禽源人畜共患病甲型流感病毒（HAV）可在个体中引起严重疾病，甚至全球大流行病，因而对人类构成威胁。水禽和滨鸟被认为是所有HAV的储存库，但是近期在蝙蝠中鉴定新的HAV面临挑战。主要的蝙蝠HAV包膜糖蛋白---血凝素---与常规的血凝素存在着高度的序列同源性和结构同源性，但是并不结合典型的HAV受体，即唾液酸或任何其他的聚糖。蝙蝠HAV血凝素的这种功能上未被描述的可塑性意味着这些病毒的趋向性和人畜共患病潜力尚未被完全确定。在一项新的研究中，来自瑞士苏黎世大学和德国弗莱堡大学等研究机构的研究人员通过对易感细胞和非易感细胞进行转录组学分析并结合全基因组CRISPR-Cas9筛选，发现作为MHC-II（主要组织相容性复合物II型）分子，HLA-DR是蝙蝠HAV入侵的重要决定因素。相关研究结果发表在2019年3月7日的Nature期刊上，论文标题为“MHC class II proteins mediate cross-species entry of bat influenza viruses”。通过基因手段剔除HLA-DRα链使得细胞对蝙蝠HAV感染具有抵抗性，然而HLA-DR在非易感细胞中的异位表达赋予了对蝙蝠HAV感染的易感性。表达来自蝙蝠物种、猪、小鼠或鸡的MHC-II也赋予对蝙蝠HAV感染的易感性。值得注意的是，用蝙蝠HAV感染小鼠导致上呼吸道中强劲的病毒复制，而缺乏MHC-II的小鼠对这种感染具有抵抗性。综上所述，这些数据确定MHC-II为蝙蝠HAV入侵多种物种的关键调节因子，这使得蝙蝠HAV具有广泛的脊椎动物趋向性。

为什么动物要睡觉？为什么人类要浪费一天1/3的时间睡觉？睡觉是所有有神经系统的动物都必需的。尽管如此，科学家们对睡觉背后的核心细胞学功能和生物学机制却并不清楚，在系统发生的过程中也没有保守的分子标记物来定义睡眠细胞。而近日来自以色列巴伊兰大学的科学家们揭开了睡眠背后的秘密，他们发现睡觉可以增加染色体的运动，从而减少神经元中DNA损伤的堆积，相关研究成果发表在《Nature Communications》上，题为“Sleep increases chromosome dynamics to enable reduction of accumulating DNA damage in single neurons”。研究人员对活的斑马鱼的单个细胞中的染色体标记物进行了实时成像，发现睡眠可以增加单个神经元的染色体动力学，但是对其他两种细胞没有影响。通过对睡眠、染色体动力学、神经元活动和DNA双链断裂（DSBs）的操纵，研究人员发现不睡觉的情况下染色体动力学很低，DSBs的数量会增加。反过来，睡眠会增加染色体的动力学，这对于减少DSBs的数量是至关重要的。这些研究结果表明染色体动力学是鉴定单个睡眠细胞的潜在标记物，而睡眠的功能在于维持细胞核中染色体的稳定性。该研究通讯作者Lior appelbaum教授说道：“我们现在找到了睡眠、染色体动力学、神经元活动和DNA损伤及修复之间的因果关系，这和所有的生物都相关。睡眠给了生物体一个减少在非睡眠条件下大脑中出现的DNA损伤累积的机会。尽管睡觉时动物对周围环境的警觉性会降低，但是睡觉可以使动物有效的维持染色体的稳定性，这可能是睡眠在整个动物王国进化过程中都很保守的原因。”

—来自加州大学圣地亚哥分校（UCSD）癌症研究所的研究人员发现抑制脑胶质瘤中一个特殊蛋白质的活性可以增加脑胶质瘤对放疗的敏感性，从而提高胶质瘤这种最常见、最恶性的脑癌的治疗，相关研究成果于近日发表在《Cancer Cell》上。脑胶质瘤非常难治疗，中位生存期仅为15-16个月。放疗和化疗是标准的治疗方法，都旨在损伤和破坏肿瘤细胞的DNA，但是它们的治疗疗效会随着肿瘤产生抵抗性而下降。在这项新研究中，UCSD药学院病理学教授Frank B. Furnari（通讯作者）、博士后研究员Jianhui Ma博士（一作者）及其同事发现了胶质瘤用于促进治疗抵抗性的新机制：同源性磷酸酶-张力蛋白（ phosphatase and tensin homolog，PTEN）的磷酸化，该蛋白由PTEN基因编码。通常情况下该蛋白是一个肿瘤抑制蛋白，但是突变或者错误的修饰会产生相反的效果。特别是研究人员发现PTEN的磷酸化（酪氨酸Y240位点）会促进肿瘤细胞的DNA修复，从而逆转治疗性放疗的效果。当研究人员使用成纤维细胞生长因子受体抑制剂抑制小鼠胶质瘤细胞中Y240的磷酸化后，肿瘤细胞对放疗的敏感性增加,更多的肿瘤细胞死亡，因此小鼠的生存期显著延长。“这些发现很有趣，为临床试验提供了基础，也有助于我们探索治疗其他利用这种机制逃逸治疗的肿瘤的新疗法。”Furnari说道。这项研究也是该小组2017年另一项发表在《Nature Communications》上的研究的拓展，该研究发现PTEN可以调节脑胶质瘤的发展。

根据一项由Edwin Kim博士领导、发布于美国过敏、哮喘和免疫学学会年会上的新研究，在口服免疫疗法（OIT）或者舌下免疫疗法（SLIT）治疗花生过敏后，规律食用花生可以提供持续的保护，防止偶然暴露于过敏源产生的突发情况。这项观察性研究追踪了55个在北卡罗来纳大学（UNC）教堂山分校完成了OIT或者SLIT花生免疫治疗实验的病人，他们对300-5000 mg范围内的花生不再敏感，300 mg花生大约是一粒花生仁的重量。脱敏可以增加引起过敏反应需要的花生的量，降低了突然接触花生引起的严重副反应的可能性。“人们仅仅知道他们受到了保护。”Kim说道，他是UNC医学院医学和儿科副教授、UNC食物过敏基金会主任。“他们不需要一下子吃大量的花生，只是想在意外情况下误食花生之后不会产生严重的过敏反应。”在完成免疫治疗实验之后，研究人员鼓励这些病人在日常饮食中加入含有花生的食物，每天300 mg花生即可。作为他们长期随访的一部分数据，参与者需要汇报他们吃了多少量、吃花生的频率和他们吃完花生之后的感受。大部分参与者在免疫治疗完成后持续规律地使用花生长达8年。目前还在吃花生的病人每天的平均食用量为600 mg。其中55个人没有出现过意外食用花生导致过敏的事件，但是剩下10人在开始食用花生之后仍然出现了过敏反应，大部分过敏反应比较温和，使用抗组胺即可缓解，有3人需要使用肾上腺素，2人需要EMS。尽管这些副作用很罕见，但是这还是表明病人应该在医生的指导下摄入花生。“现在大的一个问题是免疫治疗之后的生活怎么样？”Kim说道。“这就是我们这项研究想回答的问题，我们的研究表明食用少量的花生是安全的，可以提高生活质量，也许还可以帮助维持脱敏。”Kim表示还需要更多的纵向研究，但是他和他的同事希望这项研究还可以应用于其他种类的食物过敏。

 脱氧核糖核酸（DNA）中存储着遗传代码。它由4种核苷酸组成，以4个不同字母表示。美国研究人员新合成一种由8个字母组成的新型DNA结构。其信息存储密度加倍，未来有望应用于合成生物等领域。DNA是存储及传递遗传信息的复杂分子，是地球生物的遗传物质基础，由4种核苷酸组成，即腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和鸟嘌呤，分别用字母A、T、C、G表示。美国应用分子进化基金会史蒂文·本纳领导的科研团队在新一期《科学》杂志上发表报告说，他们合成的新型DNA分子系统与天然DNA大的不同是，它拥有8个而非4个生命信息组分。除了包含腺嘌呤等4种天然核苷酸，还包含另外4种结构相似的人造信息单元。它们共同构成了双螺旋结构，能存储和传递信息。研究人员将这一分子系统命名为“Hachimoji”，在日语中是“8个字母”的意思。值得一提的是，新型DNA结构的合成意味着，地球上的天然DNA结构未必是生命存在的基础结构。研究团队称，未来人类搜寻地外生命的范围也可适当扩展。本纳说，研究团队仔细分析了这种人造DNA的形状、大小和结构，“这将有助于扩展我们对地外生命用于存储遗传信息的分子结构的理解”。美国宇航局负责行星科学任务的洛里·格雷兹说，探测生命是美宇航局行星科学任务的重要目标，该研究开发了有效的工具，“拓展了我们搜寻地外生命的范围”。

地球生命的DNA包含4个碱基，现在，美国科学家将生命“字母表”的数量增加了一倍，首次合成出包含8个碱基的DNA。实验表明，合成DNA似乎能像天然DNA一样存储和转录信息。发表于《科学》杂志的新研究成果表明，宇宙中或许存在其他生命形式，这对于外星生命搜寻非常重要。本研究中，应用分子进化基金会创始人史蒂文·本纳领导的团队，通过调整普通碱基——鸟嘌呤、胞嘧啶、腺嘌呤和胸腺嘧啶（G、C、A、T，其中A与T配对、C与G配对）的分子结构，创建出两对新碱基：S和B、P和Z。新碱基的形状与天然碱基类似，但结合方式不同。随后，他们将合成碱基与天然碱基结合，得到了由8个碱基组成的DNA。实验表明，合成序列与天然DNA拥有相同属性：它们采用相同的方式可靠地配对；无论合成碱基的顺序如何，双螺旋结构都保持稳定；DNA可忠实地转录成RNA。这一成果首次系统性证明了合成碱基与天然碱基可彼此识别并结合，且形成的双螺旋能保持稳定。英国剑桥大学合成生物学家菲利普·霍林格表示，新研究令人兴奋，但距离真正的8碱基合成遗传系统还有很长的路，一个关键问题是，合成DNA是否可被聚合酶（细胞分裂过程中负责在生物体内合成DNA的酶）复制。此外，英国这一个团队还开发出了其他新碱基对，使创建含有10个乃至12个碱基的DNA结构成为可能。

美媒称，科学家正在通过搜集研究稀有鱼类生活水域的DNA来研究如何保护它们免遭灭绝，这种方法与过去的老办法相比入侵性较低，耗时较短。据美联社报道，美国缅因州研究人员正在尝试利用脱氧核糖核酸（DNA）保护仅存于该州14个湖泊与池塘中一种所剩无几的鱼。美国大陆其他地方均无这种鱼类。研究人员正在关注北极红点鲑，这是一种内陆鱼，在缅因州生存了上千年，是垂钓者眼中的珍品。红点鲑面临着威胁，如入侵捕食者及气候变暖。红点鲑极难找到，研究人员要想跟踪研究也因此难度很大。缅因大学进化应用学教授迈克尔·金尼森及其他研究人员正在与缅因州合作，确保这种鱼类继续存活。金尼森在从事一项研究，从红点鲑生活的水体收集“环境DNA”。金尼森说这个研究项目需从已知的红点鲑生存湖泊和池塘收集水体样本，研究红点鲑及其他微生物脱落的DNA。他说样本可提供研究人员能够利用的重要信息，保证红点鲑的数量维持稳定。金尼森说，与过去的老办法相比，这种方法的入侵性较低，耗时较短。他说：“如果计算鱼类数量的工具就是刺网捕鱼，而鱼的数量又不多，你会采取艰难的抉择，为了找鱼而冒险杀鱼吗？现在的办法是，了解微生物所处的位置，以确实无害的方法进行研究。”北极红点鲑生活在世界高的地方，包括加拿大北部和阿拉斯加。海鲜爱好者之所以知道红点鲑，是因为人们把红点鲑当作食用鱼进行养殖。但是，要想在阿拉斯加以南的48个州找到红点鲑，垂钓者只能前往缅因州一群偏远的乡村池塘和湖泊，其中有些地方是人类无法进入的。参与这项研究的缅因大学生态学研究生布拉德·厄尔德曼说，这项在缅因州收集红点鲑DNA的项目始于2017年，预计将持续到今年夏季。鳟鱼保护协会地方分会也利用“拥抱一条溪流”基金会提供的赠款参与项目研究。红点鲑的大威胁就是入侵物种彩虹香鱼（胡瓜鱼）。这是一种体型较小的鱼，与红点鲑争抢食物，而且可能吃食红点鲑幼苗。红点鲑也是北部的皮斯卡塔奎斯县一个多年项目的主题，即消灭大芦苇池塘彩虹香鱼以拯救红点鲑项目。2017年6月，缅因内陆渔业与野生动物保护局证实红点鲑再次在这个池塘大量产卵。缅因内陆渔业与野生动物保护局渔业主任弗朗西斯·布劳蒂加姆说，利用环境DNA有助于确保彩虹香鱼不在红点鲑生活的其他水体生存。他说东北部的萨默塞特县鲍尔德山池塘非法引进了彩虹香鱼，那里的红点鲑鱼数量出现下降，因此管控现状成为重中之重。布劳蒂加姆说：“我们野生动物保护局对于确保这些鱼类能够继续在此生存非常积极。”缅因州北部营地业主兼短程客机无人区飞行员伊戈尔·西科尔斯基参与了州政府拯救大芦苇池塘红点鲑的行动。他说利用先进手段，比如环境DNA，是一种聪明的办法，因为红点鲑是缅因州自然风光中独一的，遭到了气候变化的破坏。这种鱼喜欢冷水。西科尔斯基说：“谁知道这是否会是终结，或者我们是否能够稳定鱼的数量呢。迄今一切还好，最多只能这么说。”

如果你认为电子烟没有什么危害，那么请三思。一项由南加州大学完成的涉及93人的研究表明电子烟使用者的口腔组织中出现了与吸烟者一样的癌症相关的分子变化，这让电子烟是香烟的无害替代物进一步的疑云重重。这项研究于近日发表在《Journal of Molecular Sciences》，与此同时，电子烟市场迅速增长，公众对健康的担忧日益加剧。在积极的方面，最近的研究发现电子烟在帮助戒烟方面的效果几乎是其他尼古丁替代品的两倍。但是青少年中，电子烟的使用已经超过了香烟，而越来越多的证据表明电子烟的使用会导致尼古丁上瘾以及未来的吸烟。“现有的证据表明电子烟并不仅仅只是人们认为的水烟。”该研究通讯作者、南加州大学Keck医学院副教授Ahmad Besaratinia说道。“尽管电子烟产品中大多数致癌化合物的浓度显著低于香烟中的浓度，但是致癌物并没有所谓的安全剂量。” Besaratinia强调该研究中发现的分子变化并非癌症，甚至都不算癌前物质，但是是一种警告，意味着未来可能会发生癌变。研究人员比较了42名电子烟使用者、24名吸烟者以及27名不吸烟的人的口腔细胞中的基因表达情况。基因表达是我们的DNA将其信息转化为蛋白质的过程，基因表达过程的某些改变会导致癌症。研究人员聚焦于口腔上皮细胞，因为超过90%的吸烟相关的癌症都起源于上皮组织，而口腔癌与吸烟紧密相关。研究人员发现吸烟者和吸电子烟者的口腔上皮细胞中大多数与癌症相关的基因都出现了基因表达异常或者失调。其中吸电子烟的人的26%的的表达异常基因与香烟使用者相同。还有一些下调基因仅出现在电子烟使用者的细胞中（而非吸烟者），但是它们却与肺癌、食道癌、膀胱癌、卵巢癌和白血病相关。Besaratinia及其同事计划在更大的人群中重复他们的研究，并探索引起基因表达失调的机制。他还将启动另一项研究，该研究中吸烟者将变为吸电子烟，他想知道在更换前后是否会出现其他基因表达的变化。“大多数情况下，参与者和我们一样好奇这些产品是否安全。”他这样说道。

在E1酶激活泛素（ubiquitin，Ub）和泛素样修饰因子（ubiquitin-like modifiers，Ubls）结合级联反应的一步时会激活UB和Ubls，因此它是针对癌症和其他致命疾病的治疗性干预手段的潜在靶标。近日来自南卡罗莱纳医科大学（Medical University of South Carolina，MUSC）的研究人员报道了E1酶在Ubl与最近发现的高度特异性的共价变构抑制剂（COH000）形成复合物时的晶体结构，这个3D结构使得研究人员可以观察潜在的药物分子和靶标蛋白之间的相互作用。研究人员发现COH000会靶向一个远离活性位点的神秘口袋，而过去的所有的关于SUMO E1结构的研究都忽略了这个位点，同时COH000结合SUMO E1的过程通过一系列结构变化来完成，最终将这个酶固定在过去没有发现的一种非活化构象状态下。这些结构变化包括一个活性位点的解组装和含有半胱氨酸的催化性SCCH结构域的180°旋转。“我们正在学习自然的秘密——这些分子如何发挥功能，而我们通过一种我们可以看到的方法进行了研究。通过在分子水平对这些过程进行研究，我们可以更充分地利用它们。”该研究领导作者、MUSC生物学和分子生物学副教授Shaun Olsen说道。总的而言，这项研究提供了一个关于COU000和它的SUMO E1特异性的抑制性机制的分子基础，同时还为开发靶向E1酶的神秘別构位点的分子提供了一个新的方向。研究人员接下来的计划是使用这些三维结构去设计特异性更强、抗癌活性更强的抑制剂。

每40秒美国就会有一人遭遇中风并接受治疗以降低大脑损伤的程度。现在来自匹兹堡大学医学院等机构的研究人员发现一种叫做UCHL1的脑蛋白质可能对于神经细胞如何在中风后进行自我修复至关重要。这项在动物模型中进行的研究开辟了一个开发针对修复过程的新药以增强中风修复的新方法。“尽管传统的中风疗法很有效，但是这些治疗必须在中风后的数小时内进行，但是大多数病人并不能及时得到这些治疗。因此目前急需新方法增强病人在中风后数天内的康复过程。”该研究共同通讯作者、匹兹堡大学医学院神经学教授Steven Graham博士说道。“我们认为我们已经找到了一个决定大脑中风后修复过程的关键蛋白，这使得它成为了增强中风康复的药物的靶标。” UCHL1是大脑中一个高度活化的酶，在请除异常蛋白的过程中扮演关键角色。编码UCHL1的基因发生突变可能会导致人类运动机能缺陷。Graham实验室过去的研究发现中风后神经细胞释放的环戊烯酮前列腺素（cyclopentenone prostaglandins，CyPgs）可以结合UCHL1从而抑制其功能。因此Graham与同单位的神经学副教授Feng Zhang博士一起合作试图找出UCHL1在中风中的确切作用。研究人员创造了一种小鼠模型，他们将UCHL1基因的突变体插入小鼠基因组中以防止CyPgs的结合。随后他们通过手术在正常小鼠和基因工程化小鼠身上模拟了中风过程，以比较两种神经元的反应。结果发现，防止CyPgs结合UCHL1可以降低损伤的轴突的数量。进一步实验发现中风之后保持UCHL1的活性可以帮助保持神经元和大脑组织的功能，这通过激活快速清除受损蛋白质防止进一步神经细胞损伤的细胞机制来完成。UCHL1突变的小鼠走路、维持平衡以及其他的运动机能的恢复都有所增强。“尽管大多数中风疗法都聚焦于防止神经元死亡，但是维持轴突的完整性并降低白髓损伤对于康复同等重要。”Graham说道。“UCHL1在这个过程中扮演着关键角色。”Graham及其同事现在正在寻找可以通过静脉注射阻止CyPgs结合UCHL1或者代替损伤UCHL1的药物。

根据一项发表在《The Journal of Nuclear Medicine》上的新研究，医生也许在不久之后就会有一种评估采用荷尔蒙疗法治疗乳腺癌病人是否成功的新方法。研究人员发现使用一种正电子成像（PET）造影剂18F-fluorofuranylnorprogesterone (18F-FFNP)进行PET成像可以显示出短时间雌激素治疗导致的黄体酮受体（progesterone receptor，PR）的变化。雌激素受体（Estrogen-receptor，ER)阳性的乳腺癌是最常见的乳腺癌，几乎70%的病人都是这一类型。通过进行雌激素疗法，医生可以确定靶向ER的荷尔蒙疗法治疗病人的可能性。许多荷尔蒙疗法都通过干扰雌激素来调节PR蛋白的表达。基于此，研究人员已经开发出了几种PET造影剂来监控和分析PR在治疗过程中的含量变化。“通常来讲，我们都通过检测肿瘤的大小和增殖标记物来确定病人对荷尔蒙疗法的敏感性。”威斯康星大学放射系乳腺影像科副教授Amy M. Fowler博士说道。“但是在治疗期间采用18F-FFNP非侵入性的检测PR表达的改变也许是更早确定这些疗法有效性的方法。”在这项研究中研究人员使用雌激素刺激T47D人乳腺癌细胞以及移植该癌细胞的小鼠以增加其PR表达。随后利用18FFFNP进行成像。为了研究PR-A和PR-B两个亚型的蛋白质对18F-FFNP结合的影响，研究人员使三阴性乳腺癌细胞MDA-MB-231分别表达了PR-A或者PR-B。通过饱和与竞争结合实验检测了体外18F-FFNP的结合，体内摄取则通过PET成像来检测。结果发现使用雌激素刺激48小时后，T47D细胞摄取18F-FFNP的量增加，而刺激小鼠48小时及72小时后，肿瘤对18F-FFNP的摄取也增加。同时18F-FFNP摄取的增加与PR蛋白的表达和增殖相关。同时两种亚型对细胞和体内层面的摄取都无显著影响。“考虑到病人体内两个亚型的表达存在差异，这是一个重要的发现。”Fowler说道。“确定PR成像可以作为病人对雌激素疗法的敏感性的生物标记物为乳腺癌成像及核医学提供了新的机会。改善评估病人对雌激素疗法敏感性的方法可以更快更好地确定病人是否适合这些疗法，从而降低病人死亡率。”

人类将近三分之一的时间都在睡眠，但是睡眠仍然是生物学中最持久存在的谜团之一。迄今为止，科学家们还不知道是什么遗传或分子力量促使人们需要睡眠。在一项新的研究中，来自美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员通过研究12000多种果蝇品系，发现了一个称作nemuri的基因增加了对睡眠的需求。相关研究结果发表在2019年2月1日的Science期刊上，论文标题为“A sleep-inducing gene, nemuri, links sleep and immune function in Drosophila”。作为一种抗菌肽（antimicrobial peptide, AMP），NEMURI蛋白以其固有的抗菌活性抵抗细菌。它由大脑中的细胞分泌，在感染后促进长时间的深度睡眠。论文通讯作者、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院时间生物学项目主任、神经科学教授Amita Sehgal博士说，“虽然人们普遍认为睡眠和疾病治愈是密切相关的，但是我们的研究直接将睡眠与免疫系统联系起来，并为患病期间睡眠如何增加提供了一种可能的解释。”如果缺乏nemuri基因，果蝇在日常睡眠中更容易被唤醒，并且它们对因睡眠剥夺或感染而增加睡眠的迫切需求也减少了。另一方面，增加睡眠需求的睡眠剥夺，以及在某种程度上，感染，都会促进nemuri在靠近大脑中一个已知的睡眠促进区域的一小群果蝇神经元中表达。与未感染的对照果蝇相比，nemuri过表达增加了受到细菌感染的果蝇的睡眠并导致它们的存活率增加。为了应对感染，NEMURI似乎可以杀死细菌，最有可能是在果蝇身体的外围部分发生的，并通过它在大脑中的作用来增加睡眠。这些研究人员表示，类似NEMURI这样的多种分子具有多种有助于抵抗感染的功能，不过它的睡眠促进作用可能对宿主防御同样重要，这些因为在患病期间，睡眠增加可促进果蝇的存活。更重要的是，这些研究人员还指出，诸如IL-1之类的细胞因子与人类睡眠有关。IL-1的作用途径与AMP相同，它在长时间的清醒后累积并且似乎促进睡眠。在哺乳动物中，细胞因子能够诱导AMP产生，但是AMP也可能影响细胞因子的表达。鉴于这种相互交织的关系，这些研究人员得出结论：NEMURI是免疫功能和睡眠之间的一个工作环节。论文作者、Sehgal实验室博士后研究员Hirofumi Toda博士说，“在较高的睡眠需求的情形下，比如当我们生病时，NEMURI蛋白是保持正常睡眠的真正驱动力。在我们的研究工作的下一个阶段，我们计划研究NEMURI促进睡眠的作用机制。”

转录因子（TFs）是一种能调节基因表达的特殊蛋白，其能在完整的基因组中搜索并结合特殊区域来调节基因的表达；我们都知道，转录因子不仅能结合特殊的DNA序列，还能非特异性结合任何DNA链。这些非特异性的关联就能够明显增加转录因子寻找特殊靶点的能力，然而目前研究人员并不清楚在扫描大量基因组、定位以及结合特殊位点时，人类机体中超过1500种转录因子的的效率是如何发生变化的。近日，一项刊登在国际杂志Nature Communications上的研究报告中，来自瑞士洛桑联邦理工学院的科学家们通过研究发现了一种新方法，其或能帮助预测不同转录因子在活细胞中扫描基因组的效率；文章中，研究者对小鼠机体中501个转录因子进行了研究，观察了其结合有丝分裂染色体的方式，这种特性能以一种非特异性的方式将转录因子的能力与DNA相关联起来。利用光漂白试验和单分子成像技术，科学家们发现，通过与有丝分裂染色体的结合就能预测细胞核中转录因子的运动以及其结合特殊位点的效率。将上述实验与全银族中转录因子图谱相结合，研究人员发现，不同转录因子在寻找其结合位点的能力上会表现出三个数量级的差异，具有较强非特异性DNA结合特性的转录因子常常与有丝分裂染色体相关，其在细胞核中移动速度较慢，但其却能有效地寻找需要结合的特殊序列并调节基因的表达。研究者David Suter说道，转录因子在扫描基因组寻找其特殊结合位点的能力上有很大的差异，而且通过简单地观察期所结合的有丝分裂染色体的多少就能预测这些差异；能在基因组中发挥有效搜寻功能的转录因子常常能驱动基因表达模式发生较大范围的改变，甚至是在较低浓度下依然可以，而且这对于细胞命运的决策过程尤为重要。

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分子诊断技术是指以DNA和RNA为诊断材料，用分子生物学技术通过检测基因的存在、缺陷或表达异常，从而对人体状态和疾病作出诊断的技术。其基本原理是检测DNA或RNA的结构是否变化、量的多少及表达功能是否异常，以确定受检者有无基因水平的异常变化，对疾病的预防、预测、诊断、治疗和预后具有重要意义。通俗简单的讲所有基于分子生物学水平的方法学技术都属于分子诊断技术，比如PCR技术、基因测序技术等等。PCR技术即聚合酶链式反应是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，基本原理类似于DNA的天然复制过程，由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成：模板DNA的变性，模板DNA与引物的退火(复性)，引物的延伸。重复循环变性--退火--延伸三过程，就可获得更多的“半保留复制链”，而且这种新链又可成为下次循环的模板。每完成一个循环需2～4分钟，2～3小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。由1983年美国Mullis首先提出设想，1985年由其发明了聚合酶链反应，即简易DNA扩增法，意味着PCR技术的真正诞生。简单讲PCR技术本质上是针对DNA片段进行扩增放大，通过实时荧光PCR技术使得样本中DNA含量可以检测出来。基因测序技术即测定DNA序列的技术。在分子生物学研究中，DNA的序列分析是进一步研究和改造目的基因的基础。目前用于测序的技术主要有Sanger等（1977）发明的双脱氧链末端终止法和 Maxam和 Gilbert（1977）发明的化学降解法。这二种方法在原理上差异很大，但都是根据核苷酸在某一固定的点开始，随机在某一个特定的碱基处终止，产生 A，T，C，G四组不同长度的一系列核苷酸，然后在尿素变性的PAGE胶上电泳进行检测，从而获得DNA序列。目前 Sanger测序法得到了广泛的应用。简单讲基因测序技术是针对DNA片段进行测序和分析，使得DNA序列得以清晰。下面一起来了解一下分子诊断技术近50年的发展历程：一、基于分子杂交的分子诊断技术上世纪60年代至80年代是分子杂交技术发展最为迅猛的20年，由于当时尚无法对样本中靶基因进行人为扩增，人们只能通过已知基因序列的探针对靶序列进行捕获检测。其中液相和固相杂交基础理论、探针固定包被技术与cDNA探针人工合成的出现，为基于分子杂交的体外诊断方法进行了最初的技术储备。(一)DNA印迹技术(Southern blot)Southern[1]于1975年发明了DNA印迹技术，通过限制性内切酶将DNA片段化，再以凝胶电泳将长度不等的DNA片段进行分离，通过虹吸或电压转印至醋酸纤维膜上，再使膜上的DNA变性与核素标记的寡核苷酸探针进行分子杂交，经洗脱后以放射自显影鉴别待测的DNA片段-探针间的同源序列。这一方法由于同时具备DNA片段酶切与分子探针杂交，保证了检测的特异性。因此，一经推出后便成为探针杂交领域最为经典的分子检测方法，广为运用于各种基因突变，如缺失、插入、易位等，及与限制性酶切片段长度多态性(restriction fragment length polymorphism，RFLP)的鉴定中。Alwine等[2]于1977年推出基于转印杂交的Northern blot技术也同样成为当时检测RNA的金标准。(二)ASO反向斑点杂交(allele-specific oligonucleotide reverse dot blot，ASO-RDB)使用核酸印迹技术进行核酸序列的杂交检测具有极高的特异性，但存在操作极为繁琐，检测时间长的缺点。1980年建立的样本斑点点样固定技术则摆脱了传统DNA印迹需要通过凝胶分离技术进行样本固定的缺点。通过在质粒载体导入单碱基突变的方法，构建了首条等位基因特异性寡核苷酸探针(allele-specific oligonucleotide，ASO)，更使对核酸序列点突变的检测成为可能。1986年，Saiki[3]首次将PCR的高灵敏度与ASO斑点杂交的高特异性结合起来，实现了利用ASO探针对特定基因多态性进行分型。其后为了完成对同一样本的多个分子标记进行高通量检测，Saiki[4]又发明了ASO-RDB，通过将生物素标记的特异性PCR扩增产物与固定于膜上的探针杂交显色，进行基因分型、基因突变的检测。该法可将多种寡核苷酸探针固定于同一膜条上，只需通过1次杂交反应，即可筛查待检样本DNA的数十乃至数百种等位基因，具有操作简单、快速的特点，一度成为基因突变检测、基因分型与病原体筛选最为常用的技术。(三)荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization，FISH)FISH源于以核素标记的原位杂交技术，1977年Rudkin[5]首次使用荧光素标记探针完成了原位杂交的尝试。在上世纪8090年代，细胞遗传学和非同位素标记技术的发展将FISH推向临床诊断的实践应用。相比于其它仅针对核酸序列进行检测的分子诊断技术，FISH结合了探针的高度特异性与组织学定位的优势，可检测定位完整细胞或经分离的染色体中特定的正常或异常DNA序列；由于使用高能量荧光素标记的DNA探针，可实现多种荧光素标记同时检测数个靶点。如今，FISH已在染色体核型分析，基因扩增、 基因重排、病原微生物鉴定等多方面中得到广泛应用。通过比较基因组杂交(comparative genomic hybridization，CGH)与光谱核型分析(spectral karyotyping，SKY)等FISH衍生技术，使其正在越来越多的临床诊断领域中发挥作用。(四)多重连接探针扩增技术(multiplex ligation dependent probe amplification，MLPA)MLPA技术于2002年由Schouten等[6]首先报道。每个MLPA探针包括2个荧光标记的寡核苷酸片段，1个由化学合成，1个由M13噬菌体衍生法制备；每个探针都包括1段引物序列和1段特异性序列。在MLPA反应中，2个寡核苷酸片段都与靶序列进行杂交，再使用连接酶连接2部分探针。连接反应高度特异，只有当2个探针与靶序列完全杂交，连接酶才能将2段探针连接成1条完整的核酸单链；反之，如果靶序列与探针序列不完全互补，即使只有1个碱基的差别，就会导至杂交不完全，使连接反应无法进行。连接反应完成后，用1对荧光标记的通用引物扩增连接好的探针，每个探针扩增产物的长度都是的。通过毛细管电泳分离扩增产物，便可对把核酸序列进行检测。由于巧妙地借鉴了扩增探针的原理，MLPA技术最多可在1次反应中对45个靶序列的拷贝数进行鉴定。该技术具备探针连接反应的特异性与多重扩增探针杂交的高通量特性。经过MRC-Holland公司10余年的发展，MLPA技术已成为涵盖各种遗传性疾病诊断、药物基因学多遗传位点鉴定、肿瘤相关基因突变谱筛查、DNA甲基化程度定量等综合分子诊断体系，是目前临床最为常用的高通量对已知序列变异、基因拷贝数变异进行检测的方法。(五)生物芯片1991年Affymetrix公司的Fordor[7]利用其所研发的光蚀刻技术制备了以玻片为载体的微阵列，标志着生物芯片正式成为可实际应用的分子生物学技术。时至今日，芯片技术已经得到了长足的发展，如果按结构对其进行分类，基本可分为基于微阵列(microarray)的杂交芯片与基于微流控(microfluidic)的反应芯片2种。1.微阵列芯片(1)固相芯片：微阵列基因组DNA分析(microarray-based genomic DNA profiling，MGDP)芯片：将微阵列技术应用于MGDP检测中已有超过十年的历史，其技术平台主要分为2类，即微阵列比较基因组杂交(array-based comparative genome hybridization，aCGH)和基因型杂交阵列(SNP array)。顾名思义，aCGH芯片使用待测DNA与参比DNA的双色比对来显示两者间的拷贝数变异(CNV)的变化，而单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)芯片则无需与参比DNA进行比较，直接通过杂交信号强度显示待测DNA中的SNP信息。随着技术的不断进步，目前市场上已出现可同时检测SNP与CNV的高分辨率混合基因阵列芯片。MGDP芯片主要应用于发育迟缓、先天性异常畸形等儿童遗传病的辅助诊断及产前筛查。经验证，使用MGDP芯片进行染色体不平衡检测与FISH的诊断符合率可达[8]，表达谱芯片(gene expression profiling array，GEP array)：1999年，Duggan等[9]首次使用cDNA芯片绘制了mRNA表达谱信息。随着表观遗传学在疾病发生发展中的作用日益得到重视，目前也已出现microRNA芯片、长链非编码RNA(long noncoding RNA，lncRNA)芯片等。类似于MGDP芯片，GEP芯片使用反转录后生成的cDNA文库与固定于芯片载体上的核酸探针进行杂交，从而检测杂交荧光信号的强度判断基因的表达情况。相较于基因组杂交，GEP芯片对生物学意义更为重要的转录组信息进行检测，对疾病的诊断与预后判断具有特殊的意义。目前使用GEP芯片对急性髓细胞白血病、骨髓增生异常综合征等血液病及神经退行性变等进行诊断、分类及预后评估已经获得了令人满意的效果；(2)液相芯片：传统固相芯片将检测探针锚定于固相载体上捕获目的序列，而Luminex公司的xMAP技术[10]则通过搭配不同比例的2种红色荧光染料，将聚苯乙烯微球标记为不同的荧光色，并对其进行编码得到具有上百种荧光编号的微球。通过xTAG技术将不同的特异性杂交探针交联至编码微球上，使得不同的探针能够通过微球编码得以区分。利用混合后的探针-微球复合物与待测样本进行杂交，使微球在流动鞘液的带动下通过红绿双色流式细胞仪，其中红色激光检测微球编码，绿色荧光检测经杂交后核酸探针上荧光报告基团的信号强度，一次完成对单个样本中多种靶序列的同时鉴定。目前，该技术已在囊性纤维化等遗传性疾病诊断、多种呼吸道病毒鉴定及人乳头瘤病毒分型取得了广泛的应用。2.微流控芯片1992年Harrison等[11]首次提出了将毛细管电泳与进样设备整合到固相玻璃载体上构建“微全分析系统”的构想，通过分析设备的微型化与集成化，完成传统分析实验室向芯片上实验室(lab-on-chip)的转变。微流控芯片(microfluidic chip)由微米级流体的管道、反应器等元件构成，与宏观尺寸的分析装置相比，其结构极大地增加了流体环境的面积/体积比，以限度利用液体与物体表面有关的包括层流效应、毛细效应、快速热传导和扩散效应在内的特殊性能，从而在1张芯片上完成样品进样、预处理、分子生物学反应、检测等系列实验过程。目前使用微流控芯片进行指导用药的多基因位点平行检测是主要临床应用领域。二、核酸序列测定测序反应是直接获得核酸序列信息的技术手段，是分子诊断技术的一项重要分支。虽然分子杂交、分子构象变异或定量PCR技术在近几年已得到了长足的发展，但其对于核酸的鉴定都仅仅停留在间接推断的假设上，因此对基于特定基因序列检测的分子诊断，核酸测序仍是技术上的金标准。(一)第1代测序1975年Sanger与Coulson发表了使用加减法进行DNA序列测定的方法，随后Maxam在1977年提出了化学修饰降解法的模型，为核酸测序时代的来临拉开了序幕。Sanger等于同年提出的末端终止法(Sanger测序法)利用2'与3'不含羟基的双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)进行测序引物延伸反应，ddNTP在DNA合成反应中不能形成磷酸二酯键，DNA合成反应便会终止。如果分别在4个独立的DNA合成反应体系中加入经核素标记的特定ddNTP，则可在合成反应后对产物进行聚丙烯酰胺凝胶电泳(polyacrylamide gel electrophoresis，PAGE)及放射自显影，根据电泳条带确定待测分子的核苷酸序列。appied Biosystems公司在Sanger法的基础上，于1986年推出了首台商业化DNA测序仪PRISM 370A，并以荧光信号接收和计算机信号分析代替了核素标记和放射自显影检测体系。该公司于1995年推出的首台毛细管电泳测序仪PRISM 310更是使测序的通量大大提高。Sanger测序是最为经典的一代测序技术，仍是目前获取核酸序列最为常用的方法。(二)第2代测序1.焦磷酸测序(Pyro-sequencing)不同于Sanger测序法所使用的合成后测序理念，Ronaghi分别于1996年与1998年提出了在固相[13]与液相[14]载体中通过边合成边测序的方法-焦磷酸测序。其基本原理是利用引物链延伸时所释放的焦磷酸基团激发荧光，通过峰值高低判断与其相匹配的碱基数量。由于使用了实时荧光监测的概念，焦磷酸测序实现了对特定位点碱基负荷比例的定量，因此在SNP位点检测、等位基因(突变)频率测定、细菌和病毒分型检测方面应用广泛。由于荧光报告原理不同，其对于序列变异的检测灵敏度从Sanger测序的20%提高到了5%。但由于该技术的仪器采购与单次检测成本较高，目前尚未得到大规模的临床使用。2.高通量第2代测序目前常见的高通量第二代测序平台主要有Roche 454、Illumina Solexa、ABI SOLiD和Life Ion Torrent等，其均为通过DNA片段化构建DNA文库、文库与载体交联进行扩增、在载体面上进行边合成边测序反应，使得第1代测序中基于96孔板的平行通量扩大至载体上百万级的平行反应，完成对海量数据的高通量检测。该技术可以对基因组、转录组等进行真正的组学检测，在指导疾病分子靶向治疗、绘制药物基因组图谱指导个体化用药、感染性疾病的病原微生物宏基因组鉴定及通过母体中胎儿DNA信息进行产前诊断等方面已经取得了喜人的成绩。然而，由于该技术需要对DNA进行片段化处理，测序反应读长较短(如Solexa与SOLiD系统单次读长仅50bp)，需要对数据进行大规模拼接，因此对分子诊断工作者掌握生物信息学知识提出了更高要求，以利于后期的测序数据分析(三)第3代测序第3代测序技术的核心理念是以单分子为目标的边合成边测序。该技术的操作平台目前主要有Helicos公司的Heliscope、Pacific Biosciences公司的SMRT和Oxford Nanopore Technologies公司的纳米孔技术等。该技术进一步降低了成本，可对混杂的基因物质进行单分子检测，故对SNP、CNV的鉴定更具功效。但是目前其进入产品商业化，并最终投入临床应用仍有很长的距离。三、基于分子构象的分子诊断技术(一)变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis，DGGE)与单链构象多态性(single strand conformation polymorphism，SSCP)1970~1980年间，Fischer等[15]与Orita等[16]分别提出了利用核酸序列变异所导至双链变性条件差异与单链空间折叠差异，通过变性与非变性PAGE对变异序列进行分离鉴定的方法，即DGGE与SSCP。上述2项技术均通过变异核酸分子在空间构象上的差异，通过特定条件下电泳速率的变化进行检测。正因为核酸分子构象具有序列特异性，且对于序列的改变非常敏感，常常1个碱基的变化也能得到鉴定。但由于DGGE与SSCP均必须进行PCR后开盖电泳的操作，现已不常见于临床检测。(二)变性高效液相色谱(denaturing high-performance liquid chromatography，dHPLC)1997年，Oefner和Underhill建立[17，18]了利用异源双链变性分离变异序列、使用色谱洗脱鉴定的技术，称为dHPLC，可自动检测单碱基置换及小片段核苷酸的插入或缺失。对于存在一定比例变异序列的核酸双链混合物，其经过变性和复性过程后，体系内将出现2种双链：一种为同源双链，由野生正义链-野生反义链或变异正义链-变异反义链构成的核酸双链；另一种为异源双链，即双链中1条单链为野生型，而另1条为变异型。由于存在部分碱基错配的异源双链 DNA与同源双链DNA的解链特征不同，在相同的部分变性条件下，异源双链因存在错配区而更易变性，被色谱柱保留的时间短于同源双链，故先被洗脱下来，从而在色谱图中表现为双峰或多峰的洗脱曲线。由于该技术使用了较高分析灵敏度的色谱技术进行检测，可快速检出(三)高分辨率熔解分析(high-resolution melting analysis，HRMA)2003年，Wittwer等[19]首次性地使用过饱和荧光染料将PCR产物全长进行荧光被动标记，再通过简单的产物熔解分析对单个碱基变化进行鉴定。该技术的原理也是通过异源双链进行序列变异鉴定。待测样本经PCR扩增后，若存在序列变异杂合子，则形成异源双链，其熔解温度大大下降。此时由于双链被饱和染料完全填充，其产物熔解温度的变化便可通过熔解曲线的差异得以判定。对于变异纯合子而言，HRMA也可利用其较高的分辨率完成PCR产物单个位点A：T双键配对与G：C三建配对热稳定性差异的鉴定，但是对于Ⅱ、Ⅲ类SNP的纯合子变异则无法有效区分。如何利用DNA构象对序列进行推测，从而避免成本较高的序列测定或操作繁琐的杂交反应一直是分子生物学研究与应用的热点问题。目前，使用构象变化对序列变异进行间接检测的便捷性已得到一致肯定，尤其是HRMA可完成对变异序列单次闭管的扩增检测反应。但需要注意的是，由于基于构象变化的分子检测手段多无法通过探针杂交或核酸序列测定对检测的特异性进行严格的保证，因此其只适合大规模的初筛，而真正的确诊仍需要进行杂交或测序的验证。四、定量PCR(quantitative PCR，qPCR)相比于其他分子诊断检测技术，qPCR具有2项优势，即核酸扩增和检测在同一个封闭体系中通过荧光信号进行，杜绝了PCR后开盖处理所带来扩增产物的污染；同时通过动态监测荧光信号，可对低拷贝模板进行定量。正是由于上述技术优势，qPCR已经成为目前临床基因扩增实验室接受程度的技术，在各类病毒、细菌等病原微生物的鉴定和基因定量检测、基因多态性分型、基因突变筛查、基因表达水平监控等多种临床实践中得到大量应用。但伴随着qPCR技术的迅猛发展，有关这项技术的质量管理问题也日益突出，如何消除各类生物学变量所引起的检测变异，减少或抑制实验操作与方法学中的各种干扰因素是qPCR技术面临的难题。(一)实时荧光定量PCR(real-time PCR)1.双链掺入法1992年Higuchi等[20-21]通过在PCR反应液中掺入溴乙锭对每个核酸扩增热循环后的荧光强度进行测定，提出了使用荧光强度与热循环数所绘制的核酸扩增曲线，定量反应体系中初始模板的反应动力学(real-time PCR)模型，开创了通过实时闭管检测荧光信号进行核酸定量的方法。核酸染料可以嵌入DNA双链，且只有嵌入双链时才释放荧光，在每1次的扩增循环后检测反应管的荧光强度，绘制荧光强度-热循环数的S形核酸扩增曲线，以荧光阈值与扩增曲线的交点在扩增循环数轴上的投影作为循环阈值(Cycle threshold，Ct)，则Ct与反应体系中所含初始模板数量呈负指数关系，推断初始模板量。随后Morrison[22]提出了使用高灵敏度的双链染料SYBR Green I进行反应体系中低拷贝模板定量的方法。这一方法操作简便，但由于仅使用扩增引物的序列启动核酸扩增，其产物特异性无法得到充分保证。虽然在实时荧光定量PCR反应后可通过熔解曲线对产物特异性进行检验，但其特异性明显逊于使用荧光探针进行检测，因此双链掺入法并未在临床实践中得到认可。2.Taqman探针由于双链掺入法存在特异性较低的问题，1996年Heid[23]综合之前发现的Taq酶的5'核酸酶活性与荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer，FRET)探针的概念提出了使用Taqman探针进行qPCR的方法。TaqMan探针的本质是FRET寡核苷酸探针，在探针的5'端标记荧光报告基团，3'端标记荧光淬灭基团，利用Taq酶具有5'3'外切酶活性，在PCR过程中水解与靶序列结合的寡核苷酸探针，使荧光基团得以游离，释放荧光信号。从而使能够与靶序列杂交的探针在扩增过程中释放荧光，通过real-time PCR的原理对其进行定量。由于其超高的特异性与成功的商品化推广，Taqman探针已经成为目前临床使用最为广泛的qPCR方法，其在各种病毒基因定量检测、基因分型、肿瘤相关基因表达检测等方面具有着不可替代的地位。3.分子信标同样在1996年，Tyagi等[24] 提出了使用分子信标(moleuclar beacons)进行qPCR的方法，分子信标是5'与3'端分别标记有荧光报告基团与淬灭基团的寡核苷酸探针，其两端具有互补的高GC序列，在qPCR反应液中呈发夹结构，荧光基团与淬灭基团发生荧光共振能量转移(FRET)而保持静息状态。当PCR反应开始后，茎环结构在变性高温条件下打开，释放荧光；在退火过程中，靶序列特异性探针则与模板杂交保持线性，不能与模板杂交的探针则复性为茎环结构而荧光淬灭，通过检测qPCR体系中退火时的荧光信号强度，便可以real-time PCR原理特异性检测体系中的初始模板浓度。相比于Taqman探针，分子信标使用发卡结构使荧光基团与淬灭基团在空间上紧密结合，大大降低了检测的荧光背景，其检测特异性较Taqman探针更高，更适合等位基因的分型检测。4.双杂交探针1997年，Wittwer等[25]发表了使用分别标记荧光供体基团与荧光受体基团的2条相邻寡核苷酸探针进行qPCR的方法。双杂交探针所标记的供体基团和受体基团的激发光谱间具有一定重叠，且2条探针与靶核酸的杂交位置应相互邻近。仅当2条探针与靶基因同时杂交时，供体与受体基因得以接近，从而通过FRET发生能量传递，激发荧光信号，荧光信号强度与反应体系中靶序列DNA含量呈正比。由于使用了2条探针进行靶序列杂交，该方法的特异性比传统单探针检测体系得到了极大地提升。(二)数字PCR早在上世纪90年代就出现了使用微流控阵列对单次qPCR反应进行分散检测的概念。基于这一理念，Vgelstein与Kinzter[26]于1999年发表了数字PCR(digital PCR)的方法，对结肠癌患者粪便中的微量 K-RAS基因突变进行了定量。相比于传统的qPCR方法，数字PCR的核心是将qPCR反应进行微球乳糜液化，再将乳糜液分散至芯片的微反应孔中，保证每个反应孔中仅存在≤1个核酸模板。经过PCR后，对每个微反应孔的荧光信号进行检测，存在靶核酸模板的反应孔会释放荧光信号，没有靶模板的反应孔就没有荧光信号，以此推算出原始溶液中待测核酸的浓度。因此，数字PCR是1种检测反应终点荧光信号进行定量的qPCR反应，而非以模板Ct值进行核酸定量的real-time PCR。经由Quantalife公司开发(已于2011年被BIO-RAD收购)的微滴式数字PCR是商品化的数字PCR检测系统，目前已被广泛运用于微量病原微生物基因检测、低负荷遗传序列鉴定、基因拷贝数变异与单细胞基因表达检测等多个临床前沿领域。与传统qPCR相比较，该技术具有超高的灵敏度与精密度，使其成为目前qPCR领域的新星。五、对未来5年的展望半个世纪以来分子诊断的高速发展离不开分子生物学技术日新月异的进步。概而言之，在过去的50年中分子诊断技术取得了三大转化与3项提升：即报告信号检测从放射核素标记向荧光标记转化，操作方法由手工操作向全自动化转化，检测分析通量从单一标志物向高通量多组学联合判断转化；检测灵敏度、精密度、特异性的快速提升。在未来5年中，我国分子诊断事业将迎来两方面的进步。随着卫生监管部门对分子诊断重要性的认识不断深入与越来越多高学历、高素质人才的进入，分子诊断将会出现理念的性进步，高通量技术将更多的进入临床的实际应用中。随着技术的进一步发展，传统针对特定基因异常、病原微生物感染鉴定的方法学，也将在检测的各项分析性能与操作便捷程度上取得长足的进步。对于传统人力与时间成本较高的检测方法学，将出现两极分化的态势，即Southern等经典的检测金标准将得到保留；而ASO-RDB等灵敏度、特异性均不能满足实际临床需求的方法将快速被新型技术所取代。最终，分子诊断也必将一改目前仅仅用于病原微生物基因检测与部分遗传性疾病诊断的局面，形成由肿瘤学、遗传学、微生物学、药物基因组学四足鼎立，快速发展的景象！

丝状病毒，尤其是埃博拉病毒（EBOV）和马尔堡病毒（MARV），其致病性强和致死率高，被归为生物安全四级病毒。先前研究结果证实蝙蝠是MARV的自然宿主；而Lloviu病毒（LLOV）和邦巴利病毒（BOMV）的发现表明蝙蝠可能携带有更多新型丝状病毒。日前，中国科学院武汉病毒研究所研究员石正丽团队联合杜克-新加坡国立大学医学院王林发团队对新发现的一株蝙蝠丝状病毒（命名为：勐腊病毒，MLAV）进行了特征鉴定，相关研究结果发表于Nature Microbiology（《自然-微生物学》）。国内蝙蝠携带丝状病毒的研究起步相对较晚，2012年石正丽团队首次发文证实国内蝙蝠携带有丝状病毒的抗体（Yuan et al.， Virology Journal， 2012），2015年其他研究团队在云南地区的棕果蝠中发现了一段丝状病毒的序列，2017年石正丽团队在云南地区的果蝠中发现了遗传多样的新型丝状病毒的序列（Yang et al.， Emerg Infect Dis， 2017）。基于前期研究结果，石正丽团队和王林发团队选取其中一株病毒进行了深入研究。首先通过高通量测序技术和传统PCR扩增了该病毒的基因组编码区序列，全长为18，330bp，同其他丝状病毒一样，该基因组顺序编码NP， VP35， VP40， GP， VP30， VP24和L基因。在基因组水平，该病毒同已知丝状病毒相似度为32%-54%，基于国际病毒分类委员会的分类标准，该病毒属于丝状病毒科新属、新种，命名为滇丝病毒属（Dianlovirus）勐腊病毒种（MLAV）。在遗传进化关系上，MLAV更接近于MARV，因为其GP基因不存在翻译移码。通过CRISPR-Cas9技术证实了MLAV同其他丝状病毒一样利用尼曼匹克C1（NPC1）为受体。基于最小基因组技术，证实了MLAV的复制酶系统可以同EBOV和MARV互换。同时MLAV的假病毒可以入侵多种宿主来源的细胞，表明MLAV存在跨种感染的风险。该研究进一步证实了蝙蝠是多种病原的自然宿主，为了降低跨种感染的风险，要减少对野生蝙蝠的接触。石正丽长期聚焦于野生动物新病原的发现，致力于在病毒传播到人群之前发现它们，并评估其致病性。武汉病毒所副研究员杨兴娄和Duke-Nus医学院博士后Tan Chee Wah为论文共同作者，石正丽和王林发为论文通讯作者。该研究得到中科院先导项目、新加坡MINDEF项目的支持。

在一项新的研究中，来自英国剑桥大学、东安格利亚大学、比利时弗兰德斯生物技术研究所（VIB）和美国国家神经疾病与卒中研究所的研究人员发现了一种称为线粒体ADP/ATP载体（mitochondrial ADP/ATP carrier）的关键转运蛋白如何转运三磷酸腺苷（ATP），即细胞的化学燃料。这个过程是对让我们活着、我们生命中的每一秒和我们所有人的生命都是至关重要的。这项新的研究将有助于我们理解突变如何影响这些蛋白的功能，从而导致一系列神经肌肉疾病、代谢疾病和发育疾病。相关研究结果近期发表在Cell期刊上，论文标题为“The Molecular Mechanism of Transport by the Mitochondrial ADP/ATP Carrier”。称为线粒体的亚细胞结构是我们细胞的能量工厂。每天，人类需要身体产生ATP来为所有细胞活动提供能量。神经冲动、肌肉收缩、DNA复制和蛋白合成仅是依赖于ATP供应的至关重要的过程的一些例子。鉴于我们体内仅含有少量的ATP，我们需要使用位于线粒体中的一种称为ATP合酶（ATP synthase）的酶复合物，将ATP降解时产生的产物ADP（二磷酸腺苷）和磷酸盐重新转化为ATP。通过这种方式，每个ATP分子每天大约循环回收1300次。为了让ADP到达ATP合酶，并让重新产生的ATP为细胞提供能量，每个ADP/ATP分子必须穿过包围着线粒体的不可渗透的脂质膜。线粒体ADP/ATP载体参与线粒体中的ADP和ATP转运。线粒体ADP/ATP载体在两种状态之间循环：在一种称为细胞质开放状态（cytoplasmic-open state）的状态下，它的中心结合位点可用于结合ADP，而在另一种称为基质开放状态（matrix-open state）的状态下，这种结合位点可用于结合新合成的ATP。一个关键问题是这种蛋白如何能够在这两种状态之间进行转换，改变它的形状以便特异性地转运ADP和ATP，同时不让其他的小分子或离子穿过这种脂质膜。这项新的研究描述了这些研究人员如何解析出线粒体ADP/ATP载体处于基质开放状态下的结构。通过使用一种称为米酵菌酸（bongkrekic acid）的化合物，即一种结合到这种蛋白上并阻止它发挥作用的致命性毒素，他们让它处于这种基质开放状态。他们还借助于纳米抗体（Nanobody）技术的帮助。他们所使用的纳米抗体是美洲驼抗体的片段，能够特异性地结合到处于这种基质开放状态的线粒体ADP/ATP载体上，并且通过使用X射线晶体衍射技术解析出在米酵菌酸结合时的线粒体ADP/ATP载体-纳米抗体复合物的结构。当与早前解析出的线粒体ADP/ATP载体在细胞质开放状态下的结构相结合时，这一发现揭示了线粒体ADP/ATP载体如何在原子尺度上发挥作用。线粒体ADP/ATP载体发生着令人难以置信的动态变化：它使用六个移动元件来让ADP或ATP以一种独特且精心编排的方式跨过线粒体脂质膜。线粒体ADP/ATP载体仅是一个庞大的相关转运蛋白家族中的一员，这个蛋白家族将不同的化合物带入和带出线粒体，并且基于这一发现，这些研究人员认为这种机制很可能以类似的方式在整个蛋白家族中发挥作用。有许多疾病与线粒体ADP/ATP载体功能障碍相关，这是我们一次了解突变如何影响它们的分子功能。

阿尔兹海默病所影响的大脑中布满了所谓的淀粉样蛋白，这种蛋白沉积物主要由β淀粉样蛋白组成，然而β淀粉样蛋白是由前体蛋白所产生的片段，目前研究人员并不清楚这种前体蛋白的功能；近日，一项刊登在国际杂志Science上的研究报告中，来自佛兰德斯生物技术研究所和比利时鲁汶大学(VIB-KU Leuven)的科学家们通过研究发现，淀粉样前体蛋白能通过结合到特殊受体上来调节神经元的信号传输，调节这种受体或能潜在帮助治疗阿尔兹海默病和其它大脑疾病。30多年前，科学家们鉴别出了淀粉样前体蛋白，20世纪80年代末，来自全球多个研究小组将淀粉样斑块中的蛋白质片段追溯到21号染色体上的一个基因，该基因能够编码一种长链蛋白，其能被分裂成多个片段，其中一个最终就会形成淀粉样斑块。科学家们重点研究了上述分裂过程如何诱发β淀粉样片段的产生以及随后聚集化的发生，他们希望能鉴别出阿尔兹海默病的新型治疗途径，与此同时，研究人员还需要解决另外一个问题，即其它淀粉样前体蛋白到底能发挥怎样的作用？为了回答这个问题，这项研究中，研究人员开始着手识别能与淀粉样前体蛋白相互作用的神经细胞受体；研究者Rice说道，我们都知道，淀粉样前体蛋白能通过释放到细胞外的部分蛋白来发挥作用，为了理解其功能，我们就需要寻找细胞表面的结合配偶体；随后研究者在神经元细胞突触上鉴别出了一种特殊受体GABABR1a，而且淀粉样前体蛋白的分泌部分能与该受体发生相互作用，从而抑制突触位点的神经元交流。尽管在家族性阿尔兹海默病中淀粉样前体蛋白的突变会影响β淀粉样蛋白的产生，但研究人员并不清楚是否该蛋白质的其它方面会促进阿尔兹海默病的发生；研究者认为，本文研究发现或能为研究淀粉样前体蛋白和阿尔兹海默病的发生提供新的视角，新发现的淀粉样前体蛋白的作用或许能帮助研究人员理解人类阿尔兹海默病的发生机制，同时利用一种靶向作用该受体的疗法或许就能减缓阿尔兹海默病患者机体的异常表现。研究者表示，有意思的是，GABABR信号或许参与了多种神经精神性疾病的发生，包括癫痫症、抑郁症、成瘾症和精神分裂症等，如今我们都知道淀粉样前体蛋白的分泌部分会通过GABAB受体来调节神经元的信号，因此我们就可以考虑新的方法来开发药物，在其它临床环境中恢复这类神经信号。

近日，在圣地亚哥举办的第60届美国血液学会年会上，来自北卡罗来纳大学Lineberger综合癌症研究中心的科学家们通过研究鉴别出了一种新方法，或能利用嵌合抗原受体（CAR）T细胞疗法来靶向治疗急性髓性白血病亚型，这种疗法即是对患者机体自身的免疫细胞进行遗传工程化修饰使其能够识别并且靶向作用癌症。研究人员展示了他们临床前试验的结果，即利用CAR-T细胞直接靶向作用潜在靶点B7-H3，B7-H3存在于特定类型急性髓性白血病细胞表面，研究者认为，他们能对患者自身的正常白细胞进行遗传工程化改造，使其形成CAR-T细胞并能有效杀灭白血病细胞。医学博士Eben Lichtman说道，急性髓性白血病是成年人中最常见的一类急性白血病，患者预后较差，仅有四分之一的患者在诊断后能够存活超过5年时间，如今CAR-T细胞疗法已经能够成功治疗急性淋巴细胞白血病，但该疗法却无法有效治疗急性髓性白血病，这在一定程度上是因为急性髓性白血病细胞上没有能够有效的作用靶点。当研究者对10名单核细胞急性髓性白血病患者进行研究后，他们发现，大多数患者白血病细胞上蛋白B7-H3均能表现出高比例的表达，而且平均而言这些白血病细胞上有62.5%的作用靶点，研究人员在实验室进行的一项单独的白血病癌细胞系实验中，他们发现B7-H3都能够进行高度表达。Lichtman说道，蛋白B7-H3似乎能够在特定亚型的急性髓性白血病细胞上过量表达。随后研究者开发出了能够追踪B7-H3标志物的CAR-T细胞，实验结果表明，这类CAR-T细胞疗法能够有效控制肿瘤细胞的生长并且延长急性髓性白血病小鼠的存活期；由于这种标志物在特定的免疫细胞（抗原呈递细胞）上也存在，因此在临床前实验中，利用CAR-T细胞疗法来靶向作用癌细胞似乎并不会诱发明显的毒性作用。研究者Gianpietro Dotti博士说道，该靶点存在于抗原呈递细胞上，但通常情况下其表达的水平要抵御肿瘤组织，这就是为何我们认为这种疗法能够有效杀灭癌细胞，而能够保留正常抗原呈递细胞的原因了。除了急性髓性白血病外，B7-H3标志物或许还能作为治疗其它癌症的潜在靶点，比如卵巢癌和胰腺癌等；而且B7-H3在多种实体瘤中也会高度表达，比如胰腺癌和前列腺癌等，下一步研究人员将会进行早期临床试验证实这种新型的CAR-T细胞疗法靶向作用B7-H3抗原的作用效果。异体移植以及相关的移植物抗白血病效应如今已经能够有效控制急性髓性白血病的发生，如果研究者能对机体自身的T细胞进行工程化改造使其能攻击白血病细胞的话，那么这种方法或许就能有效安全地治疗急性髓性白血病了。急性髓性白血病亚型中B7-H3的表达水平相当高，然而仍然存在一种可能性，即该蛋白可能并不存在于白血病细胞的某个亚群中，而且这些细胞可能也会对疗法产生耐受性。后期研究人员还会进行更为深入的研究来证实这种新型疗法是否能够真的有效治疗急性髓性白血病患者，为了抑制癌细胞对疗法产生耐受性，研究人员就很有必要开发出能同时靶向作用两种不同抗原的新型CAR-T细胞疗法。

1月6日，《中国科学报》记者从中国农业科学院农产品加工所获悉，由该所研究员戴小枫领衔的加工有害生物创新团队日前在大丽轮枝菌寄主适应性进化研究方面取得重要进展，首次阐明了大丽轮枝菌引起棉花等寄主落叶的分子机制。相关研究成果已于1月4日在线发表于国际知名植物学期刊《新植物科学家》（New Phytologist）上。大丽轮枝菌是引起棉花“癌症”——黄萎病的病原。戴小枫说，该项研究将为棉花等经济作物黄萎病病原的分子流行监测预报、抗病品种选育和新型生防药剂研发提供理论依据。作为一种毁灭性的、可通过土壤传播的病原真菌，大丽轮枝菌能破坏植物的水分和养分运输系统，迅速造成植物黄化萎焉枯死，曾与马铃薯晚疫病并列为世界头号检疫对象。上世纪60年代，在美国发现它能使棉花落叶而造成绝产。上世纪80年代，我国在棉花上也发现了引起棉花落叶的大丽轮枝菌菌系，该菌系的快速蔓延直接导致了上世纪90年代至本世纪初黄萎病在我国的大面积爆发，给棉花生产造成重创。半个多世纪以来，研究人员一直致力于解析大丽轮枝菌引起植物落叶的遗传机制，围绕落叶性状表型鉴定、致病力分化特征、分子进化与基因检测方法等开展了一系列研究，以期为落叶型大丽轮枝菌的流行监测和预防控制提供理论依据与技术支撑，但一直未有突破。戴小枫团队应用高通量测序技术解析了来自中国棉花的大丽轮枝菌基因组，通过与来自美国莴苣和荷兰番茄上大丽轮枝菌基因组比较，发现中国菌株相对于美国和荷兰的多出一个基因组片段，该片段系从与其长期混生的棉花枯萎病菌中“掠取”（基因水平转移）而来，从而获得了对棉花的超强侵染能力。进一步研究发现，该菌获得这个基因组片段后，编码的功能基因直接参与了引起落叶化合物（N-酰基乙醇胺）的合成和转运。这种化合物一方面干扰棉花体内的磷脂代谢通路，使棉花对一种叫作“脱落酸”的植物内生激素更加敏感；另一方面扮演着与脱落酸相似的作用，使棉花的内源激素系统紊乱，脱落酸不正常的大量合成，最终导致棉花叶片脱落。据介绍，该研究是该团队继2017年在《新植物科学家》报道广谱寄生大丽轮枝菌通过水平转移获得专化性侵染能力的关键遗传变异（VdDfs）后发表的又一项重要研究结果，阐明了该遗传变异调控落叶性状的分子机制；同时，该研究团队依据鉴定的遗传变异开发了大丽轮枝菌分子流行学检测技术，相关技术已获9件国家发明专利。据论文作者张丹丹博士透露，经过多年努力，团队几年前已在棉花抗黄萎病分子标记辅助育种领域取得重要突破，选育出世界个抗病品种并大面积推广。近年来，在国家农业科技创新工程的支持下，团队在黄萎病为害机理与抗病分子机理研究等领域，已经从5年前的跟跑欧美到并跑，进而实现目前的领跑。此外，记者还了解到，戴小枫团队目前正在牵头组织由国内外14家优势单位发起“大丽轮枝菌基因组学研究国际大科学计划”，未来有望从全基因组学、代谢组学与合成生物学角度，较为系统地阐明全球黄萎病病原起源、群体结构及遗传演化等困扰国际学术界长达百年的重要科学问题。

澳大利亚土着居民的遗体或许将能重回家园。研究人员使用古老DNA测序技术鉴定了这些“暂居博物馆”的遗骸，以确定其起源。近日发表在《科学进展》杂志的一篇论文中，研究人员表示，他们可以精确地将古澳大利亚土着遗骸的DNA与来自同一地理区域的现代居民的DNA进行比对。这可能使博物馆里成百上千的澳大利亚土着遗骨得以“回归”，这些遗骨一直以来缺乏来源文件。“这篇论文是‘寻根’工作向前迈出的不可思议的一步。这为博物馆和土着社区带来了希望，他们将能够辨认出更多祖先，并将其带回家。”墨尔本大学人类学家Emma Kowal说。1788年，欧洲殖民者从土着居民的墓地中移走了数千具人类遗骸和神圣物品，之后它们被分散到澳大利亚、英国、德国、北美和其他地方的博物馆。1976年，具土着澳大利亚遗骸返回，并且送回这些遗骸和物品也成为澳大利亚政府政策的一部分。负责这些工作的政府办公室称，到目前为止，澳大利亚博物馆的2500多具人体遗骸和2200件圣物已被送回原籍社区。澳大利亚还把从国际社会收集的大约1500具人类遗骸送回国。但目前仍在博物馆中保存的土着遗骨大多缺乏必要的文件，无法将其归还给适当的澳大利亚土着群体。“多年前，如果有人在澳大利亚发现土着居民的遗骸，他们会将其放在一个纸板箱里，然后放在博物馆台阶上，几乎没有任何关于它们来自哪里的细节。”格里菲斯大学进化遗传学家David Lambert说。他和丹麦哥本哈根大学人口遗传学家Martin Sikora共同领导了这项研究。对许多土着群体来说，将人类遗骸重新埋葬在祖籍是至关重要的。Lambert说：“你不会想把遗体送回一个错误的地方和国家。”2014年，澳大利亚政府土着回归咨询委员会的一份报告建议，为那些来源不详的遗骸建立一个国家安息地。Lambert 和格里菲斯大学古代DNA学家Joanne Wright领导的研究小组从27具已知起源的古代土着遗骸中提取了DNA。这支团队从10个标本中找到了部分或全部的核基因组。研究人员还对这些遗骸的线粒体DNA进行了测序。接下来，研究人员将每组人类遗骸的基因组与来自澳大利亚不同地区的100名现代澳大利亚土着居民的细胞核和线粒体基因组进行比对。在有核数据可查的10具遗骸中，最接近的是来自已知遗骸起源地区的个体。但使用线粒体DNA进行的比较被证明是不准确的。对于11个个体来说，与112个人的数据库中的信息没有决定性的匹配。还有两组古代遗骨在使用线粒体DNA时被错配到错误的地理区域。Lambert说，这意味着没有来源的遗骸需要用核DNA匹配。研究人员希望建立当代基因数据库，以提高匹配度。阿德莱德大学古遗传学家Alan Cooper指出，论文中展示的古代遗骨与当代个体之间的匹配非常接近，如果遗骸来自没有当代基因组数据的地区，那么要找到匹配就会困难得多。Gudju Gudju Fourmile是伊德尼吉和吉莫瓦鲁巴拉人的老者，也是相关研究合着者。他也认为，用古老的DNA送还未被证明来源的遗骸，存在一定程度的不确定性。他说，其他技术，如骨骼中的同位素，可以与古DNA分析相结合，以识别正确的群落。Lambert团队希望能很快在昆士兰博物馆的遗骸上测试他们的方法，然后扩展到其他澳大利亚博物馆，最终扩展到国际收藏。“原住民不能再等了。”他说。古DNA检测也可能使其他国家的土着遗骸得以回归。例如，美国联邦法律《印第安人坟墓保护与归还法案》规定，必须将遗骨和文物交还给与它们有关联的团体。

细菌通过次级代谢产生具有生物活性的抗生素从而清除异己，争夺环境中的资源，那抗生素产生菌如何避免抗生素对自身产生伤害呢？近期，中国科学院上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室研究员唐功利课题组在高活性天然产物萘啶霉素（NDM）的生物合成研究过程中，发现了一个分泌型、FAD依赖的氧化还原酶NapU在胞外氧化无活性前体生成具有生物活性的萘啶霉素，随后还可以进一步氧化萘啶霉素使其失活。相关成果近期发表在《美国国家科学院院刊》上（PNAS 2018，115：11232-11237）。萘啶霉素属于四氢异喹啉家族天然产物，该家族抗生素因其良好的抗肿瘤和抗菌活性备受研究者们的关注。它们均具有药效官能团——半缩醛胺，其中羟基通过质子化脱水，伴随氮原子给出孤对电子形成亲电性亚胺物种，形成亚胺的碳原子易被鸟嘌呤中的N-2位亲核进攻从而有效地烷基化DNA。基因敲除发现基因napU失活的突变株发酵产生无半缩醛胺羟基的中间体5。体外酶活测试表明NapU能迅速氧化化合物5生成NDM (1)；而随着反应时间的延长，NDM缓慢地转化为具有酰胺结构的化合物7。通过对野生型萘啶霉素产生菌的发酵产物进行时间梯度监测，发现发酵产物NDM和化合物7的产量变化与体外酶活测试结果一致。以大肠杆菌作为测试菌，发现化合物5和7的活性远远低于NDM。基于这些实验结果，该团队提出这种胞外氧化活化产生抗生素和进一步氧化失活过程可能是产生菌的一种自抗性机制。随后结合突变和标记实验提出了可能的反应机理；通过Western-Blot和蛋白质谱方法对野生型菌株表达的分泌蛋白NapU进行捕捉和定量，质谱成像显示与中间体及产物存在显着时空相关性；而表达NapU的大肠杆菌对NDM显示明显的抗性。该研究揭示了一种原核生物罕见的“胞内药效团失活-前药外泌与成熟-胞外药效团再生-宿主周边活性抗生素浓度调控”复杂而精巧的时空隔离自抗性机制，进一步暗示了链霉菌富含复杂多样的胞外生理与生化。

NK细胞（自然杀伤细胞）在机体抵御癌症和多种感染性疾病上扮演着重要的角色，近日，一项刊登在国际杂志The Journal of Immunology上的研究报告中，来自瑞典隆德大学等机构的科学家们通过研究绘制出了这些来自于骨髓造血干细胞中的超级细胞成熟过程的不同阶段以及其被调节的分子机制，相关研究对于开发抵御癌症的新型免疫疗法至关重要。在机体免疫系统中，NK细胞是机体防御机能的前线细胞，其能够识别并且杀死癌细胞及被病毒所感染的细胞；由于其具有重要的功能，目前很多研究都重点调查如何利用NK细胞来开发抵御癌症的新型免疫疗法；机体免疫系统中的两个主要角色：T淋巴细胞和B淋巴细胞都来自造血干细胞，而且科学家们对其也进行了大量研究，而对于NK细胞的成熟过程却研究甚少。研究者Ewa Sitnicka教授说道，为了能够在细胞疗法中充分利用NK细胞的特性，我们首先就需要理解NK细胞产生的机制，通过绘制出其从造血干细胞开始产生成熟的不同过程以及调节机制，或许就能帮助研究人员更好地控制NK细胞的发育以及功能，这项研究中，研究人员还阐明了干细胞分化以及产生不同类型淋巴细胞的机制。对于NK细胞功能和成熟至关重要的信号通路Notch蛋白属于高度保守的信号沟通系统中的一类受体家族，Notch信号能够控制动物和人类机体中细胞的发育工程。文章中，研究热源调查了当通过Notch蛋白激活产生的信号通路被关闭后所发生的状况，研究者指出，Notch信号通路对于NK细胞的发育以及正常功能的维持至关重要，当研究人员对小鼠机体血细胞中处于失活状态的Notch功能进行研究时，他们发现，NK细胞的数量和功能都会被影响。研究者Ewa Sitnicka解释道，如果没有Notch信号通路，NK细胞就不会正常成熟，而且其数量也会下降，这对于NK细胞有效抵御癌症和感染性疾病具有重要的意义；后期研究人员还将通过更为深入的研究来理解如何产生正常功能的NK细胞来用作癌症免疫治疗。

近日，一项刊登在国际杂志Cell Reports上的研究报告中，来自伊利诺伊大学的科学家们通过研究发现，细胞尺寸和细胞的周期状态或许在HIV中扮演着关键的决定性作用。如今抗逆转录病毒药物的开发使得HIV感染成为了一种可控的慢性疾病，然而如果未能及时诊断或治疗，HIV感染就会进化成为AIDS（获得性免疫缺陷综合征），2017年全球大约有100万人因感染HIV而死亡。挽救生命的药物并不能治疗HIV，因为当HIV感染机体后其会偷偷地靶向作用诱发机体抵御任何感染的免疫反应的细胞，尤其是HIV会入侵CD4 T细胞，并不断复制最终接管CD4宿主细胞的DNA。研究者Roy Dar教授说道，当感染CD4 T细胞后HIV会经历两种命运中的一种，其要么会整合成为复制状态，诱发成百上千个感染性病毒颗粒的产生；要么会进入一种休眠状态。这项研究中，研究人员重点分析了如何有效清除HIV潜在的病毒库，因为HIV病毒库会自发激活并且躲避药物疗法的攻击，如果HIV感染者没有严格遵守抗逆转录病毒药物体系的治疗，其机体中的病毒库就会激活从而引发感染者出现一系列疾病症状。截至目前为止，并没有一种有效的方法能够区分出机体中未感染的细胞和潜在感染的细胞，而诸如这种策略就能够支持当前科学家们治疗HIV感染的疗法。这项研究中，研究人员在实验室中调查了被HIV潜在感染的T细胞的重新激活的过程，他们构建出了一种携带绿色荧光蛋白（GFP）的特殊病毒结构，当细胞重新激活时GFP就会发生表达。研究者所开发的延时单细胞成像技术能够通过计算GFP的平均荧光强度来监测单个细胞从沉默状态到活跃状态的重新激活过程；一旦研究人员鉴别出重新激活的细胞后，他们就会对细胞的尺寸进行计算，并确定重新激活所需要的细胞平均参数，结果发现，在潜伏的细胞群体中，只有较大尺寸的细胞会恢复活性，而较小的细胞则会保持沉默。据研究者介绍，较大的宿主细胞尺寸或能提供一种天然的细胞机制来帮助增强病毒表达所需要的细胞裂解量，同时当病毒决策发生偏离时也能够帮助破坏病毒的潜伏状态。Dar说道，这项研究中我们提出了一种被动性的宿主细胞主导病毒制定决策的案例，当宿主细胞尺寸较小时病毒就不会发起攻击，只有当宿主细胞尺寸较大时病毒才会被重新激活。此外，研究者还发现，细胞从潜伏状态过渡到活性状态依赖于细胞的周期（即细胞中DNA复制的阶段），同时其还受到了药物疗法的调节；研究者表示，我们可以使用药物疗法来调节特定细胞周期状态内外的细胞数量，从而感染HIV的激活决策；本文研究结果有望帮助研究人员开发抑制HIV感染的新型策略和疗法，后期研究人员还希望通过更为深入的研究来阐明细胞尺寸和周期状态如何影响HIV的感染决策。

美国研究人员近日在《细胞》杂志上发表论文称，他们发现人体细胞中的一种蛋白可以帮助对抗埃博拉病毒，模仿该蛋白功能的药物有朝一日或能有效治疗这种致命疾病。与其他病毒一样，埃博拉病毒会入侵宿主细胞并利用这些细胞进行复制，但对于感染期间病毒侵入的具体途径和细节，目前科学家还知之甚少。在新研究中，美国西北大学芬博格医学院的赫尔特奎斯特与佐治亚州立大学和加州大学旧金山分校的研究伙伴合作，使用亲和标记纯化质谱（AP-MS）技术，探查人类蛋白和埃博拉病毒蛋白之间的相互作用。他们不仅发现了埃博拉病毒蛋白VP30和人类蛋白RBBP6之间相互作用的有力证据，还确定了RBBP6与VP30结合的23个氨基酸区域。而进一步研究表明，抑制RBBP6会刺激病毒转录，加速埃博拉病毒的复制；而刺激RBBP6更充分表达则会有效抑制埃博拉病毒复制，阻止病毒感染。赫尔特奎斯特指出，病毒会进化发展以绕过人体的免疫防御，而人类细胞反过来同样会发展出针对病毒的防御机制，这种进化竞争持续已久。人类发展出的特殊防御机制为开发针对性治疗手段指明了方向。他们的新研究表明，靶向性生物制剂在对抗埃博拉病毒方面具有极大潜力，RBBP6衍生肽或能有效抑制埃博拉病毒感染。而他们的最终目标是通过模仿RBBP6蛋白，开发出能够更容易进入人体细胞的小分子药物，以应对埃博拉病毒的暴发。

缺乏身体活动，已成为全球性的公共卫生问题。世界卫生组织的数据显示，缺乏身体活动是全球十大死亡风险因素之一，是多种常见疾病（如肥胖症、糖尿病和心血管疾病）的主要风险因素。全球四分之一的成年人身体活动不足。近期一些研究还显示，睡眠时间长短与心脏病、代谢疾病和精神障碍也有关系。英国牛津大学的研究团队集结机器学习、遗传学、统计学和流行病学等多个领域的科学家，开展了一项十分详尽的全基因组关联分析（GWAS），评估了身体活动和睡眠时长的遗传原因，找出14个与身体活动、久坐和睡眠时间有关的基因位点。这项研究结果近日发表在了《自然》子刊《Nature Communications》上。“即便是像运动、休息和睡眠这些最基本的人类生理功能，要理解背后复杂的遗传基础，只能通过海量数据的分析研究，例如英国生物样本库（UK biobank）这类数据。” 该项目的主要负责人、牛津大学大数据研究所的Aiden Doherty博士介绍。英国生物样本库的91105名参与者在连续一周的时间里戴上监测身体活动的手环，由研究人员对设备记录的活动数据展开分析。机器学习在分析大量活动监测数据时展现了强大的实力。“我们精心开发了机器学习模型，来教会机器分析诸如身体活动的复杂功能。” 该研究的主要分析员之一Karl Smith-Byrne博士说。这些模型让机器可以自动识别出哪些数据是活动时间、哪些数据是久坐时间等。为了帮助机器判断腕带记录数据中的活动类型，研究人员让200名志愿受试者佩戴上特制摄像头，在两天时间里每隔20秒拍照记录他们进行的活动。图像和腕带记录的数据相结合，为阐释数据提供指导。然后，研究人员把这些参与者的身体活动数据与他们在英国生物样本库中的遗传信息相结合，找到14个与所测身体活动量和睡眠特征相关的基因位点，其中有7个基因位点是首次发现。分析显示，身体活动和睡眠时长受到一些共同的遗传变异影响。整体活动和久坐行为上，女性比男性受到的遗传影响大；但睡眠、行走和中等强度的活动时间等，男女所受遗传影响没有差异。对人类基因数据的进一步分析还首次证明了增加身体活动有降低血压的好处。过去一些研究虽然提示身体活动和疾病之间有相关性，但是基于问卷调查、行为干预等传统观察方式所限，很难确定其相关性是真正的因果关系还是其他因素造成的偏误。而该项研究采用孟德尔随机化（MR）分析，表明身体活动水平高很可能是高血压机率降低的原因。这项研究可以帮助我们更好地理解睡眠、身体活动及其对健康造成的影响。“我们怎么动，为什么动，并不是全都和基因有关。但是，理解基因所起的作用，可以帮助我们理解运动量不够的原因和后果。” Aiden Doherty博士说。

基因BRCA1和BRCA2发生突变对乳腺癌和卵巢癌构成严重风险，这是因为它们通过干扰同源重组修复（HR）来危害细胞的基因组稳定性，其中同源重组修复是一种准确地修复有害的DNA双链断裂的关键机制。如果没有利用这种机制修复DNA双链断裂的能力，那么细胞就不得不采用更容易出错因而更容易发生癌变的DNA修复方式。基因BRCA1和BRCA2不是当发生突变时会导致无法利用同源重组修复DNA双链断裂而促进肿瘤发生的基因。已知22个基因发生的突变会破坏同源重组修复，从而产生具有“BRCAness”表型的肿瘤。已知在这22个BRCAness基因中，除了其中的一个基因之外的所有其他的BRCAness基因都直接参与同源重组修复通路。这个例外的基因是CDK12，它被认为是促进一系列不同的过程，涉及RNA转录本如何被延长、剪接和切割成它们的成熟形式。尽管人们对这个RNA调节基因与DNA修复之间存在的关联性仍然知之甚少，但是鉴定出CDK12是一个BRCAness基因引起了极大的临床兴趣。一个酶包围着DNA双螺旋来修复发生断裂的DNA链在一项新的研究中，美国麻省理工学院的Phillip Sharp、Sara Dubbury和Paul Boutz描述了他们如何发现一种先前未知的机制，通过该机制，CDK12能够产生全长RNA转录物，而且这种机制对于维持其他的BRCAness基因的功能性表达尤其重要。相关研究结果近期发表在Nature期刊上，论文标题为“CDK12 regulates DNA repair genes by suppressing intronic polyadenylation”。当这些研究人员敲除CDK12时，小鼠胚胎干细胞显示出许多DNA损伤累积的迹象，这些DNA损伤会阻止DNA复制的进行，这是BRCAness表型的典型特征。为了确定CDK12在调节基因表达中可能发挥的作用，他们通过RNA测序来确定哪些基因的总体表达会增加或减少。当着重关注转录的RNA类型时，他们发现当CDK12缺失时，许多基因产生异常短的转录本。并非基因中的每个DNA片段都会进入最终的RNA转录本中。一个基因的初始RNA转录本通常包含称为内含子的DNA片段，这些内含子会从RNA转录本中切除，从而将多个外显子拼接在一起而形成最终的成熟转录本，即mRNA。或者，内含子多腺苷酸化（intronic polyadenylation, IPA）位点经激活后切割位于这个位点之后的RNA序列，从而阻止内含子移除并产生过早缩短的RNA转录本。这些过程允许同一个基因产生不同的mRNA形式，因而经翻译后产生不同的蛋白序列。令人吃惊的是，CDK12基因被敲除的细胞在全基因组中产生显著更多的IPA截短转录本，而且全长的RNA转录本的水平降低了。这些缩短的mRNA在稳定性、翻译成蛋白的能力以及它们的蛋白功能方面差异很大。因此，即便一个基因发生活跃转录，IPA激活也能够从根本上改变或减少它经翻译后产生的功能性蛋白。虽然这一观察结果开始阐明了CDK12在调节mRNA加工中的作用，但仍然不清楚的是为什么CDK12缺失如此不成比例地影响同源重组修复途径。在研究这个问题时，Dubbury和Boutz发现在CDK12缺失后IPA活性增加的那些基因中，BRCAness基因作为一个整体被过度代表了。虽然CDK12在全基因组中抑制IPA活性，但是在剩下的21个BRCAness基因中，13个基因被发现特别容易受到CDK12缺失的影响，这部分上是因为它们具有多个高敏感性的IPA位点，因而具有降低全长RNA转录本总量的加和效应。此外，鉴于多个CDK12敏感性的BRCAness基因在相同的同源重组修复途径中起作用，这些研究人员认为CDK12缺失会加大破坏对双链DNA断裂的同源重组修复。CDK12突变在前列腺癌和卵巢癌患者中反复出现，这使得它成为癌症的一种有吸引力的诊断和治疗靶标。然而，对CDK12的了解还不足以区分真正的功能丧失突变和所谓的不影响功能的“乘客突变（passenger mutation）”。Dubbury和Boutz能够通过使用来自携带着CDK12突变的前列腺肿瘤患者和卵巢肿瘤患者的RNA测序数据，以及通过使用一种CDK12抑制剂处理人前列腺腺癌细胞和卵巢癌细胞，证实关键性的BRCAness基因中的IPA位点也被频繁地使用。这一结果表明在小鼠细胞系中观察到的CDK12机制在人类中是保守的，而且人卵巢肿瘤和前列腺肿瘤中的CDK12突变可能通过增加IPA活性促进肿瘤发生，从而功能性地减弱同源重组修复。Dubbury说，“这些结果不仅让我们更好地了解CDK12如何导致BRCAness表型，而且它们也可能在临床上产生令人兴奋的潜在影响。当前的诊断技术可用来检测这项研究中发现的IPA位点的使用情况，以便快速地筛查携带着真正功能丧失的CDK12突变的患者，这样这些患者将会对BRCAness靶向治疗产生反应。” 总之，这些研究人员取得的关于CDK12抑制内含子多聚腺苷酸化的发现对基因结构和癌症控制提供全新的认识。

在一项新的研究中，来自中国北京大学第三医院、北京未来基因诊断高精尖创新中心和北大-清华生命科学联合中心和的研究人员发现利用优化的单细胞多组学测序能够更好地揭示结直肠癌异质性。相关研究结果发表在2018年11月30日的Science期刊上，论文标题为“Single-cell multiomics sequencing and analyses of human colorectal cancer”。在这项研究中，他们描述了他们的理解结直肠癌进展的独特方法。论文通讯作者为北京大学的汤富酬（Fuchou Tang）教授、乔杰（Jie Qiao）院士和付卫（Wei Fu）教授。这些研究人员指出，大多数关于结直肠癌进展的遗传学研究都涉及到探究基因表达。他们提出还需更多的研究来了解结直肠肿瘤是如何转移的。为了实现这一点，他们开发了一种允许在单个细胞中同时分析拷贝数变化、甲基化和基因表达的测序方法---这种方法将单细胞测序数据与来自染色体构象的信息、表观遗传数据和肿瘤细胞的其他特征相结合在一起。这项研究是真正理解癌症转移机制的长期努力的第二步，尤其是在结直肠癌中。两年前，这些研究人员开发出单细胞三重组学测序技术（single-cell triple omics sequencing, scTrio-seq）。利用这种技术，他们已能够从来自癌症患者的25个细胞中收集关于基因表达、CpG位点甲基化和拷贝数变化的信息（Cell Research, 2016, doi:10.1038/cr.2016.23）。在这项新的研究中，这些研究人员将细胞数量提高到1900个，并提高了这种检测方法的效率。这项研究包括收集来自12名患者的细胞样本，随后分析它们，其中的10名患者提供来自原发性癌症和转移性癌症的细胞数据。通过使用来自这两种来源的细胞数据，他们能够分离出和鉴定因每个患者中发生的突变而产生的遗传谱系。他们使用甲基化数据和拷贝数信息来识别这些遗传谱系，这允许他们能够追踪它们从原发性肿瘤细胞转变为转移性癌细胞时所经历的进化变化。这些研究人员报道在相同的遗传谱系中，细胞中的甲基化是一致的，但与其他遗传谱系相比有所不同，而且这种甲基化与肿瘤附近的非肿瘤细胞相比也存在差异。他们还发现6条染色体的去甲基化水平高于其他的染色体，其中的3条染色体会反复发生变化。他们作出结论：单细胞多组学测序提供了更多了解肿瘤进展和癌症扩散的机会。

近日，来自日本庆应大学医学院的科学家们开发出了一种新方法，其能在实验室促进脂肪组织衍生的干细胞产生人类血小板，相关研究结果刊登于国际杂志Blood上，该研究表明，人工制造的血小板最终或能有效减少患者对血小板捐献的依赖性，并帮助癌症和其它疾病患者的康复。血小板是机体血液中帮助凝血的一种关键组分，对于癌症患者或进行化疗的患者、感染、免疫紊乱以及血小板紊乱的患者而言，输血小板常常能够挽救其生命。每年全球大约有450万单位的血小板被输注，由于捐献的血小板的保质期不足一周时间，因此血小板的供应常常无法满足患者的需求，此外，由于供体的感染和受体出现的免疫反应，捐献的血小板常常也会带来潜在的安全风险。这项研究中，研究人员基于此前的研究结果通过研究证实，脂肪组织或能用来制造干细胞系，从而只需要12天就能够产生正常功能的血小板；研究者Mastubara表示，脂肪组织衍生的干细胞或许就能够提供一种安全持久的血小板供应，从而满足受体患者不断变化的需求。研究人员最初试图从另外两类干细胞中衍生提取血小板，其中一类就是诱导多能干细胞；研究者指出，脂肪组织衍生的细胞能够产生巨核细胞和血小板尺寸大小的细胞，这些细胞在天然状态下能表达多种对血小板产生非常重要的基因。当研究者对诱导脂肪衍生的干细胞产生血小板的技术进行优化后，他们进行了一系列实验来检测是否这种人工制造的血小板的功能与天然的人类血小板功能类似，结果表明，这种在实验室中生长的血小板含有天然血小板表面的标志性蛋白，同时还含有促进凝血过程的特殊颗粒，随后研究者利用小鼠进行血凝模拟实验，结果表明，这些血小板的行为与供体捐赠的血小板非常像，其能够聚集形成凝块。研究者Matsubara表示，相比供体来源的血小板而言，尽管这种制造血小板的成本更高，但本文研究结果表明，通过一种简单的方法或许就能通过脂肪衍生的细胞来制造血小板。如今研究人员已经建立了一套有效的制造大量脂肪衍生血小板细胞的人工过程，下一步他们计划利用动物模型开展临床前试验，随后再进行人类机体的临床试验。