究发现各成长阶段,转基因玉米对鸡的健康、食物摄入及习性等没有影响。中国学者Zhang等以转基因抗虫水稻(携带Cry1Ac基因)饲喂SD大鼠78周,分别在52周和78周时,进行了器官评估和病理检查。他们发现与对照组相比,SD大鼠在体重、食物消耗、死亡率、肿瘤发生率和病理结果方面无显著差异。

  对于无试验数据的36篇引用文献,有17篇对塞拉利尼试验提出了质疑,18篇为中性的综述类论文,仅Robinson等对塞拉利尼论文表示支持,他们认为欧洲食品安全局作为审批孟山都公司开发的抗草甘膦转基因玉米NK603的机构,与该研究具有利益冲突。实际上,为系统地了解转基因安全领域研究的利益集团资助情况,Miguel A Sanchez选取了PubMed和Web of Science数据库,检索出了1993~2014年所有转基因安全研究的科学文献698篇。通过对这些文献的资助情况分析,发现绝大多数转基因安全研究与利益集团无关。

  2塞拉利尼研究的重新解读

  2.1试验材料无法确保所得出结论的唯一性

  塞拉利尼选择SD大鼠作为试验用鼠。该品种鼠由于敏感性强和遗传学较为一致,对试验条件反应较为近似,被誉为精密的生物研究工具,常被用来进行90天的毒理学试验。然而,该品种鼠的一些特征显然不能作为长期的毒理学研究。一是该品种大鼠容易患上癌症,寿命只有2~3年,且鼠龄达2年后就进入了癌症高发时期。对于存活超过2年的SD大鼠,100只中就有81只会自发患上癌症。二是该品种大鼠食量反应敏感,如果SD大鼠吃得过饱,也会使其较早患上癌症。

  上述有关SD大鼠特征的研究表明,塞拉利尼两年喂食SD大鼠的结论不唯一。由于接近寿命期,从而无法判断其研究结论是由于SD大鼠接近寿命所自然发生的肿瘤还是由于所喂食的转基因玉米诱发的还是由除草剂等喂食处理所诱发的。同时,由于该研究也未提供每天SD大鼠的喂食量,从而未能控制试验期间该大鼠进食量对其健康的影响,这也无法回答SD大鼠患癌是否由于进食量过多所造成的。

  2.2试验样本无法确保研究结论的可重现性

  2008年11月,经济合作与发展组织(OECD)发布了有关化学毒理学试验研究的指导方针,以规范和指导毒理学研究方法。该规范规定:对于长期毒理学研究,每个处理组试验动物至少需要20只;而对于致癌毒理试验,每组则需要至少有50只。

  在塞拉利尼的长期毒理学研究中,虽然选取了20只SD大鼠作为处理样本,但每个处理组只有10只SD大鼠,显然不符合OECD标准毒理学试验规范。每个处理组样本量过少,将使试验结果的随机性增大,很难保证试验结果与处理方式的一致性。塞拉利尼采用对照处理组的10只SD大鼠与其他9个处理组结果对比,显然对照能力远达不到足够的稳定性,从而无法确保试验结果的可重现性。

  事实上,日本学者Nagasawa等早在2008年就进行了每处理组50只F344DuCrj 大鼠104周饲喂RR抗除草剂转基因大豆的试验研究。该研究所采用的F344DuCrj试验用大鼠,其寿命期高于SD大鼠,常被用作长期致癌试验;而该研究每处理组50只大鼠的样本,也确保了研究结果的稳定性。另外,Nagasawa严格记录了试验用鼠的食物摄入量,并检测了几乎与塞拉利尼相同的病理学观察指标。其研究结果发现,血液和血清生化指标,以及器官重量等指标未发现喂食转基因和非转基因大豆DuCrj大鼠间的显著差异,转基因与非转基因大豆处理组,以及不同性别间并未发现任何非肿瘤或肿瘤病变的现象。可见,塞拉利尼的研究由于对照处理组样本过少,使其研究结果难以被学术界接受。

  2.3试验结果存在多种解读的可能性

  塞拉利尼的研究得出了一系列发现,其中是最主要的发现包括:1在对照处理组中,雄鼠死亡3只(死亡率30%),雌鼠死亡2只(死亡率20%)。与对照处理组相比,饲喂转基因玉米(包括无草甘膦和有草甘膦残留)和饲喂低剂量草甘膦饮用水,雄鼠和雌鼠均具有明显高的死亡率。其中饲喂添加11%转基因玉米的雄鼠和饲喂添加2%转基因玉米的雌鼠的死亡率最高,分别高达50%和70%(原文图6)。2第一只死亡雌鼠发生在含2%转基因玉米处理组,较对照处理组第一只雌鼠死亡早246天。两只不得不实施安乐死的饲喂1%转基因玉米的雄鼠,比对照处理组第一只雄鼠死亡早大约一年(原文图6)。3在对照处理组中,发现第一只患有大肿瘤的雌鼠年龄在425天左右,雄鼠年龄在705天左右(原文图4)。4在9个处理组中,发现第一只患有大肿瘤的雌鼠,是在含22%转基因玉米处理组和低剂量草甘膦处理组中。与对照处理组相比,第一只雌鼠发现大肿瘤时间提前了90天;第一只发现大肿瘤的雄鼠,发生在含1%转基因玉米处理组和含22%转基因与草甘膦残留玉米处理组中,比对照处理组第一只雄鼠发现大肿瘤的时间提前了60天(原文图4)。

  然而,仔细解读塞拉利尼的原文,其所列出的数据似乎可以有多种解释。第一,根据表1所示数据,饲喂转基因玉米使雌鼠患癌的死亡率要高于对照处理组,但同时雄鼠的死亡率则低于对照处理组。与对照处理组3只雄鼠因患癌死亡相比,饲喂1%含量转基因玉米雄鼠死亡5只,高于对照处理组;而饲喂2%和3%含量转基因玉米的雄鼠则分别死亡1只,低于对照处理组。此外,如果将饲喂雄鼠转基因玉米的3个处理组死亡数量相加,则共有7只死亡,死亡率仅为23%(7/30),低于对照处理组30%的死亡率。同样,饲喂雄鼠低剂量农达饮用水的处理组也有类似结果,即饲喂雄鼠低剂量农达饮用水的三个处理组结果相加,共有8只死亡,死亡率为27%(8/30),也低于对照处理组的30%死亡率。

  第二,与死亡率趋势类似,在其得出饲喂转基因玉米使雌鼠因为患癌而死亡远早于对照处理组的同时(原文图6),其雄鼠的两个饲喂大鼠转基因玉米处理组出现死亡的时间均显著晚于对照组的最早死亡时间。与对照处理组雄鼠的死亡时间相比,饲喂2%和3%含量转基因玉米雄鼠最早发生死亡的时间晚于对照处理组的时间。而饲喂雄鼠低剂量农达饮用水处理组,甚至3个处理组的最早死亡时间均晚于对照处理组。这表明塞拉利尼的试验结果存在多种解读的可能性。

  第三,比较对照处理组死亡时间、第一次出现大肿瘤的时间及死亡率,塞拉利尼的研究似乎出现了自相矛盾的结论。根据原文图6的解析,对照处理组雄鼠共3只死亡,其死亡年龄分别为495天、595天和605天左右,而第一次出现大肿瘤的年龄为705天,表明对照处理组3只死亡雄鼠均不是因为发生大肿瘤而死亡的。然而,据原文图4,对照处理组雄鼠确实发生了大肿瘤。此外,塞拉利尼报告雄鼠对照处理组的生命周期为(624±21)天,对照雄鼠第一次出现大肿瘤的时间(约705天)几乎超过了全部雄鼠对照样本的生命周期(考虑到试验开始前的5周非试验生长期和3周稳定观察期),这一结果显然存在矛盾,而塞拉利尼原文却未给出详细解释。

  2.4试验结果差异不显著

  即使不考虑试验结果存在多种解读的可能性,塞拉利尼的研究也未能得出不同处理间死亡率差异显著的结论。将表1中SD大鼠死亡数试验结果按两向分组无重复数据进行方差分析,分别分为SD大鼠不同性别(雌鼠和雄鼠)和10个处理(一个对照处理及转基因玉米NK603、草甘膦农药和草甘膦农药残留的NK603各3个处理),其方差分析结果见表2。

  表2的结果表明,塞拉利尼致癌试验SD大鼠不同处理间死亡数差异的F值仅为0.91,远未达到显著水平。而该试验不同处理间SD大鼠死亡数的差异主要来自SD大鼠的性别,其F值为4.97,接近0.05的显著水平。表明塞拉利尼论文所得到的饲喂抗除草剂转基因玉米和除草剂残留饮用水致癌的结论缺乏统计学依据。

  3结论与讨论

  欧洲国家政府和学术团体通过对塞拉利尼的致癌论文的严格审查与评估,分别从其试验材料的选择、研究方法的规范、与已有结论的一致性等方面否定了其研究结论的正确性,尽管有个别文章质疑这些评估结论存在着利益相关,但主流科学界的研究与评估均对塞拉利尼的研究提出了批评。通过对全部SCI论文的追溯研究发现,在塞拉利尼的致癌论文发表后,没有一篇有试验数据的论文支持塞拉利尼论文的观点。

  塞拉利尼研究所用的SD大鼠由于易患癌,使其无法确保所得出结论的唯一性。同时,由于其试验样本较小(尤其是对照处理样本过小),在长期致癌试验中,容易出现随机性使其试验结果的重现性较差。另外,对于试验所获得的数据结果,若仔细分析,则存在多种解读,这些解读甚至可能颠覆塞拉利尼的研究结论。而对塞拉利尼论文所发的死亡率数据的方差分析表明,各处理间差异并不显著。

  需要说明的是,塞拉利尼论文发表后,尽管遭到了学术界的广泛质疑并被多个国际组织和国家政府所否定,然而,其对国际社会的影响在短期内仍难以消除。尤其是其在2014年二度发表后,在学术界对该文质疑的情况下,更加剧了国际舆论在转基因产品安全性上的分裂。这无疑暴露出一些学术杂志现行的同行评阅制度所存在问题。

  目前科学界所采用的同行评议,即作者投稿以后,由刊物主编或纳稿编辑邀请具有专业知识或造诣的学者,评议论文的学术和文字质量,提出意见和判定,主编按评议的结果决定是否适合在本刊发表。塞拉利尼的文章是由自己推荐的审稿人(这也是目前一些学术杂志采用的方法之一),我们在此不评论该审稿程序的优劣,但该杂志在对塞拉利尼撤稿声明中,并未包含其撤稿所采取的程序,如某决策过程是否经过同行评议等,这一行为为该文在欧洲环境科学的第二次发表留下了“争议性”的隐患。(参考文献略)

  来源:中国生物工程杂志

(XYS20150731)

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