瑞典林克平大学（Link?ping University）、英国利物浦约翰摩尔大学和美国国立卫生研究院（NIH）的一项研究表明，疼痛信号的传播速度可以和触摸信号一样快。快速疼痛信号系统的发现挑战了我们目前对疼痛的理解。这项研究发表在Science Advances杂志上。到目前为止，人们一直认为疼痛的神经信号传导比触觉信号慢。触觉信号，可以让我们确定我们在哪里被触摸，由拥有髓鞘隔离的神经传导。髓鞘较厚的神经比无髓鞘的神经传导信号更快。相比之下，人们认为人类疼痛的信号传导速度要慢得多，并且由只有一层薄薄的髓鞘或根本没有髓鞘的神经传导。另一方面，在猴子和许多其他哺乳动物中，疼痛信号系统的一部分可以像触觉信号系统一样快速地传导神经信号。科学家们怀疑这种系统是否也存在于人类中。“感觉疼痛的能力对我们的生存至关重要，那么为什么我们的疼痛信号系统要比触觉信号系统慢得多？”林克平大学临床与实验医学系和社会情感神经科学中心（CSAN）首席研究工程师Saad Nagi提出了这样的问题。为了回答这个问题，科学家们使用了一种技术使他们能够从单个神经细胞中检测到神经纤维中的信号。他们对100名健康志愿者进行了检查，寻找能够像检测触觉的神经细胞一样快速传递信号的神经细胞，但是这些神经细胞具有疼痛感受器的特性，也就是众所周知的伤害感受器。疼痛感受器的特点是能够检测有害刺激，如皮肤的挤压和磨损，但对轻微触摸没有反应。研究人员发现，12%的厚髓鞘神经细胞具有与疼痛受体相同的特性，在这些神经细胞中，传导速度与触觉敏感神经细胞一样快。科学家研究的下一步是确定这些超快疼痛受体的功能。通过可以刺激单个神经细胞的可测量电极短电脉冲，志愿者们描述他们所经历的尖锐或针扎疼痛。“当我们激活一个单独的神经细胞时，它会引起疼痛感，因此我们得出结论，这些神经细胞与大脑中的疼痛中心相连，”Saad Nagi说。研究小组还调查了患有各种罕见神经疾病的患者。其中一组患者在成年时受到了神经损伤，导致粗髓鞘神经纤维被破坏，而小纤维则被保留下来。这些病人不能察觉到轻微的触摸。科学家们预测，髓鞘神经纤维的丢失也会影响他们所发现的快速传导疼痛系统。结果发现，这些人感受机械疼痛的能力受损。对另外两种罕见神经疾病患者的检查也得出了相似的结果。这些结果对疼痛研究和疼痛患者的诊断和护理具有重要意义。“很明显，当有机械外力作用的时候，有大量的拥有髓鞘的神经纤维会传导疼痛。我们的研究结果挑战了教科书对快速触摸信号系统和缓慢疼痛信号系统的描述。我们认为疼痛可以像触摸一样迅速地传递信号，”Saad Nagi说。

身体中有两种细胞产生髓鞘：位于大脑和脊髓中的少突胶质细胞和位于身体其他部位的施万（Schwann）细胞。直到现在，科学家们还认为，只有少突胶质细胞才能在轴突周围产生多重髓鞘。这项发表在《Nature Communications》的新研究表明，施万细胞也能将髓鞘扩散到多个轴突上。“这完全颠覆了教科书定义的施万细胞的工作方式，”俄勒冈健康与科学大学Vollum研究所教授、本文通讯作者Kelly Monk博士说。Monk实验室对斑马鱼进行了基因筛选，发现有些鱼的髓鞘比预期的要多，这些鱼普遍携带fbxw7基因突变。当他们敲除转基因小鼠的该基因后，出现了一个意想不到的现象：单个施万细胞开始在多个轴突上铺展髓鞘。“这些细胞是可塑的，”Monk博士说。新发现提示了科学家们施万细胞如何在分子水平产生髓鞘。在进化史上，施万细胞和少突胶质细胞出现在同一点上——脊椎动物谱系在这一点形成了颌骨。无脊椎动物缺乏髓鞘，例如当代的乌贼，它们利用粗轴突在神经元之间快速传递信号。“我们本来也可以像乌贼一样进化的，但如果是那样的话，我们的脊椎直径恐怕要粗过巨红杉树了，”Monk说。于是，脊椎动物的轴突进化出髓鞘加速信号传输。为了生产髓鞘，施万细胞在周围神经系统的单个轴突周围产生髓鞘，少突胶质细胞在大脑和脊柱（中枢神经系统）环境下沿着多条轴突产生髓鞘。“中枢神经系统与周围神经系统的髓鞘生产方式有着本质的不同，”Monk说。Monk认为，施万细胞一个细胞一个细胞地修复受损髓鞘的特性是因为在不杀死整个有机体的情况下发生损伤是很常见的，这些特性通过一代又一代进化得以传承和强化。相比之下，中枢神经系统的再髓鞘过程往往是一个死胡同，因为很少有人能在大脑或脊柱遭受严重打击后幸存下来。“修复中枢神经系统髓鞘损伤没有选择压力，因为一旦被破坏你可能会死，”Monk说。然而，新文章揭示的施万细胞的新特点——“以fbxw7基因或下游通路分子为靶点，促进中枢神经系统髓鞘修复”——可能是治愈大脑和脊柱损伤的一个新机会。施万细胞的发现指出了治疗神经损伤和各种形式神经病变的新途径，进一步研究可能有助于促进中枢神经系统疾病（如多发性硬化症）的髓鞘修复。

一个微小的化学变化（改变两个氢原子的位置），就能预防高脂饮食小鼠出现胰岛素抵抗和脂肪肝，并逆转肥胖小鼠的前驱糖尿病症状。这种酶名叫二氢神经酰胺去饱和酶1（dihydroceramide desaturase 1，DES1），它能去除神经酰胺的一个氢，将双氢神经酰胺转化为神经酰胺，阻止该酶的活性可以减少体内神经酰胺总量，从而改变代谢疾病发展轨迹。新文章突显了神经酰胺在代谢健康中的作用，并将DES1定位成一个“可用药”靶点，对前驱糖尿病、糖尿病和心脏病这些波及数十亿人口健康的疾病具有深远影响。这项发表在《Science》杂志的文章由Merck研究所实验室和犹他健康大学的科学家领导。“我们的研究直指神经酰胺在代谢健康中的作用，我们认为它可能是下一种胆固醇，”文章通讯作者、美国卫生部营养与综合生理学主席Scott Summers博士说。降低神经酰胺含量逆转糖尿病和代谢疾病症状这并不是一个新发现。然而，以前的技术造成了严重的副作用，无一例外地表明这种方法不适用于治疗。这一次，研究人员没有大刀阔斧地改造，而是运用一把精细的手术刀试图在恰当的时机做最小的改变。为了降低神经酰胺含量，他们使用两种方法来阻止神经酰胺合成的一步。Summers课题组构建了一组基因工程小鼠，转基因小鼠编码的DES1在成年时关闭，使该基因在全身组织或肝细胞或脂肪细胞中失活。David Kelley实验室注射发夹RNA入成年小鼠肝脏，通过破坏RNA前体选择性降低DES1产量。实验小鼠被喂食高脂肪饮食（含有大量糖和6倍于普通啮齿动物摄入脂肪的饼干面团）。三个月内，小鼠体重增加了两倍。伴随肥胖，它们的新陈代谢健康也受到了压力，出现了胰岛素抵抗和肝脏脂肪堆积。使用上述两种方法降低神经酰胺几周后，情况出现转机。小鼠虽然依然肥胖但其代谢健康状况有所改善，它们的肝脏清除脂肪能力和胰岛素对葡萄糖的反应就像健康瘦小鼠一样。两个月后小鼠依然健康，更长期的研究仍在继续。“小鼠体重没有变化，但身体处理营养物质的方式改变了，”Summers说。“鼠虽然很胖，但它们很快乐而且很健康。”另一个实验，给小鼠吃高脂肪食物之前降低神经酰胺，甚至可以预防体重增加和胰岛素抵抗。虽然降低神经酰胺对人体的影响尚不清楚，但有证据表明神经酰胺与人类代谢疾病有关。已经有临床试验正在根据神经酰胺筛选，评估个体患心脏病的风险了。Kelley和Summers现在正在开发抑制DES1的药物。神经酰胺为什么会导致不良代谢？他们发现，神经酰胺会触发许多促进脂肪储存的机制，还损害细胞利用葡萄糖作为燃料的能力。证据包括Akt/PKB途径激活（抑制细胞合成糖以及从血液中提取糖的能力），脂肪酸转化减少，导致肝细胞脂肪酸储存增加，脂肪组织燃烧更少的脂肪。“短期内这种能量代谢转换是一种优势，”Summers说。“神经酰胺对细胞膜硬化有好处，促进脂肪储存可增加神经酰胺产量。表明神经酰胺是保护细胞的一个好东西——当食物充足，细胞储存了大量脂肪时，神经酰胺水平增加可以强化细胞外膜，防止破裂。”“角色总有两面性，” Summers实验室的研究生Trevor Tippetts解释说。“问题出在长期营养过剩的时候，比如肥胖期间神经酰胺含量一直很高。代谢稳态的持续损害会导致胰岛素抵抗和脂肪肝疾病。”“我们认为，神经酰胺进化成了一种营养传感器，”Bhagirath Chaurasia说。“神经酰胺作为一个信号，帮助身体应对进入细胞的脂肪量超过需求和储存能力的情况。”这些发现有助于深入了解人体细胞如何评估营养状况并相应地做出适应调节。“对我来说，这是一个非常令人兴奋的结果，”Chaurasia说。

来自哥伦比亚大学的神经科学家团队首次通过激活小鼠视觉皮层中的一些神经元来控制小鼠的视觉行为。这一重要发现公布在Cell杂志上。在这篇文章中，研究人员证明了特定的神经元集群在行为中具有因果作用。他们利用新开发的光学分析工具，识别进行视觉任务的小鼠皮质集群（cortical ensemble，生物通注），还通过高分辨率光遗传学以单细胞精确度同时靶向靶标神经元，控制小鼠的行为。结果表明与任务相关的神经元的精确激活提高了动物表现，与任务无关的其他神经元的激活降低了行为表现。“这是几十年来我们实验室完成的最激动人心的工作，因为这证明皮质集群是行为的关键，我们可以通过控制它们，改变动物的行为表现，”文章通讯作者，哥伦比亚大学生物科学教授Rafael Yuste说， “此外，数据表明，神经元集群是视觉刺激的内部表征”。这项研究可能在医学上有重要的应用。以单细胞精确度识别生理学相关的神经元集群可用于重新组织靶神经元之间的活动模式，重新编程错误的神经回路。“要想将这些方法应用于患者，那还早，”文章一作，Luis Carrillo-Reid说，“但这项研究可能代表了精确重编程大脑的路线图。”这项研究的主要采用了神经回路双光子钙成像和双光子光遗传学，这是Yuste当局断绝哦最初开发的用于光学读写神经元活动的方法。使用钙成像，人们可以跟踪哪些神经元在神经回路中发射，而使用光遗传学，可以随意激活神经元。此外，研究人员利用双光子激光也可以运行动物的大脑，以单细胞精度执行钙成像和光遗传学。在这项研究中，研究人员给小鼠注射了病毒，从而能够观察到大脑中的神经元活动模式。他们还能够用光精确地操纵神经元活动。之后研究人员又将小鼠连接到双光子显微镜上，并让它们在小跑步机上跑步，观察它们。在两个星期的时间里，研究人员训练小鼠将视觉刺激与水关联起来，这样每当垂直条出现时它们会舔水。在小鼠学会将视觉刺激与舔这一动作相关联之后，研究人员确定了小鼠中对垂直条有反应的神经元组，并使用双光子激光重新激活了这些神经元。这种再激活让小鼠正常舔食的次数超过预期，甚至在没有任何视觉刺激的情况下诱发了这个动作，就好像小鼠出现了看到垂直条形 幻觉。研究人员甚至通过仅刺激两个神经元来触发舔食行为，只要它们是与行为相关的特定神经元组。几十年来，人们已经实现通过电刺激大脑的不同区域来改善运动障碍的症状，例如帕金森症，这种被称为深部脑刺激的技术每年帮助了数万名患者。然而，该技术涉及操纵大量神经元，其空间位置和身份未知。在这项研究中，研究人员展示了相关原理的证据，即识别和靶向特殊的神经元可以改变行为，“开辟了使用这种技术来帮助纠正脑部疾病问题的途径，“Carrillo-Reid说。“此外，通过激活一些神经元可以取代感官刺激，表明我们可能开始更接近理解感知是什么，或者说是什么是思想，这可能是了解我们的思想如何运作的重要一步。”

这项由布里斯托尔大学的研究人员领导并发表在《Chemical Science》杂志上的研究结果可以从根本上改善心血管疾病治疗。利用患者或供体提取和培养的干细胞，并将其注入患者心脏以再生受损组织的试验已经产生了有希望的结果。然而，尽管这些新一代细胞疗法即将问世，但与干细胞分布有关的重大挑战仍然存在。心脏内高血流量环境，加上循环细胞接触的各种“组织下沉”，意味着大多数干细胞最终将进入肺和脾。现在，来自布里斯托尔细胞和分子医学院的研究人员发现了一种方法来克服这个问题：用一种特殊的蛋白质来修饰干细胞，使它们归巢心脏组织。该研究的主要作者、生物材料副教授、细胞疗法技术公司CytoSeek创始人Adam Perriman博士解释说：“心脏病发作后你试图通过再生细胞疗法治疗，细胞很少会走你想让它们走的路径。我们的目标是利用这项技术对细胞膜进行重新设计，这样当它们被注入体内后，它们就可以找到我们选择的特定组织。“我们知道，一些细菌细胞含有使它们能够检测和‘归巢’到病变组织的特性。例如，我们口腔中发现的口腔细菌有时会导致咽喉感染。如果它进入血流，它会‘回家’，损害心脏组织，导致感染性心内膜炎。我们的目标是复制细菌细胞的归巢能力，并将其应用于干细胞。”干细胞表面的人工蛋白与心脏纤维相互作用研究小组通过研究细菌细胞如何利用一种叫做黏附素的蛋白质“归巢”到心脏组织来开发这项技术。以该理论作为指导，研究人员制造出人工细胞膜结合的黏附素版本，这种黏附素可以“涂”在干细胞的表面。在动物模型中，研究小组证明新细胞修饰技术将干细胞导入了小鼠的心脏而起作用。Perriman博士补充道：“我们的发现表明，感染性细菌的心脏归巢特性可以转移给人类干细胞。值得注意的是，我们在一个小鼠模型中显示，工程黏附素蛋白自发地插入了干细胞的质膜中，没有细胞毒性，然后在移植后将修饰细胞导向心脏。据我们所知，这是史上首次将感染细菌的靶向特性转移给哺乳动物细胞。“英国有700万心脏病患者，这项新技术为这些患者带来巨大的潜力。”Dr Adam PerrimanPerriman博士是再生工程新型合成生物分子系统构建领域的先锋人物。布里斯托尔BioDesign研究所专注于合成生物学分子设计和工程。

在抗癌大战中人类为何屡屡告负？那是因为敌人太狡猾。当癌细胞遇到威胁时，它们往往会重新编程。于是，美国莱斯大学和贝勒医学院的科学家们开始研究癌细胞如何在恶劣的环境中生存。近日，研究人员在《美国国际科学院院刊》（PNAS）杂志上发表了他们的成果。他们已建立了一个基本框架，让人们了解当药物或免疫系统阻断癌症转移时，癌细胞究竟如何适应。他们希望从中获得一些线索，以便将来能够更好地对付癌细胞。这个模型显示了基因调控和代谢通路之间的直接联系，以及癌细胞如何利用它来适应恶劣环境，这一过程被称为代谢可塑性（metabolic plasticity）。莱斯大学生物物理学家Herbert Levine领导的团队重点研究了氧化磷酸化（OXPHOS）和糖酵解（glycolysis），这些代谢过程提供了细胞增殖所需的能量和化学元件。贝勒医学院Benny Abraham Kaipparettu领导的团队对理论模型进行了验证。在此过程中，研究人员采用了安捷伦Seahorse细胞能量代谢分析系统。之前的研究表明，在有氧条件下癌细胞倾向于将葡萄糖代谢为乳酸（有氧糖酵解），这被称为Warburg效应。不过，莱斯大学的José Onuchic表示，这并不代表癌细胞会放弃其他机制。“癌细胞的恶性程度越高，它们越有可能通过其他方式获取能量。”直到最近，人们才开始关注氧化磷酸化，但他们并不了解癌细胞如何调节这两种代谢类型。“我们想知道癌细胞如何协调两者。由于基因调控和代谢通路之间存在广泛的交叉对话，我们认为有必要关注癌症代谢的这两个不同方面，”博士后研究员Dongya Jia谈道。研究人员还详细介绍了两种蛋白质活性的直接关联：腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）和缺氧诱导因子-1（HIF-1）。这两种蛋白质分别作为OXPHOS和糖酵解的主要调节因子，参与了三种主要的代谢通路：葡萄糖氧化、糖酵解和脂肪酸氧化。Jia的数学模型详细介绍了癌细胞的三种稳定代谢状态有何关联。一种是糖酵解状态，其特征在于HIF-1的高活性和糖酵解通路的高活性。第二种是氧化磷酸化状态，其特征在于AMPK的高活性以及葡萄糖氧化和脂肪酸氧化等通路的高活性。第三种则是混合代谢状态，其特征包括AMPK和HIF-1以及糖酵解和氧化磷酸化通路的活性都很高。这个模型表明，HIF-1和AMPK的存在导致混合状态的出现，而这正是当前的癌症疗法难以解决的。研究人员还发现，与正常细胞相比，癌细胞中HIF-1的稳定化和线粒体活性氧（ROS）生成率的提高都会促进混合代谢状态的出现。众所周知，ROS是具有化学活性的分子，对细胞的信号转导很重要，但高水平的ROS会损伤细胞。贝勒医学院的团队则利用乳腺癌患者的代谢组学和转录组学数据来验证该模型。之后他们利用转移性三阴乳腺癌细胞开展体外研究，进一步验证了该模型。实验表明抑制细胞的糖酵解活性可激活AMPK，并增强氧化磷酸化。反之亦然。针对糖酵解和氧化磷酸化的抑制剂组合成功阻断了细胞的代谢可塑性。“在此，我们以一种新颖的方式将基因与代谢相偶联，”Levine说。“不过，这只是代谢通路中的一小部分。还有许多可能性，不包括在我们的模型内。我们还需要一个更完整的故事，才能真正了解发生了什么

信使RNA（mRNA）这种分子将遗传信息从DNA传送到细胞的蛋白质制造工厂。在上个月的一次会议上，研究人员讨论了RNA表观遗传学对基因表达和疾病也是至关重要的证据，他们描述了一种与白血病有关的新化学修饰。研究发现表观遗传标记像栅栏上的圣诞灯一样装饰着mRNA。马里兰州国家癌症研究所（NCI）的RNA生物学家Pedro Batista在会议上说，细胞使用这些标记“来确定蛋白质应该何时何地以及以多少量[相关的]生产。此外，纽约市Sloan Kettering癌症纪念中心的Michael Kharas说，mRNA修饰“可以影响细胞的生存能力，无论细胞分裂、癌症、神经系统疾病。”它们为药物开发人员提供了有希望的线索。而且，他补充道，“还有很多（更多）人们未注意到的疾病与这些东西有关。”20世纪70年代曾报道过mRNAs修饰，但到2008年，它们基本上被遗忘了。然后，芝加哥大学的Chuan He，康奈尔大学的Samie Jaffrey，以色列特拉维夫大学的Gideon Rechavi重新审视了一下。他们的研究小组专注于一种叫做m6A的mRNA修饰：甲基基团附着在RNA分子的腺嘌呤碱基上。研究小组表明，一种酶可以去除这种mRNA修饰，这表明m6A具有重要的生物学作用，Jaffrey和Rechavi的研究小组开发出的绘图工具显示它的分布很广。在这项研究之前，研究人员虽然知道有mRNA表观遗传标记存在，但“他们不知道如何寻找它们，”NCI研究人员Shalini Oberdoerffer说。在至少6个基因修饰中，m6A是研究得好的。当被称为读写器的蛋白质附着在其上时，它们会指示标记的mRNA的命运，mRNA命运可能会引发巨大的影响。例如，m6A促进胚胎干细胞正确分化为不同细胞类型所需的基因表达。但在血液干细胞中，m6A却限制了分化。在白血病中m6A通过使细胞保持干状状态来维持疾病。2017年，包括Kharas在内的三个独立研究小组证明，去除将m6A放置在mRNA上的酶可以杀死急性髓性白血病肿瘤细胞。目前，至少有三家生物技术公司正在开发实验性药物来阻断这种酶。在会议上，英国剑桥大学的Tony Kouzarides报道了一种新mRNA修饰和一种导致白血病的相关酶。他说：“我怀疑还有更多的（mRNA修饰和酶）”与白血病有联系。m6A在大脑中也很重要。通过读写器，它控制了小鼠在发育过程中新神经元形成的精确时间，并使轴突在神经损伤后再生。修饰还能增强记忆。当Kouzarides研究小组在小鼠身上敲除m6A读写器基因时，原本正常的动物出现记忆缺陷。注射携带正常读写器基因的病毒可以逆转这种效果。去年他们在《Nature》杂志报道说，当研究人员用化学方法刺激神经元模仿新记忆增加时，他们发现依赖m6A的蛋白质合成突然爆发。几年前，Oberdoerffer有一种预感，认为细胞可能在mRNA上使用另一个简单的化学单位，乙酰基。她的研究小组去年在《Cell》杂志报告了许多mRNA胞嘧啶碱基被乙酰化。这种变化通过稳定分子来促进翻译，也可能通过帮助mRNAs与正确的转移RNAs（tRNAs）匹配来促进翻译。tRNAs是一种小RNA分子，可以读取mRNA并向生长中的蛋白质链添加氨基酸。当mRNA和tRNA互补时，它们结合，触发氨基酸添加。但这个系统并不精确，mRNA序列可能比tRNAs多，所以tRNAs必然以某种方式找到（和绑定）一些不匹配的mRNAs。Oberdoerffer的研究小组发现了一个神秘的线索：不管是否匹配，一个乙酰化的mRNA碱基通常位于一个tRNA必须识别的位置。研究人员发现，RNA修饰的存在极大地促进了基因翻译。Oberdoerffer认为这种修饰对于正确的mRNa-tRNA识别是不必要的，但它可能会加强结合。她说：“我认为我们应该了解，我们所掌握的遗传密码并不是一个静态的实体。”与其他新兴的研究领域一样，RNA表观遗传学（也称为表观转录组学）也有怀疑论者。2016年，有一个研究小组在《Nature》杂志上报道，他们在一个跨7000多个位点的细胞mRNAs补集上发现了一种新修饰，m1A。但一年后，在同一份期刊上，另一个研究小组声称，m1A位点最多存在15个。Jaffrey说：“正因为如此，分子生物学界的每个人都有点怀疑这些（mRNA）修饰的有效性。”其他关于关键酶和读写器蛋白功能的争论也很激烈。但表观转录组学发展很快。他说：“我们只是需要……更多关于这些事情的知识。我们需要保持思想开放。这个领域还很年轻。”

来自哥伦比亚大学的神经科学家团队首次通过激活小鼠视觉皮层中的一些神经元来控制小鼠的视觉行为。这一重要发现公布在Cell杂志上。在这篇文章中，研究人员证明了特定的神经元集群在行为中具有因果作用。他们利用新开发的光学分析工具，识别进行视觉任务的小鼠皮质集群（cortical ensemble，生物通注），还通过高分辨率光遗传学以单细胞精确度同时靶向靶标神经元，控制小鼠的行为。结果表明与任务相关的神经元的精确激活提高了动物表现，与任务无关的其他神经元的激活降低了行为表现。“这是几十年来我们实验室完成的最激动人心的工作，因为这证明皮质集群是行为的关键，我们可以通过控制它们，改变动物的行为表现，”文章通讯作者，哥伦比亚大学生物科学教授Rafael Yuste说， “此外，数据表明，神经元集群是视觉刺激的内部表征”。这项研究可能在医学上有重要的应用。以单细胞精确度识别生理学相关的神经元集群可用于重新组织靶神经元之间的活动模式，重新编程错误的神经回路。“要想将这些方法应用于患者，那还早，”文章一作，Luis Carrillo-Reid说，“但这项研究可能代表了精确重编程大脑的路线图。”这项研究的主要采用了神经回路双光子钙成像和双光子光遗传学，这是Yuste当局断绝哦最初开发的用于光学读写神经元活动的方法。使用钙成像，人们可以跟踪哪些神经元在神经回路中发射，而使用光遗传学，可以随意激活神经元。此外，研究人员利用双光子激光也可以运行动物的大脑，以单细胞精度执行钙成像和光遗传学。在这项研究中，研究人员给小鼠注射了病毒，从而能够观察到大脑中的神经元活动模式。他们还能够用光精确地操纵神经元活动。之后研究人员又将小鼠连接到双光子显微镜上，并让它们在小跑步机上跑步，观察它们。在两个星期的时间里，研究人员训练小鼠将视觉刺激与水关联起来，这样每当垂直条出现时它们会舔水。在小鼠学会将视觉刺激与舔这一动作相关联之后，研究人员确定了小鼠中对垂直条有反应的神经元组，并使用双光子激光重新激活了这些神经元。这种再激活让小鼠正常舔食的次数超过预期，甚至在没有任何视觉刺激的情况下诱发了这个动作，就好像小鼠出现了看到垂直条形 幻觉。研究人员甚至通过仅刺激两个神经元来触发舔食行为，只要它们是与行为相关的特定神经元组。几十年来，人们已经实现通过电刺激大脑的不同区域来改善运动障碍的症状，例如帕金森症，这种被称为深部脑刺激的技术每年帮助了数万名患者。然而，该技术涉及操纵大量神经元，其空间位置和身份未知。在这项研究中，研究人员展示了相关原理的证据，即识别和靶向特殊的神经元可以改变行为，“开辟了使用这种技术来帮助纠正脑部疾病问题的途径，“Carrillo-Reid说。“此外，通过激活一些神经元可以取代感官刺激，表明我们可能开始更接近理解感知是什么，或者说是什么是思想，这可能是了解我们的思想如何运作的重要一步。”

早在20世纪30年代，免疫组织化学（IHC）的原理就已为人所知。不过直到1942年，一项IHC研究成果才正式发表。哈佛大学医学院的Albert Coons等人利用FITC标记的抗体来鉴定感染组织中的肺炎球菌抗原。这被誉为免疫荧光技术的里程碑。自那时起，组织固定和切片方法、抗原/表位修复、抗体偶联、免疫染色方法及显微镜本身都有了重大改进，可帮助你获得完美的IHC图像。然而，尽管IHC早已普遍使用，但这并不意味着你可以掉以轻心。困难重重据Abcam成像和免疫组化负责人Will Howat介绍，主要问题在于研究人员的经验不足。“对于那些实验新手或者刚刚接触IHC的人来说，从零开始设计方案可能很困难。他们会觉得troubleshooting很有挑战性。为了解决这个问题，Abcam建立了一系列IHC操作指南，有望缓解这个问题，”Howat说。Howat补充说，对于颇有经验的研究人员来说，主要的障碍在于找到适合特定应用的抗体并在实验室中验证它。对此，Cell Signaling Technology（CST）的免疫组化总监Katie Crosby表示认同。“对于特定的目标，通常市场上有多种抗体可供选择，不过并非每种抗体都可以在IHC中有着完美的表现，”Crosby谈道。“让问题更为复杂的是，大多数抗体在IHC分析中都会产生一些染色。问题是，‘这种染色是否特异？’”为了获得良好的结果，你必须了解抗体的性能特征。Crosby建议大家评估抗体供应商提供的数据，利用不同类型的组织，采用各种阴性和阳性对照。“通常是开展一系列验证分析，综合起来才能说明抗体染色是特异性的，”她指出。“单一的分析不足以确保特异性。”Crosby还提醒说，验证数据只是一步，还远远不够。她认为如果处理不当，完美的抗体也会产生悲催的结果。如果实验室的方案与供应商建议的方案不同，Crosby建议你采用自己的验证分析。检测系统完美的IHC离不开特异性的一抗，不过，目前也有多种检测系统可供选择。每种系统都有着不同的灵敏度。“与信号放大系统相比，直接偶联的二抗有着低的灵敏度，即使是偶联荧光基团，”Howat解释说。“酪胺信号放大（TSA）系统的扩增带来了高的灵敏度。关于检测分子，碱性磷酸酶（AP）和辣根过氧化物酶（HRP）有着相同的灵敏度，而AP可循环更长时间。荧光的灵敏度更高，但在用于自发荧光的组织时，它又增加了难度。”自发荧光可以分为两大类：(i) 生物/固有的自发荧光，以及(ii) 固定剂诱导的自发荧光。生物自发荧光通常来源于线粒体、溶酶体以及含有芳香族氨基酸的组分，包括黄素辅酶（FAD、FMN）和吡啶核苷酸（NADH）。若你希望对同一组织中的多个表位进行染色，那么检测系统的选择尤为重要。你必须决定是同时进行染色还是先后进行染色，并尽量避免试剂之间的交叉反应。在先后染色时，添加的顺序取决于你所使用的试剂盒。“如果检测系统是不同的（如HRP和AP），那么在下一轮染色之前就要使用染色系统（如DAB或Fast Red），以限度地减少不同二抗的交叉反应，”Howat解释说。“如果染色系统是相同的，则需要采取额外的阻断或剥离程序，以便尽量减少交叉反应。”Howat还强调，在验证所有这些方法时，对照都是至关重要的，可以确保最终图像的准确性。IHC的对照包括内源性组织背景对照、表达对照（阳性对照和阴性对照）、无一抗对照、同型对照和吸收对照。多重染色Ultivue公司的研发经理Stephanie Hennek介绍了多重染色和荧光成像的一些要点，该公司专门研究原位的多重免疫染色。“多重免疫荧光（mIF）染色是一种强大的工具，可以识别各种细胞表型和定位细胞的相互作用，”Hennek解释说。“对mIF来说，重要的是荧光报告基团产生明亮稳定的信号，并且各个通道之间不会发生渗漏，能够很好地区分多个荧光基团。”Hennek指出，Ultivue的研发人员开发出UltiMapper™ multiplex IF assay，这些检测经过全面优化，可与各种荧光显微镜和扫描仪兼容，实现整块玻片的成像。关于如何减少渗漏（bleed-through）、如何选择染色方法以及mIF对照，他给出了不少实用的建议。无论你是IHC的新手还是老手，在各个环节都不可掉以轻心。好在，当你遇到麻烦时，Abcam、CST和R&D Systems等公司的支持团队都可以协助你解决各种问题。多重染色和荧光成像的小贴士1. 减少荧光基团的光谱渗漏了解荧光基团的物理性质是开展多重实验时的关键。各个荧光基团的激发光谱和发射光谱应尽量少重叠。显微镜的滤光片和光源必须与每个荧光基团的光谱相匹配，以便分离每个目标的信号。通常，人们会采取光谱解混（spectral unmixing）来解决渗透/串扰问题。不过，这种操作延长了分析流程，掩盖了原来的生物学，让人们难以比较特定标志物的表达水平。Ultivue的试剂盒采用光谱上分离的荧光基团，从根本上避免了渗漏的可能性。2. 如何选择染色方法从通量和生物学的角度来看，优先选择同时染色，而不是依次染色，因为后者可能会掩盖抗原表位。同时染色让所有抗体同时与各自表位相结合，减少了总体的检测时间。Ultivue的技术不需要依次染色程序，即使是高度多重的检测。无论标记物的数量如何，所有目标都被同时染色和放大。这样能够定量评估各个标记的表达水平。3. mIF实验的关键对照一些重要的对照可确保多重检测是稳健且可重复的。阳性和阴性对照可确保每个目标的染色特异性，而偶联前和偶联后的染色对照可确保偶联试剂不会影响抗体结合能力。Ultivue在检测开发过程中使用了所有对照。

除了癌症以外，自噬还和感染性疾病、神经退行性疾病和心脏疾病有关。Salk研究所的Reuben Shaw教授等人2011年发现，缺乏营养的细胞会激活一个关键分子启动自噬，这个分子就是ULK1。Shaw认为，抑制ULK1可以切断能量补给进而杀死癌细胞。为了了解其中具体的内容，他们筛选了可以抑制ULK1的小分子。可以特异性阻断癌细胞自噬的第一步，有效切断它们的补给线。这一研究成果公布在Molecular Cell杂志上。“这项研究开辟了攻击癌症的新途径，我们的抑制剂结合靶向治疗可以发挥最大的作用。”随着肿瘤的不断生长，癌细胞需要掠夺能量来支持自己的快速发展。自噬原本是细胞回收受损细胞器和蛋白的正常程序，这种程序会被癌细胞利用满足它们与日俱增的能量和代谢需求。研究人员找到的这个药物在体外和肿瘤细胞内都能靶标ULK1。而且这种药物有选择性，不影响健康细胞。人们可以在此基础上开发治疗癌症的新药。将筛选出的药物称为SBI-0206965。研究显示，SBI-0206965可以成功杀死多种类型的癌细胞，包括人类和小鼠肺癌细胞，以及人类脑癌细胞。有一些关闭细胞生长和分裂的癌症药物，会使癌细胞更依赖回收程序，比如mTOR抑制剂。这些癌细胞没有死亡而是进入了休眠状态，能够在治疗停止后复发。“抑制ULK1会切断癌细胞的后路，让现有的抗癌治疗更加有效，”文章的第一作者Matthew Chun说。研究表明，SBI-0206965和mTOR抑制剂联合使用的确更加有效，杀死了两到三倍的肺癌细胞。在此之前人们也曾通过靶标自噬通路来对抗癌症，不过目前唯一的药物是作用于溶酶体的，而溶酶体处于自噬的最后阶段。而且这样的药物会抑制溶酶体的其他功能，副作用可能比较大。从这项研究来看，SBI-0206965和mTOR抑制剂的抗癌效果明显好于溶酶体药物chloroquine。

2017年，哈佛大学的遗传学家George Church大胆预测，经过基因编辑的猪器官将在两年内移植到人体内。不过，Church现在不得不承认：“我错了。”他创办的eGenesis公司计划用CRISPR基因编辑技术对猪进行遗传改造，使其器官可安全移植到人体内，而不会发生排斥反应。这有望缓解供体器官的严重不足。不过，到现在为止，人体试验尚未开展。相反，他们在猴子身上试验猪的器官。这项试验由麻省总医院移植手术主任James Markmann领导。他认为这是必要的一步。“我们很难将修饰的器官放入人体，除非它在大型动物身上试验过，”Markmann说。他们并没有说明正在研究哪些器官，或者选择哪种猴子开展试验。多年来，医生一直梦想将猪的肾脏、心脏甚至肺移植到人体内，取代停止工作的器官，以此解决器官短缺的问题。目前，超过10万名美国人正在等待器官移植。在过去的几年里，这种所谓的“异种移植”已经实现了一些重要的里程碑。美国国立卫生研究院的研究人员让猪的心脏在狒狒体内跳动了两年。德国的外科医生去年报道称，几只狒狒在移植了猪的心脏后大约存活了六个月。这些实验是利用Revivicor公司改造过的猪开展的。这些动物经过遗传改造，以防止人体排斥器官。不过，若要在人体内试验猪的器官，仍然需要克服一些关键问题。猴子身上的结果并不一致，监管部门也没有公开表示他们将在什么条件下同意人体试验，而且猪要进行多大程度的修饰仍然存在争议。eGenesis公司因基因编辑猪而名声大噪，它旨在利用CRISPR基因编辑技术对猪进行快速的遗传修饰。2015年，公司联合创始人兼首席科学家杨璐菡（Luhan Yang）表示，她可以同时进行62次编辑，以灭活潜伏在猪基因组中的病毒。此外，这家公司还引入了两位数的基因编辑，让改造后的器官不大可能引发免疫排斥。鉴于种种利好消息，Church在2017年宣称，“我们希望在一年内将其移植到人体”。不过，这似乎不大现实。杨璐菡认为，主要的挑战在于猪器官移植到猴子的试验很难获得一致的结果。虽然有时狒狒能够存活几个月，但其他动物很快就死亡。研究人员还不明白个中缘由。“我们正在调查并试图解决这个问题，”她说。这样的试验也需要大量的猪器官。据介绍，eGenesis在美国养殖了100多头猪，而它在中国的合作伙伴启函生物也养了几百头猪，正在试验不同的遗传改变。法律不允许跨国运输动物及其器官。至于多少个遗传改变才是必要的，目前还存在争议。马里兰大学医学院的Muhammad Mohiuddin认为，去除病毒基因有点过分，可能对动物造成伤害。相反，他认为理想的情况是对8-9个基因进行编辑，让猪的多个器官可用于移植，而不是将一只猪用于心脏移植，而另一只猪用于肾脏移植，这样其他器官就浪费了。

这项发表在《Cell Reports》上的研究发现，来自肠道细菌的信号有助于维持肺部的第一道防线。肠道细菌健康的小鼠感染流感后，大约80%的小鼠能存活下来。然而，服用抗生素后，只有三分之一的小鼠在感染后存活下来。Francis Crick研究所的Andreas Wack博士解释说：“我们发现，抗生素直接抹掉了肺对流感的早期抵抗，进一步证明，医生不应该轻易提供抗生素处方，不适当的服用抗生素不仅不会增强抗病毒能力，而且还会杀死有益的肠道细菌，可能使我们更容易受到病毒的攻击。这不仅与人类患者有关，也与家畜有关，因为世界各地的许多农场都在预防性地使用抗生素。”研究发现，调节免疫反应的I型干扰素信号是早期防御的关键。在干扰素开启的基因中，有一个小鼠基因Mx1，相当于人类的MxA基因。这种抗病毒基因产生能干扰流感病毒复制蛋白质。研究人员发现，微生物群驱动的干扰素信号能使肺内膜的抗病毒基因保持活性，防止病毒获得立足点。Andreas说：“我们惊讶地发现，微生物群诱导的早期流感抵抗的原因在于肺部的细胞，而不是免疫细胞。以前的研究多集中在免疫细胞，但我们发现内衬细胞对关键的感染早期阶段更重要。它们是病毒唯一可以繁殖的地方，因此它们是对抗流感的主战场。肠道细菌发出一个信号，使肺部细胞保持准备状态，防止病毒如此迅速繁殖。免疫细胞需要大约两天的时间来产生反应，在这段时间内病毒会在肺里繁殖。感染后两天，抗生素治疗的小鼠肺部病毒数量增加了五倍。面对这一更大的威胁，免疫反应更强烈，更具破坏性，导致更严重的症状和更糟糕的结果。”为了检验这种保护作用是否与肠道细菌有关，而不是与肺部的局部过程有关，研究人员用抗生素治疗小鼠，然后通过粪便移植重新填充肠道细菌。这恢复了干扰素信号和相关的流感抵抗，表明肠道细菌在维持防御中起着至关重要的作用。Andreas说：“综合起来，我们的发现表明肠道细菌有助于保持身体其他部位的非免疫细胞做好攻击准备，让它们能更好地抵御流感，因为病毒到达时，抗病毒基因早已打开。因此，当病毒感染一个‘有准备’的有机体时，在战斗开始之前，它就没有立足之地。相比之下，如果没有肠道细菌，抗病毒基因在免疫反应开始之前就不会表达。等到病毒繁殖很多次再表达这时就太晚了，所以随后一个巨大的、破坏性的免疫反应将是在劫难逃。”

2007年，Patrice Cani研究员和他在鲁文大学鲁文药物研究所的团队与瓦赫宁根大学教授Willem de Vos合作发现了肠道细菌Akkermansia muciniphila的有益作用——在小鼠身上减缓肥胖和2型糖尿病的发展。2017年，研究小组发现（仍在小鼠体内）使用巴氏杀菌形式的Akkermansia对各种心血管疾病风险因素（如胰岛素抵抗、高胆固醇血症或脂肪组织中脂肪的储存）比活细菌具有更大的保护作用。在这些发现之后，团队与布鲁塞尔圣卢克医科大学合作，开展了一项管理人类细菌的临床研究。为此，有必要开发大规模生产这种细菌的能力，并确保测试对参与者没有风险。鲁文大学的研究人员给超重或肥胖的志愿者服用了Akkermansia，这些患者都表现出胰岛素抵抗（2型糖尿病前期）和代谢综合征，换句话说，这些患者的心血管疾病危险因素很高。将志愿者随机分为3组（安慰剂组、活菌组和巴氏杀菌菌组），要求他们不要改变饮食习惯或身体活动。Akkermansia作为营养补充剂提供。该研究的主要目的是证明每日摄入Akkermansia ，持续3个月而不存在风险的可行性。鲁文大学的研究人员Clara Depommier和Amandine Everard观察到，服用活细菌或巴氏杀菌细菌的小组具有良好的依从性（补充剂容易摄入）和耐受性（没有副作用）。结论：人类实验证实了小鼠实验已经观察到的结果。摄入（巴氏杀菌）细菌可防止受试者健康状况恶化（糖尿病前期、心血管风险）。更好的是，研究人员观察到肝脏炎症标志物减少，受试者体重轻微减轻（平均减轻2.3千克），胆固醇水平降低。相反，安慰剂受试者的代谢参数（胰岛素抵抗或高胆固醇血症）随着时间的推移持续恶化。对谁有好处？据世界卫生组织称，全世界每天有三分之一的人死于心血管疾病。在西方国家，每两个人中就有一个超重，这增加了心血管风险。这项研究证明，如果使用得当，Akkermansia菌可能会对全球半数人口产生影响（限制有害影响）。总之，这项初步研究证明了以食品补充剂的形式向人类施用（巴氏杀菌）Akkermansia的可行性，并报告了令人鼓舞的结果：基于Akkermansia菌的膳食补充剂可降低心脏代谢危险因素。这些结果为大规模研究铺平了道路，同时也支持了2021年将这些细菌作为食品补充剂的商业化推广。

海洋馆里的水母总是特别迷人，不过若是在海边玩耍时遇到水母，相信你就不会这么淡定了。每年，水母杀死的人数比鲨鱼和海蛇的总数还要多。为什么这么毒？科学家也很感兴趣。近日，宾夕法尼亚州立大学和佛罗里达大学等机构的研究人员绘制了三种不同水母的基因组草图。这项研究发表在《GigaScience》杂志上，确定了一系列毒液相关的基因，为探索毒素基因的进化奠定了基础。佛罗里达大学惠特尼海洋生物学实验室的Joseph Ryan表示：“有了这些新的基因组，我们一次能够比较所有5类刺胞动物的基因组。这项研究为刺胞动物的基因组进化提供了重要的线索。”在此，Ryan领导的研究团队绘制了三种水母的基因组草图，包括致命的箱形水母（Alatina alata）、上下颠倒的仙女水母（Cassiopea xamachana）和酷似吊灯的十字水母（Calvadosia cruxmelitensis）。刺胞动物，过去称为腔肠动物，包括我们熟悉的珊瑚虫、海葵和水母。由于缺乏遗传信息，刺胞动物的毒理学研究进展缓慢。不过，这种研究似乎特别有意义，因为箱形水母（box jellyfish）对海滩游客来说是致命的，每年大约有100人因其丧命。“箱形水母是世界上毒性最强的动物之一，因此，它们的基因组是开发抗毒血清以及潜在药物的重要资源，”Ryan指出。“我们的研究包括对毒液相关基因进行重点评估，从而深入了解刺胞动物的毒液进化。”为了研究毒素，研究人员鉴定出117种推定的毒液蛋白，其中9种仅出现在刺胞动物中。他们发现，只有箱形水母的基因组中含有一种称为CqTx的毒素基因，它所产生的蛋白质能够在细胞膜上形成孔洞，导致溶血。这也就解释了为什么这些动物有时能够在5分钟内让人类丧命。基因组的比较也揭示出刺胞动物毒液进化的信息，比如基因丢失和重复。另一个毒素基因CrTx就是一个很好的例子：颠倒的仙女水母有一个CrTx基因，箱形水母有五个，而十字水母则一个都没有。“基因丢失是动物进化的重要驱动力。拥有基因组草图可准确推断基因丢失，并了解基因丢失对动物表型的贡献，”Ryan谈道。“此外，这些基因组还提供了基因顺序的信息，有助于鉴定难以分类的基因

空气污染会导致如阿尔茨海默病和帕金森等神经系统疾病的共识正在建立。但是，这些乌黑的颗粒如何造成大脑疾病仍是一个未解决的问题。现在，宾州州立大学利用小鼠模型找到了一种潜在的研究方法。研究人员观察了大脑和脊髓周围的液体脑脊液（cerebrospinal fluid）如何通过鼻子流出，以及当液体停止流动时会发生什么。“在过去5年，人们对理解脑脊液运动非常感兴趣，”工程科学与力学、神经外科和生物医学工程杰出副教授Patrick Drew说。“越来越多人意识到，它不仅可以缓冲大脑，还可以将物质从大脑和脊柱区域转移出去。”然而，问题是脑脊液（CSF）是如何离开大脑和脊柱封闭区域的，它去哪里了？对旧科学论文的研究表明，一些科学家推测，一个出口路径是通过鼻子。“我正试图给脑脊液贴上一种实验用染料标签，”细胞和发育生物学研究生、Drew的学生Jordan N. Norwood说。“我们看到这种染色的脑脊液从鼻子里流出来了。”对旧科学论文的更多研究表明，不仅有其他研究表明脑脊液会从鼻子中流出，而且还与嗅觉有关。研究人员发现，阿尔茨海默症和帕金森症等神经系统疾病的早期发生与嗅觉丧失存在联系。通过化学消融术，研究人员破坏了小鼠硬腭的嗅觉神经。这些神经的破坏导致嗅觉丧失，同时也导致脑脊液停止了流动。Drew说：“我们用硫酸锌清洗鼻子神经后，小鼠看起来很正常。”因为液体停止了从鼻子的流出，研究人员检查了大脑和脊髓周围的压力是否增加。Drew说：“动物和人一直在制造脑脊液，所以如果脑脊液不排出，压力就会上升。但我们发现，鼻子停止流出液体后，压力并没有增加。”研究人员认为，其他一些途径可能会辅助增加其流量或CSF，从而补偿通常会从鼻子流出的东西。其他通路可能包括大脑周围流入淋巴系统的通路。另一种可能是由于鼻部的脑脊液流动停止，脑脊液的产生随之减少。研究人员在最近一期的eLife中指出，“嗅觉感觉神经元的损伤（如空气污染）可能导致脑脊液的流转和流动发生改变，为神经系统疾病提供一种潜在的机制。”他们还指出，“脑脊液的流转减少可能是导致毒性代谢产物和蛋白质积累的一个因素，从而导致神经退行性疾病。”环境污染和脑脊液流转减少二者都可以解释一些疾病的起源。“通过切除神经元，我们相当于扰乱和破坏了鼻腔液体流动，”Norwood说。“在空气污染严重的地区，人们可能正在呼吸和我们的实验用的一样的东西。”她补充说：“下一步，我们将与材料研究所一个研究煤烟或喷气燃料颗粒的实验室合作，以确定我们是否能获得同样的效果。”

叶绿体中游离四吡咯类化合物，如叶绿素，在吸收光能后产生的单线氧分子(1O2)一直被认为是植物光合作用中产生的毒性副产物。但在2004年，Klaus Apel教授及其研究团队首次发现1O2在叶绿体向细胞核的反向信号通路中起到重要作用，并在随后的遗传学研究中指出这一信号通路主要是由细胞核编码的叶绿体蛋白EXECUTER1介导，由此确立了1O2在细胞信号通路中的重要意义，开拓了活性氧分子介导的叶绿体向细胞核的反向信号通路研究的新思路。然而，长久以来，关于叶绿体中识别1O2的分子机制尚不明确。在此基础上，中科院植物生理生态研究所Chanhong Kim研究组发表了题为题为Oxidative post-translational modification of EXECUTER1 is required for singlet oxygen sensing in plastids 的研究论文，揭示了植物叶绿体中识别单线氧的分子机制。这一研究发现公布在6月27日的Nature Communications杂志上，文章第一作者为Vivek Dogra、李明月和Somesh Singh。Chanhong Kim研究组综合利用质谱及遗传学方法，发现在EXECUTER1的643位色氨酸（Trp643）发生1O2特异性的翻译后氧化修饰，对1O2识别起到重要作用。Trp643位于EXECUTER1的未知功能结构域DUF3506（现命名为SOS结构域）中，氧化后的Trp643可以促进FtsH蛋白酶体对EXECUTER1的降解，进而完成1O2信号的传递。同时研究人员也指出识别1O2之后，EXECUTER1在被降解过程中可能释放出向细胞核传递的信号分子，对这一信号分子的鉴定将会成为下一步的研究方向。

北卡罗来纳大学医学院的研究人员，找到了一种方法，对于支持骨形成起着决定性作用。这一研究发现公布在Stem Cells杂志上，由北卡罗来纳州大学医学院的医学教授Janet Rubin博士研究组领导完成。Rubin博士指出：“骨形成很快。数据和图像是如此清晰；你不必是一个骨生物学家，就能看到，在一周的时间里细胞松弛素D产生了什么影响。”研究人员使用细胞松弛素D，一种天然存在于霉菌中的物质，来改变间充质干细胞的细胞核中的基因表达，以迫使它们变成骨母细胞（成骨细胞）。通过用细胞松弛素D处理干细胞——它们可能变成脂肪或骨细胞，结果是明确的：干细胞变成了骨细胞。“这不是我们所期望的。这不是我们在实验室里努力去做的。但我们的发现，可能成为启动局部骨形成的一种惊人方式。然而，这不会解决骨质疏松症，因为这种疾病涉及整个骨架的骨质疏松。”这项研究结果的重点，是一种称为肌动蛋白的蛋白质，它形成的纤维，跨越细胞的细胞质以创建细胞的细胞骨架。成骨细胞比脂肪细胞具有更多的细胞骨架。本文第一作者、Rubin实验室研究助理Buer Sen博士，使用细胞松弛素D来破坏肌动蛋白的细胞骨架。从理论上说，根据文献资料，这应该会破坏细胞变成骨细胞的能力。反过来，细胞应该更容易转变成脂肪细胞。相反，Sen发现，肌动蛋白被运输到干细胞的细胞核内，在那里它具有诱导细胞成为成骨细胞的惊人效果。Rubin说：“我的第一反应是，‘不可能，Buer’。这一定是错误的。这违背了文献中的一切。但他说，‘我已经重新进行了实验。结果是相同的。’”Rubin的团队扩大了实验，同时探索肌动蛋白的作用。他们发现，当肌动蛋白进入并留在细胞核中时，它能够增强基因的表达，这种方式会使细胞变成骨细胞。Rubin说：“令人惊讶的是，我们发现，肌动蛋白在细胞核内形成了一个架构，并打开了产生骨骼的遗传程序。如果我们破坏细胞骨架，但不允许肌动蛋白进入细胞核，那么少许肌动蛋白只在细胞质中，干细胞就不会变成骨细胞。”然后，Rubin的团队转向一个小鼠模型。使用活体小鼠，他们发现，细胞松弛素D在小鼠体内诱导了骨形成。小鼠的骨形成与人类非常不同，所以这项研究可能是可转移的。但是，细胞松弛素D可能不是科学家临床上用来触发骨形成的药物，因此，Rubin的研究表明，触发肌动蛋白运输到细胞的细胞核内，可能是迫使骨髓间充质干细胞变成骨细胞的一种好方法。

康涅狄格大学的研究人员近日开发出一种新技术，能够实时记录细胞通讯，从而帮助人们更深入地了解细胞分泌的动态，以及细胞如何修复组织。这项成果于近日发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。细胞与人一样，彼此之间是不断交流的。人们是通过对话，而细胞是通过分泌蛋白质来传递和接收信息。细胞之间的通信对于维持体内的大多数功能而言是必需的，并且还可以帮助身体正确地响应外部线索 – 比如疾病或损伤。目前的方法只能拍到蛋白质分泌的快照。康涅狄格大学的助理教授Kshitiz Gupta认为，这有点类似于听别人说话时只听到单词，但不知道它们的位置、变形和语气。他表示，在这项研究开展之前，人们对细胞通讯语言的了解非常有限，并没有捕捉到信息传递的复杂性。为此，Kshitiz及其同事结合使用微流体技术和计算机建模，创建了一个深度记录细胞信息的平台。在细胞之间的这场对话中，单词及其他信息如何排列，他们进行了准确的记录。研究人员采集了来自骨髓的干细胞。这种干细胞可以用来治疗心肌梗死，通常也称为心脏病发作。他们利用这个平台记录了这些干细胞分泌的蛋白质，以及这些分泌物随时间变化的情况。他们随后利用这些信息建立了蛋白质混合物，能够在不使用干细胞的情况下帮助心脏恢复。由于研究人员深入记录了干细胞之间的对话，他们能够复制干细胞的确切行为。他们表示，这些干细胞非常灵活，能够根据受伤情况改变其行为。这些信息带来了一种“无细胞”疗法。通过重复干细胞在发现组织损伤时所做的事情以及建立一种修复心脏组织的蛋白质混合物，无细胞治疗成为可能。这种疗法的开发有望减少与干细胞移植相关的并发症。“这项成果解决了困扰生物学的一个基本问题 – 测定细胞之间如何相互沟通，”共同作者Yashir Suhail表示。“通过一种独特的方式来检测细胞之间如何交流，这个平台将开辟新的研究领域

毫无疑问，将人类胚胎用于生物和医学研究会带来许多伦理问题。诚然，在这些问题上我们要谨慎行事，但事实是，能够更准确地研究人类生物学将使许多科学受益。其中一种解决办法是使用替代工具——科学家称之为体外模型。在构建体外模型上，成人组织是取得了一些进展，但在模拟人类胚胎早期发育过程时，情况变得复杂起来。现在，EPFL生物工程研究所的科学家们已经从胚胎干细胞出发开始打造“体外胚胎”了。EPFL教授Matthias Lütolf说：“在生物体构建组织时，一个棘手的问题是如何以适当的时机和剂量向培养中的细胞呈现关键的信号分子（也称为成形素，morphogens），只需将一组干细胞暴露于单一浓度的成形素中，就会导致无法控制的形态发生，因为这些细胞缺乏重要的指示。”在发育中的胚胎，干细胞从所谓的“信号中心”所接收的成形素是在一个高度动态的区间范围。正是这样的梯度告诉干细胞要形成什么样的特殊细胞和组织。为了实现这一环境，Lütolf实验室的Andrea Manfrin博士开发了一种将培养中的人类胚胎干细胞暴露于梯度浓度的成形素中，模拟原肠胚形成的现实条件的方法，在该阶段胚胎的细胞开始转化为不同的细胞类型和组织。方法包括在一种具有小通道芯片的微流体装置中培养干细胞，可精确控制微量液体。研究人员一边在微流控芯片上培养干细胞，一边将其暴露于各种浓度梯度的成形素。结果令人印象深刻：细胞发育和组织成了不同类型的细胞域，这取决于它们所接触的浓度。科学家们报告说，他们能够成功地模拟原肠胚形成的各个方面，为在实验室以更可控的方式生长特定的人体组织铺平了道路。Manfrin解释说：“我们假设，设计一个‘离体’人工信号中心可以让我们引导干细胞群体的自我组织达到预期效果。这对于实现组织和器官工程具有明显优势。”包括用于药物检测和再生医学的新工具。这项新技术还可以帮助科学家研究与发育生物学相关的过程，如原肠胚形成，并在某些研究领域提供动物实验的替代方法。“我们的长期目标之一是为移植设计器官，”Lütolf说，他已经与洛桑大学医院等其他组织合作，用病人来源的细胞生成小型器官（类器官）。“我们离培养皿中的功能器官还很远，但干细胞生物学和生物工程的新进展使我乐观地认为这可能成为现实。关键是要更好地了解细胞本身如何在胚胎中构建组织和器官”。

麻省总医院（MGH）癌症中心的研究人员在《Science》杂志发表了一个与通常的假设相反的新观点：尽管某些特定的基因突变经常出现在某些特定的肿瘤中，但这一事实并不意味着这些突变会推动癌症的发展和进程。DNA单链折叠而成的 “发夹”结构似乎对许多癌症表达的基因编辑酶的突变高度敏感。但《Science》文章指出，其中许多突变“热点”发生在与癌症完全无关的基因中，包括许多基因的非编码区。“一个典型的癌症基因组有5到10个驱动突变，以及数千甚至数百万个顺路的‘乘客’突变，”文章合著者、MGH癌症中心的Michael Lawrence博士说。“人们的想法是，如果在许多不同的癌症患者身上发生完全相同的突变，它必然将赋予癌细胞一种适应能力优势。虽然基于重现的癌症驱动基因识别方法已经取得成功，但基因组中某些位置也可能本来就非常容易突变。”尽管人们对基因突变模式如何受到小规模结构（如三个碱基组成的三核苷酸）或DNA在细胞核中形成的大规模“间隔”的影响已经有所了解，相对而言，对“中尺度”的可能在突变位点周围延伸30个碱基对的DNA结构的影响知之甚少。之前其他人对APOBEC酶相关的乳腺癌突变热点研究聚焦了DNA“回文”。于是，MGH团队对癌症基因组图谱和其他来源的数据进行分析，重点分析了这种中尺度结构对突变频率和重现的潜在影响。他们特别研究了与APOBEC蛋白家族相关的突变，这些蛋白有许多功能，例如通过改变病毒基因组来抵御进入细胞的病毒。已知许多类型的癌细胞能够激活APOBEC酶，与其他优先积累在基因组特定区域的癌症相关突变相比，APOBEC相关突变在整个基因组中均匀分布，而且经常出现在DNA发夹中。他们的实验表明，APOBEC3a酶通常会突变位于发夹环末端的胞嘧啶碱基，将其转化为尿嘧啶，甚至在与癌症很少或根本没有联系的基因中。相反，已知的驱动基因中经常出现的APOBEC相关突变位于基因组的普通位点，而不像APOBEC3a特别容易在发夹位点突变。这表明，驱动突变虽然可能难以产生，但确实给癌细胞带来了生存优势；这就是为什么在癌症患者中经常观察到它们的原因。“过去仅仅基于出现频率，没有功能证据，几个APOBEC3a发夹热点被称为司机，”共同通讯作者Lee Zou博士说。“我们的研究结果表明，它们仅仅是‘乘客热点’——一个直到现在都被认为是矛盾修饰的术语——研究人员的时间应该更好地花在被证明可以改变细胞性质的突变上，即真正驱动恶性增殖的突变。”Lawrence补充道：“在癌症研究中有很多重要的问题，我们能做的事是避免调查人员寻找错误的线索，这将节省时间和金钱。此外，区分司机和乘客的挑战也是其他重要问题的核心：生产癌症需要多少司机？正常细胞致癌的过程是什么？为什么有些癌症似乎没有驱动突变？我们的同事Gad Getz教授已经表明，基因组中一定有相当多的“暗物质”来解释这些驱动因素阴性的例。拥有一个准确的司机清单需要能够看穿伪装成司机的乘客突变，未来可能会有更多的基因组暗物质被揭发！”

电影和科幻小说经常遇到过去的一个小变化对未来产生重大，有时甚至是改变生活的影响。通过一系列快照，研究人员捕捉到了这种所谓的“蝴蝶效应”在心肌细胞发育中的作用，并提出，这种新的基因表达活性序列的观点可能会让我们进一步了解疾病风险。研究发表在6月28日的《Science》杂志，该研究发现了数百个与个体基因表达差异相关的DNA区域。“人类基因组早已深入人心并被广泛研究，但每个人的细胞如何使用基因组却是一个更复杂的、动态的，而且还没有被很好理解的问题。在这项研究中，我们寻找细胞发育过程中人与人之间的基因差异变化情况，”约翰霍普金斯大学生物医学工程副教授、该论文通讯作者之一Alexis Battle说。Battle说，虽然以前的研究已经确定了数千个表达数量性状位点（eQTL），或影响基因表达的DNA区域，但它们都是依赖在单个时间点收集的数据。然而，实际表达的许多差异可能发生在不同的发育阶段或依赖于不同环境，导致研究人员可能错过无法在完全发育的组织中研究的疾病关联。芝加哥大学遗传医学主任、该研究的另一位通讯作者Yoav Gilad说：“这些关联就像流星一样。它们出现在某一点上，而后在发育过程中不再出现，但它们可能对成熟组织的表型，甚至对疾病都很重要。除非你在那个特定的时间研究这些特定的细胞类型，否则你永远不会知道它们的意义。”为了找到这些转瞬即逝的联系，研究小组使用了诱导多能干细胞，这是一种几乎可以成为任何类型细胞的主要干细胞，然后让它们分化成心肌细胞。在为期16天的心肌细胞发育过程中，每天提取一次来自19名志愿者的细胞的RNA样本。据Battle所知，这是有史以来科学家们首次对多个个体的心肌细胞基因表达进行大规模的随时间推移的研究。通过每天获取基因表达数据，研究人员在细胞既不是新干细胞，也不是完全形成的心肌细胞的中间阶段获得了重要的基因表达信息。细胞发育过程中的这些短暂差异也许可以解释癌症、心脏病或糖尿病等复杂疾病的风险差异，这些疾病不是由单一基因突变引起的，而是由数百种基因引起的。这些微小的突变本身不会显著影响你的整体健康，但它们加在一起会增加患特定疾病的风险。新研究表明，微小的遗传差异可能会影响基因表达的许多方面。“为了充分了解遗传学是如何影响疾病风险的，我们最终必须考虑所有可能与不同疾病相关的不同细胞类型、发育时间点和环境条件。这项研究是朝这个方向迈出的第一步，”Battle说。由于使用干细胞和定点取样RNA表达的方法仍然是劳动力和资源密集型的操作，因此短时间内它不可能成为一种常用的诊断工具。然而，Battle希望，这种方法可以用来帮助识别影响疾病的基因，并指导设计有效的、有针对性的干预措施。

6月26日，中国科学院生物化学与细胞生物学研究所杨巍维（YANG Weiwei）博士与中国科学院大连化学物理研究所李国辉博士领导的研究小组在《Nature》杂志上发表了一项研究报告：“尿苷二磷酸葡萄糖（UDP-glucose）不仅是尿酸代谢中的代谢中间产物，而且它还有一个新功能——加速SNAI1 mRNA衰变阻止肺癌转移。”这一发现很重要，因为肺癌是中国乃至世界最主要的癌症杀手，估计95%的癌症死亡是由于癌症转移，仅在中国，肺癌每年就能造成60多万人死亡。原发性恶性肿瘤通常可以通过手术、放化疗等传统疗法得到改善，然而，在大多数情况下，传统疗法对转移性肿瘤束手无策。因此，了解肿瘤转移的分子机制有助于为早期发现肿瘤转移提供生物标志物，为干涉转移提供新策略，从而取得更好的预后。代谢失调是癌症的标志，癌基因和肿瘤抑制基因的突变会引起多种细胞内信号通路的改变，使肿瘤细胞重新设计以提高生存和生长力。独特的生物化学微环境进一步影响肿瘤细胞代谢表型，进而影响肿瘤的进展、对治疗的反应和患者的预后。本研究揭示了UDP-glucose对肿瘤转移的独特影响，提出了代谢物调节蛋白功能的新模型，建立了代谢与RNA稳定性之间的新关联。UDP-glucose 脱氢酶（UGDH）是尿酸途径中的一种关键酶，能将UDP-glucose转化为UDP葡萄糖醛酸（UDP-glucuronic acid）。Hu抗原R（HuR）是一种广泛表达的RNA结合蛋白，能与许多短寿mRNAs的3’- UTR结合提高其稳定性。杨博士团队的实验结果表明，经过表皮生长因子受体（EGFR）活化，磷酸化的UGDH与HuR相互作用，将UDP-glucose转化为UDP-glucuronic acid，由此产生的UDP-glucuronic acid减弱了UDP-glucose介导的HuR与SNAI1 mRNA之间的关联，从而增强了SNAI1 mRNA的稳定性。SNAI1 mRNA量的上调会启动上皮间充质转换（EMT），从而促进肿瘤细胞迁移和肺癌转移。这些发现暴露了UDP-glucose在阻止肺癌转移中的抑制作用，以及UGDH通过增加SNAI1 mRNA稳定性促进肿瘤转移的机制。李博士的研究小组对新发现进行了分子动力学（MD）模拟，结果表明UDP-glucose和UDP-glucuronic acid均与HuR的同一RNA结合域结合，阐明了HuR和mRNA被调节的结构基础。UDP-glucose与HuR的结合亲和力强于UDP-glucuronic acid与HuR。他们研究了HuR的两个突变体：Y63F和N134A，结果发现N134A对两种代谢产物的亲和力均比野生型和Y63F低得多，但仍能够与SNAI1 mRNA结合，用rN134A进行挽救的肿瘤细胞显示出了更多的迁移。此外，较低水平的UDP-glucose与人类患者肺癌转移和复发密切相关，转移性肿瘤中的UDP-glucose水平比原发性肿瘤低很多，特别是远端转移患者的UDP-glucose水平更低。EGFR激活时，UGDH在酪氨酸（Y）473处磷酸化，作为尿酸途径中的限速酶，催化UDP-glucose生产UDP-glucuronic acid，患者肿瘤组织中UGDH Y473磷酸化水平高的倾向于有更强的转移率和更差的预后。

由于细胞越来越胰岛素抵抗，患者血糖水平逐渐升高，后果很严重。长年累月的疾病使胰岛素分泌逐渐减少，2型糖尿病患者往往殊途同归——必须注射胰岛素。是什么导致2型糖尿病患者胰岛素分泌不足？德累斯顿理工大学（Technische Universit?t Dresden，TUD）再生疗法中心（CRTD）的研究人员与伦敦帝国理工学院的同事以及英国、加拿大和意大利等其他研究机构，观察到了令人惊奇的细胞相互作用：胰腺的β细胞以高度连接的团簇（被称为胰岛）为单位工作，它们对血糖升高的反应是由“领导细胞”组成的小组协调完成的。来自伦敦帝国理工学院的Guy Rutter教授和David Hodson教授（现在在英国伯明翰大学）以前的研究提供了支持。研究小组开发了一种创新的成像技术，使他们能够“在体内”观察β细胞的等级关系。在这些模型生物中，我们看到当血糖水平升高时，β细胞的反应源于暂时定义的领导细胞。当我们选择性地删除领导细胞后，葡萄糖反应的协调水平被破坏”，CRTD博士生Luis Delgadillo Silva解释说，他是这项研究的两位主要作者之一。数学分析表明，领导细胞对胰岛具有控制权。此外，研究人员还发现，一些β细胞含有一种独特的分子标记，这将使它们具有更高的代谢活性，也许对葡萄糖更敏感。根据他们的发现，科学家们以后将致力于了解领导细胞在糖尿病发展中的重要性。帝国理工大学隆德分校（Imperial College Lond）研究医学科高级临床研究研究员Victoria Salem博士解释说：“我们必须了解，随着糖尿病的发展，领导细胞是否更容易受到损害，最关键的是，它们是否能够成为保持强有力和健康胰岛素反应以帮助治愈疾病的目标。”“为了更好地理解领导细胞在胰岛功能中的作用，我们在斑马鱼身上建立了一套新工具，它将帮助我们通过光照射β细胞来激活或沉默β细胞，并随着时间的推移跟踪单个细胞。使用这些工具，我们将能够精确地知道有多少细胞是由一个领导细胞控制的，哪些基因决定了领导细胞的身份，”Luis Delgadillo Silva说。科学家们在科学杂志《Nature Metabolism》上发表了他们的研究结果，并刊登在该杂志的封面上。

俗话说，失之毫厘，谬以千里。这句话用在基因上也不过分，有时只是一个碱基突变，却造成了严重的后果。这种单核苷酸变异（SNV）的影响往往取决于基因及其所在的位置。有的SNV与癌症有关，有的却与贫血症有关。虽然SNV经常出现，但往往处于极低的水平，有时甚至低于各种技术的检测极限。“SNV可能在生殖系上，也可能在体细胞上，”美国西北大学Feinberg医学院的Ramana V. Davuluri教授说。“生殖系SNV是由于人群中的自然变异，也就是人与人之间的基因型差异，而体细胞SNV可能是造成肿瘤或疾病的突变。”在医疗的实践中，人们能够以多种方式利用SNV。“SNV是确定蛋白质功能丧失和疾病风险的实用标志物，”Davuluri说。“同时，利用SNV可以确定对靶向疗法有反应的患者。”临床医生可以利用某些SNV来预测一些人类疾病的治疗效果，特别是癌症。耶鲁大学公共卫生学院的Jeffrey Townsend教授说：“某些肿瘤组织中的体细胞单核苷酸变异可提供预后信息，帮助人们了解疾病进展的速度。”此外，SNV也有助于肿瘤的治疗。Townsend教授举了维罗非尼（vemurafinib）的例子，这种药物适用于BRAF V600K突变（第600位的缬氨酸被谷氨酸替代）的黑色素瘤患者。“这种靶向治疗通常可以让疾病暂时缓解，但在大多数情况下无法治愈癌症，或实现长期缓解，”他说。不过，人们乐观地相信，组合疗法也许能够帮助肿瘤学家包抄不断变化的肿瘤，真正治愈癌症患者。不断开展的研究也将这种乐观的情绪带来临床。也许，这将是SNV的惊人应用。从鉴定到应用为了在临床应用中充分利用SNV，研究人员必须要鉴定这些基因变化及其作用。正如英国癌症研究院生物信息学核心领导Stefano Lise所说：“你可以鉴定频率低至0.1%的SNV，具体取决于你所采用的方法。”因此，与评估功能相比，寻找SNV似乎来得更简单。就SNV的功能而言，Davuluri指出挑战在于了解SNV对基因/蛋白质功能丧失和疾病风险的影响。他的研究团队正在开发各种方法来鉴定前列腺癌中的功能SNV及其目标基因。他们整合了前列腺癌肿瘤样本和前列腺癌细胞系的多组学数据，共鉴定出38种调节性SNV及其目标基因1。进一步的研究表明，某些SNV可以增强与前列腺癌相关的信号通路。为了将SNV应用于精准医疗，研究人员必须降低误判的可能性。正如Townsend所说，检出假阳性变异的问题仍然存在。使用非常严格的标准将CNV与临床结果相关联，将有助于减少误判，但也可能增加假阴性。“现在我们正转向新一代测序的临床应用及变异效应的量化，而不仅仅是发现变异，假阴性与假阳性同样有问题，” Townsend说。评估SNV的效应量利用适当的数据，研究人员可以确定哪些突变基因会驱动癌症，哪些不会。测序数据还可以揭示癌症驱动突变的普遍性。他们暂时无法做到的是量化癌症效应量（effect size），判断这个突变和那个突变哪个更重要。去年，Townsend及其同事鉴定出22种癌症中特定SNV的癌症效应量2。他们确定了“每种体细胞变异对癌症谱系的增殖和存活有多大贡献，” Townsend解释说。那么，这些信息对临床医生有何帮助？想象一下，患者的肿瘤中有两个与癌症相关的突变，并且有两种药物分别靶向两种突变，但没有这些药物的横向比较。临床医生该怎么办？开出药方来治疗那种癌症效应量更大的突变。这只是癌症效应量在临床中的应用方式之一。扣除测序噪声尽管测序技术有了很大的改进，但测序结果并不完美。在英国癌症研究院，研究人员经常要研究极其罕见的SNV。他们的样本包括肿瘤组织和健康组织。在测序错误无法避免的情况下，人们无法判断极其罕见的SNV是真实的，还是假象。于是，Lise及其同事提出了一种方法来区分它们。他们开发出一种名为AmpliSolve的生物信息学工具3。Lise等人从变异不那么复杂的生殖系样本开始：杂合变异为50%，纯合变异为100%。“我们开发出一种模型，可以确定测序时特定位置的错误，”Lise解释说。基因中特定区域的核苷酸组成会影响某些平台发生测序错误的几率。例如，一些测序设备难以区分含有多个鸟嘌呤（G）的区域，可能丢掉一个或测错一个。于是，Lise及其同事确定了某些基因位置的典型测序错误率，而AmpliSolve利用它来判断测序假象和真实SNV。假设某个位置的典型错误率为1%，那么低于或等于1%的任何变异都被认为是测序假象，而高于1%的变异被认为是真正的SNV。“我们摆脱了测序假象，才能真正了解变异的潜在影响，”Lise解释说。总而言之，研究人员希望了解SNV的生物学特征，而临床医生希望利用这些信息来治疗疾病。人们的种种努力，只为了解单个核苷酸变化有何影响，究竟是好是坏。

　研究人员证明，根据这些巨噬细胞的起源，它们的外观和行为有很大的差异。Hambardzumyan和她的同事们说，该研究结果为阻止巨噬细胞进入脑肿瘤以治疗癌症的策略提供了支持。胶质母细胞瘤是成人最致命的脑肿瘤，它能吸引一种“转换细胞”，这些细胞是会促进肿瘤发展，帮助肿瘤逃脱免疫系统监视的巨噬细胞。为了更好地了解脑肿瘤所招募的细胞，Dolores Hambardzumyan博士领导的科学家们开发了一款先进的成像技术来可视化活小鼠脑肿瘤中的巨噬细胞。研究结果于6月24日发表在PNAS上。研究人员证明，根据这些巨噬细胞的起源，它们的外观和行为有很大的差异。Hambardzumyan和她的同事们说，该研究结果为阻止巨噬细胞进入脑肿瘤以治疗癌症的策略提供了支持。Hambardzumyan说：“这项研究为科学界提供了一种新小鼠模型来研究胶质母细胞瘤相关巨噬细胞的数量。我们的结果也证明了阻断巨噬细胞浸润的抗癌效果，为使用联合疗法以提高患者生存率提供了证据。”Hambardzumyan是埃默里大学Winship癌症研究所和Aflac癌症和血液疾病中心的儿科副教授。肿瘤相关巨噬细胞来自两个不同的来源：外周血供应或已经存在于脑组织中的小胶质。Hambardzumyan实验室之前已经证明，与来自大脑的巨噬细胞相比，来自血液的巨噬细胞在数量和行为上更具侵袭性。“为了开发出更有效的免疫疗法来治疗胶质母细胞瘤，我们必须首先了解这些巨噬细胞群的特性，而不是将它们作为一个同质实体来对待，”博士后导师兼论文作者陈志宏（音译）博士说。研究人员开发了一个可以让他们实时观察肿瘤浸润巨噬细胞的小鼠模型。小鼠经过基因改造（也有一些接受骨髓移植），只有特定的巨噬细胞群生产荧光蛋白，这使得外周血源性巨噬细胞或脑小胶质细胞在显微镜下可见。研究小组在脑肿瘤上安装了一个由薄玻璃制成的清晰的成像窗口，并利用包括双光子成像在内的先进技术，观察巨噬细胞随时间推移的位移以及与肿瘤的相互作用。这款装置可以捕获长达几个小时，深度约500微米的细胞图像。研究人员发现，血液中的巨噬细胞和大脑中的巨噬细胞在形态和行为上存在明显差异。他们发现血液来源的巨噬细胞更小，更多地沿着血管在肿瘤周围移动。相反，大脑中的巨噬细胞是大的、高度分支的、不动的细胞，它们具有最小的迁移行为。为了测试阻断血液来源巨噬细胞浸润的效果，他们用一种能使胶质母细胞瘤不规则血管系统正常化的药物（抗血管内皮生长因子抗体，即贝伐单抗）治疗小鼠。该药已应用于胶质母细胞瘤临床治疗，可以提高患者生活质量。研究小组观察到，治疗过的肿瘤中巨噬细胞减少，并且小鼠存活率增加。他们还观察到了巨噬细胞的形态转换，这表明这种药不仅可以抑制这些细胞的浸润，而且它们的分化状态也可能受到药物影响。尽管有药物可用，但胶质母细胞瘤患者的平均生存期仅有12个月。部分原因在于，目前的治疗策略未能有效地针对肿瘤内其他细胞类型，如肿瘤相关巨噬细胞。Hambardzumyan实验室目前正积极寻求新的治疗策略。

胸腺是T细胞生产的动力之源，它能帮助我们抵抗体内感染。然而，随年龄增长，这个重要的器官也是首先功能性减弱的器官之一，导致T细胞的产生逐渐减少，最终增加了老年人感染和癌症的易感性。莫纳什生物医学发现研究所（BDI）的研究人员首次确定了影响胸腺细胞损失的因素及其背后的机制。他们的研究发表在《Cell Reports》上，为制定有针对性的T细胞恢复策略，帮助对抗感染和癌症铺平了道路。通讯作者Ann Chidgey副教授说，人们已经知道胸腺（位于锁骨下方的一个小器官）从青春期开始退化。然而，其退化的机制尚不明确。“我们的胸腺在出生后很快表现出大生产力，建立完整的T细胞库，但随后开始慢慢失去功能。随着我们寿命的延长，T细胞的多样性严重降低，使我们更容易受到感染，”她说。“在癌症治疗（如化疗）导致T细胞免疫功能受损后，恢复T细胞免疫功能也变得更加困难，因为化疗破坏了我们的许多免疫细胞。”研究这种退化的背后是什么；影响胸腺上皮干细胞的因素。“这项研究确定了BMP4和激活素（Activin）是胸腺上皮干细胞自我更新和分化的重要生长和分化因子，以及它们在衰老过程中产生的变化如何导致成熟上皮细胞的丢失，进而导致支持T细胞生产的能力下降，” Chidgey副教授说。“我们首次解开了成熟胸腺上皮细胞丢失的基础，以及在衰老过程中参与胸腺上皮干细胞功能障碍的分子，”她说。“现在，我们可以专注于如何逆转这种情况，并再次‘打开’胸腺，即使只是短暂地，也可以补充我们的T细胞多样性。”“我们相信这些变化是可以逆转的，新研究我们想看看是否能开发出一种以胸腺上皮细胞再生为重点的治疗方法。”

　哥伦比亚大学的研究人员发明了一种在培养皿中培养头发的方法，这种方法可以为更多人（包括妇女）开展头发修复手术，并改善制药公司寻找新头发生长药物的方式。这是人类不需要植入皮肤完全在培养皿中生成毛囊。多年来，通过培养取自现存毛囊基部的细胞，科学家们已经可以在实验室中培养出小鼠或大鼠的毛发。“鼠细胞长出漂亮的毛发，”Christiano说。“但由于某些我们不能完全理解的原因，人类细胞呈现抗性。”为了打破人类毛细胞的抗性，Christiano一直在创造模拟人类毛细居住3D环境的条件。实验室尝试在悬挂的液滴中创造小细胞球。但是将球体植入老鼠体内后，结果是不可预知的：有些人的细胞产生了新的毛发，而另一些人的却没有。3D打印创建带图案的毛囊在这项新研究中，Christiano的团队利用3D打印机的独特功能，为毛囊的生长创造了一个更加自然的微环境。研究人员利用3D打印技术制作出只有半毫米宽的细长塑料模具。“以前技术无法制作出如此薄的投影，因此3D打印技术的创新极大地促进了这项工作，”文章作者Erbil Abaci博士说。当人类皮肤被设计在模具周围生长后，再将来自人类志愿者的毛囊细胞放置到深孔之中，顶部是产生角蛋白的细胞。用包括JAK抑制剂的生长因子鸡尾酒培养这些细胞。三周后，人类的毛囊出现并开始制造毛发。毛发工厂虽然该方法还需要继续优化，但其创建的工程化人类毛囊确定可以成为人毛发修复手术患者生成无限的新毛囊的来源。头发修复手术大约需要2000个毛囊（从后脑到前额），但通常只适用于那些脱发已经稳定，并且有足够毛发可以捐献的男性患者。Christiano说：“我们基本上可以创建一个头发工厂：从一张经过精心设计、构图正确的发网，到移植至同一位病人的头皮上。”“美国有3000万曾经有过头发稀疏的女性和发际线仍在持续后退的年轻男性。这项技术意味着，头发修复手术将不再受到捐献者头发数量的限制。”人工毛囊还可以被制药工业用来筛选新毛发生长药。目前，由于无法在实验室培养皿中培养人毛囊，新发药物的高通量筛选一直受到阻碍。目前，仅有两种被批准用于治疗脱发的药物——非那雄胺（finasteride）和米诺地尔（minoxidil）——还是最初被用来治疗其他疾病的。该研究小组希望，毛发工厂将开拓高通量药物筛选，以发现影响毛发生长的新途径。

如今，肥胖已成为一种全球性“流行病”。全球约三分之一人口受到超重或肥胖相关健康问题的困扰。多项研究表明，脂肪组织极大地促成了肥胖相关疾病。因此，人们希望对脂肪细胞进行操控，以达到治疗的目的。不过，脂肪生成的转录后调控机制仍不大清楚。近日，华中农业大学的研究人员在这一领域取得了新进展。他们在《Nucleic Acids Research》上发表了题为“Zfp217 mediates m6A mRNA methylation to orchestrate transcriptional and posttranscriptional regulation to promote adipogenic differentiation”的论文，阐明了锌指蛋白Zfp217的转录调控机制。华中农业大学动物科学技术学院的博士研究生宋彤星和杨阳为并列第一作者，彭健和蒋思文教授为共同通讯作者。N6-甲基腺嘌呤（m6A）作为真核mRNA上最丰富的修饰，在调节胚胎干细胞的细胞命运和谱系转化中起作用。不过，在脂肪生成的过程中，哪些蛋白质调节了m6A修饰？人们似乎了解得还不多。锌指蛋白217（Zfp217）是众所周知的致癌蛋白，在多种癌症中上调，对胚胎干细胞的分化至关重要。值得注意的是，Zfp217将基因转录与新生RNA上的m6A修饰紧密关联，表明Zfp217在协调表观遗传和表观转录组网络中起关键作用。于是，研究人员猜测Zfp217可能通过调节m6A修饰而加速脂肪生成。Zfp217抑制导致m6A修饰的增加为了探索Zfp217在成脂分化中的作用，研究人员首先利用siRNA开展了功能缺失实验。Zfp217的敲低明显阻断了脂肪生成，表现为油红O染色水平下降，以及关键成脂基因PPARγ、aP2、LPL和脂联素的表达水平降低。此外，利用CRISPR-Cas9系统完全敲除Zfp217基因后，3T3L1细胞中的脂肪生成完全被破坏。此外，他们还委托赛业生物（Cyagen）制备了Zfp217敲除小鼠，发现Zfp217+/-小鼠胚胎成纤维细胞的脂肪生成减少。这些结果表明Zfp217对成脂分化有着重要的影响。为了筛查Zfp217在3T3L1细胞中的功能，研究人员通过斑点印迹和液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）检测了mRNA中的m6A修饰。与对照组相比，利用siRNA和CRISPR-Cas9系统处理后，3T3L1细胞中的m6A水平总体上增加（图1）。与野生型细胞相比，Zfp217+/-小鼠胚胎成纤维细胞的m6A修饰也明显增加。这些结果表明Zfp217对细胞m6A RNA甲基化至关重要。图1. Zfp217抑制导致3T3L1细胞中的m6A修饰增加Zfp217直接激活FTO的转录尽管Zfp217的失活影响了m6A修饰，但Zfp217本身并不是甲基转移酶或去甲基化酶，那么Zfp217如何抑制m6A mRNA甲基化？于是，研究人员检测了与m6A甲基化相关的关键蛋白的表达。有意思的是，Zfp217被敲低后，甲基转移酶METTL3的表达增高，而去甲基化酶FTO的表达降低。进一步的研究表明，FTO的mRNA水平受到Zfp217过表达或敲低的调控。于是，他们想验证Zfp217是否作为转录因子调控FTO的表达。研究人员利用双荧光素酶报告系统来验证Zfp217增强了FTO的启动子活性，而FTO启动子上结合序列的缺失抑制了其活性，说明Zfp217对FTO的直接调控（图2）。同时，FTO拯救了因缺乏Zfp217而造成的脂肪生成受阻，并增加了PPARγ、aP2、LPL和脂联素的表达。这些结果表明，Zfp217作为转录因子与FTO基因的启动子结合，以增强脂肪生成。图2. Zfp217激活了FTO的转录Zfp217与YTHDF2发生相互作用之前的报道称，Zfp217通过与胚胎发育和肿瘤中的其他蛋白质相互作用而发挥其功能。为了进一步探索Zfp217促进脂肪生成的分子机制，研究人员又开展了免疫沉淀（Co-IP）实验。他们在3T3L1细胞和HEK293T细胞中都发现了Zfp217和YTHDF2之间的特异性相互作用。为了确认亚细胞相互作用，他们分离出细胞核和细胞质组分来测定Zfp217和YTHDF2表达。他们发现，这两种蛋白质都分布在整个细胞中，不过Zfp217在细胞质中的表达比细胞核更多。此外，共聚焦显微镜分析也观察到两种蛋白质同时位于细胞核和细胞质中，表明YTHDF2可能在Zfp217依赖的脂肪生成中发挥特定功能。以往的研究发现，YTHDF2在热应激下可通过抑制FTO活性来维持m6A的水平。于是，研究人员进一步分析了YTHDF2和Zfp217与FTO之间的相互作用。正如预期，FTO和Zfp217的过表达都显示出较低的m6A水平，且YTHDF2阻断了FTO的去甲基化酶活性，而Zfp217作为调控因子，让平衡倾向于去甲基化（图3）。此外，他们通过m6A RNA pull-down实验证实了FTO和YTHDF2在靶向m6A ssRNA上的直接竞争关系。显然，不与RNA结合的Zfp217干扰YTHDF2的位置，让FTO与RNA结合。后续的实验也证明，Zfp217与YTHDF2发生相互作用，以维持FTO的m6A去甲基化活性。图3. Zfp217影响了YTHDF2和FTO之间的竞争总的来说，这项研究首次证明了Zfp217在脂肪生成中的复杂作用。Zfp217与m6A去甲基化酶FTO的启动子直接结合，并与m6A“阅读器”蛋白YTHDF2相互作用，从而增强了FTO对m6A RNA的去甲基化酶活性。最终，Zfp217以依赖于m6A-YTHDF2的方式促进脂肪生成（图4）。图4. Zfp217在脂肪生成中调控m6A修饰的示意图这是国际上首次报道RNA表观修饰调控脂肪细胞生成的分子机制，是对脂肪细胞生成调控机制的全新认识，对拓展相关研究领域具有重要意义

6月10日，俄罗斯分子生物学家Denis Rebrikov表示计划开展基因编辑婴儿实验，并公开了他将跨越“红线”的研究计划。两位有影响力的学术带头人公开表达了谴责，但他们也承认，他们不能阻止Rebrikov这样做。人类基因组编辑国际咨询委员会联合主席Margaret Hamburg，以及美国国家医学院院长Victor Dzau在接受STAT采访中表示，他们对Rebrikov的计划深感担忧。Dzau正在倡导创建监督人类基因组编辑的委员会，他认为，“这太疯狂了，这让我非常担心。但我不知道我们能做些什么来阻止他 ......每个国家都有自己的主权。”此前，Nature杂志以“Russian biologist plans more CRISPR-edited babies”为题报道了的研究意图。这位俄罗斯分子生物学家表示，如果他能得到俄罗斯政府的批准，他将考虑在今年尽快将基因编辑的胚胎植入女性体内。他说他会编辑一种名为CCR5的基因，希望保护其后代免受艾滋病毒感染。Rebrikov上周在与NPR的广播采访中为自己的计划辩护说：“如果我们不让健康的婴儿远离疾病，这是多么不道德的？”去年贺建奎的双胞胎婴儿研究遭到了国际强烈谴责，引发了国际上要求加强对制造可遗传的DNA变化的人类胚胎研究监督的浪潮。世界各地的许多科学家呼吁全球暂停编辑人类胚胎中的DNA。曾担任奥巴马政府食品和药物管理局局长的Hamburg认为，世界卫生组织和其他组织接下来应该提出管理人类基因组编辑的监管框架。她说，世卫组织或其他组织尝试联系Rebrikov是不现实的。俄罗斯有自己的法律限制基因编辑。“我们的委员会无法提供直接监督，如果说Rebrikov的工作一直没有进展，那是我们太天真。他非常清楚他想要做到这一点，他希望在俄罗斯的法律监管框架内工作，但这并不是说他一定会等到那个时候。”Hamburg和Dzau在阿斯彭思想节 (Aspen Ideas）进行了关于基因组编辑的小组讨论，参与者还包括中科院广州生物医药与健康研究院的裴端卿教授。裴端卿教授去年也参加了香港举行的会议（当时贺建奎公布了他的研究结果），他认为“这太可怕了”。多年前，他曾告诉他的同事“中国不会发生这种情况”，因为法律禁止此类操作。无论基因编辑的未来如何，我们都应该对各国密切合作，以阻止此类科学事件持乐观态度。

最新研究发现大多数口腔细菌能在肠道定植，像类风湿性关节炎、IBD和结直肠癌等患者肠道中富集的细菌很多来自口腔。而且，微生物由口腔沿着消化道异位定植是一个频繁且连续的过程。这些研究不仅强化了口腔与肠道之间的联系，也激发了关于疾病起源于口腔、肠道亦或两者皆有的讨论，也引起了人们对于口腔菌群、小生境及口腔健康维护的重视。不仅如此，将口腔菌群用于消化道或其它疾病的辅助诊断也具有潜在的应用价值。流动态的唾液和附着态的牙菌斑是口腔微生物的两种基本储存形式，从时间梯度上来探究它们的稳定性和动态变化，能够更好地了解口腔菌群，以及判断它们作为生物标记物检测疾病的可靠性。基于此，赵方庆团队开展了该项研究，并获得了相关的研究成果。洗牙是临床常见的牙菌斑清理手段，恰好为跟踪口腔生物膜附着情况和菌群重建过程提供了便利。研究团队通过对洗牙前后三个月间11个连续时间点内的169个唾液和牙菌斑微生物组数据进行深度挖掘分析，以确定因受到外力扰动而崩解的口腔微生物膜恢复到初始状态的时间以及口腔菌群作为标志物是否具有足够的稳健性。团队通过追踪人体口腔菌群的聚集，观察到它们在受到破坏后微生物多样性和群落结构会随时间发生动态变化；并发现在强烈干扰后的整个跟踪周期中唾液菌群多样性和结构一直保持稳定，而牙菌斑菌群最为混乱的时期是生物膜解离后7小时至3天。研究明确了生物膜发生、发展和成熟三个时期的准确时间跨度，即从洗牙后菌群解构，到1天后严重偏离原始状态，再到3天后重建，及随时间推移逐渐恢复到原始完整形态。研究还发现许多细菌在干预后很快恢复到最初水平，表明洗牙在早期会对控制牙菌斑产生一定作用，但并不能长期抑制细菌及其形成生物膜的能力。他们的研究也指出在口腔生物膜重建过程中，微生物补充的主要方向是由唾液到牙菌斑。该研究为深入理解消化系统微生态及微生物传播提供了新的证据，有助于评估口腔细菌是否适合作为疾病检测的靶标，或能促进临床非侵入性诊断技术的发展。北京生科院副研究员王金锋及博士生贾震、硕士生张冰为论文的并列第一作者，赵方庆为通讯作者。该研究获得国家自然科学基金优秀青年项目、面上项目和中科院重点部署项目“微生物组计划”的资助，并在样品收集方面得到首都医科大学附属北京友谊医院的帮助。