在一项小鼠研究中，澳大利亚研究人员发现了间歇性禁食期间脂肪组织发生的具体变化，描绘了这触发的一连串剧烈变化，并指出最终取决于脂肪沉积的类型和它们在身体周围的位置。这一发现公布在Cell Reports杂志上。悉尼大学的研究人员使用最先进的仪器，发现胃周围的脂肪会在人体内积聚成腹部“游泳圈”，从而进入“堆积模式”，随着时间的推移，对减肥的抵抗力越来越强。研究小组检查了不同部位的脂肪组织类型，希望了解它们在禁食期间的作用。“大多数人认为所有的脂肪组织都是健康的，“悉尼大学生命与环境科学学院Mark Larance博士说，“事实上，地点也有很大的不同。我们的数据显示，在断断续续的禁食期间，内脏脂肪和皮下脂肪都会发生巨大的变化。”为什么内脏脂肪会抵抗减肥在禁食期间，脂肪组织通过释放脂肪酸分子向身体其他部位提供能量。然而，研究人员发现在禁食期间，内脏脂肪对这种脂肪酸的释放产生了抵抗力。还有迹象表明，内脏脂肪和皮下脂肪增加了它们作为脂肪储存能量的能力，可能会在下一个禁食期之前迅速重建脂肪库。Larance博士说，有可能是反复禁食的历史触发了内脏脂肪的保存信号通路。“这表明内脏脂肪可以适应反复的禁食发作并保护其能量库，“他说，“这种适应可能是内脏脂肪在长期节食后能够抵抗减肥的原因。”Larance博士说，“小鼠的生理学与人类相似，但它们的新陈代谢要快得多，因此我们能够比在人体试验中更快地观察变化，并检查难以在人体中取样的组织。“未来在小鼠和人类身上的研究可以揭示这种抵抗发生的机制，以及哪些类型的饮食和其他干预措施可能最适合处理腹部脂肪。脂肪沉积的内部工作原理研究小组检查了脂肪中的8500多种蛋白质，蛋白质组学是研究所有蛋白质的一个相对较新的研究领域，它的名字来源于基因组学，通过监测蛋白质在特定条件下的反应，这项研究结果提供了丰富的数据来源，有助于更完整地描绘脂肪组织的内部工作机制。正是通过蛋白质组学，研究小组发现了间歇性禁食引起的主要细胞变化，在进一步分析后，意外发现了内脏脂肪的保存机制在起作用。Larance博士说，应该注意的是，间歇性研究的结果可能不适用于不同的饮食制度，如5:2饮食（7天中禁食2天）或热量限制，但这一结果为今后的研究奠定了基础，这将为未来的研究奠定基础，这将剖析为什么内脏脂肪在禁食过程中抵抗能量释放，有助于确定哪些饮食计划对新陈代谢健康最为有利。

当谈到哺乳动物脊椎的进化时——想想那些拥有可以让它们飞奔、跳跃、游泳、奔跑或直立行走脊椎的动物——故事的关键部分相当简单。合弓纲，又称单孔亚纲或似哺乳爬行动物，出现在3亿2千万年前的晚石炭纪，是二叠纪中到晚期的优势陆地动物，数量众多且多样化。二叠纪-三叠纪灭绝事件发生时，许多早期合弓纲消失，少数物种存活到三叠纪，而主龙类迅速成为三叠纪的优势陆地动物。合弓纲在三叠纪以后渐趋绝灭，只有少数物种存活到白垩纪。现今的哺乳类是合弓纲的后代。前哈佛博士后研究员Katrina Jones说：“与基于化石证据不同，原始故事的问题在于，它主要是基于与在活动物身上看到的其他东西的相关性。它依赖于这样一个假设，即哺乳动物的前身必须与蜥蜴具有相同的功能，因为它们的解剖学的这一方面与蜥蜴相似……我们是说，仅仅因为肢体姿势看起来相似并不意味着他们的动作是一样的。”非哺乳动物合弓纲动物与现存的爬行动物有相似的特征，比如四肢向两侧张开，因此科学家曾坚信，这些已经灭绝的非哺乳动物动物应该与爬行动物有着相似的运动方式。它们的脊骨必须像现代蜥蜴的脊骨那样左右弯曲，而不是像哺乳动物的脊骨那样上下弯曲。据信，随着时间的推移，在选择性压力的作用下，哺乳动物的脊椎从蜥蜴般的左右弯曲进化成了今天所见的哺乳动物般的上下弯曲。这种转变被称为横向到矢状（lateral-to-sagittal）。这是一个简单易懂的经典理论，几十年来，大学里的解剖学和进化教科书一直在教授这个故事。但是，根据哈佛领导的一项新的研究，这种长期持有的信念是错误的。这项由Jones领导的研究通过观察现代爬行动物、哺乳动物和已灭绝的非哺乳动物合弓纲动物的椎骨来确定它们的椎骨是如何随时间变化的，以及它们对这些生物可能的运动方式的影响，从而挑战了横向到矢状的假说。分析表明，这三个谱系的脊骨在形态、功能和特征上各不相同，并表明哺乳动物的脊骨并非由爬行动物的祖先进化而来。在今天的脊椎动物中，肯定有一种完全不同的脊骨功能。“哺乳动物进化而来的祖先种群在外观和功能上都不像一种活着的爬行动物，”该研究的资深作者、比较动物学博物馆组织学和进化生物学副教授、古脊椎动物学馆长Stephanie Pierce说。“它们一开始有自己独特的特征和功能，后来进化成哺乳动物。”这项研究于3月2日发表在《Current Biology》上。其中包括自然历史领域博物馆的合作者Kenneth Angielczyk和Blake Dickson博士，后者曾在Pierce实验室读研究生，但现在是杜克大学的博士后研究员。Dickson早期在实验室的工作，通过分析化石的三维扫描重建了早期四足动物的陆地运动演化，提供了研究人员为新研究修改的方法。研究小组想看看哺乳动物脊骨的起源故事， 他们对爬行动物、哺乳动物和非哺乳动物合弓纲动物化石的脊椎进行了CT扫描，对其脊椎的关键部位进行了3D重建，以观察其形状。然后，他们对这些形状进行统计比较，测量它们如何弯曲，以确定它们是如何工作的，以及它们允许什么样的运动。他们发现合弓纲动物明显有自己的椎体形状，它们与哺乳动物和爬行动物都不同。这表明哺乳动物祖先脊椎的关键部位有其独特的特征，这在任何生物群体中都是看不到的。当比较不同脊椎的功能时，研究人员发现非哺乳动物合弓纲动物脊椎与哺乳动物和爬行动物的行为非常不同。它的主要特征是非常僵硬，侧弯能力有限，不像爬行动物脊椎背部的侧弯。这表明，长期以来认为这些生物像今天的爬行动物，特别是蜥蜴一样活动的观点是错误的。通过观察他们取样的活哺乳动物的脊椎，他们发现它们是一种无所不能脊椎，在他们测量的每一种功能特征中都表现出了能力。这意味着哺乳动物的背部可以做的不仅仅是矢状弯曲，在进化史上，它们的前辈的僵硬的背部还增加了其他功能，比如脊椎扭转来梳理毛发。研究结果使得简单的横向到矢状的研究范式变得更加复杂。研究人员引用了CT扫描技术、计算数据和统计程序。他们目前正致力于进一步证实他们的发现，并为他们所观察的物种创建完整的三维脊柱重建。该组织认为，这项研究显示了化石记录在检验长期以来的进化观念方面的威力。Pierce说：“如果我们只研究现代动物，比如活的哺乳动物和爬行动物，我们可以提出进化假说，但它们可能不正确。除非我们回到化石记录中，真正深入研究那些已经灭绝的动物，否则我们无法追踪这些解剖结构的变化是什么，什么时候发生的，或者是什么样的选择压力推动了它们的进化。”

“研究运动的生物学家和物理学家主要集中在研究由成百上千个细胞组成的大集体如何协调它们的运动，”慕尼黑路德维希马克西米兰大学（LMU）和阿姆斯特丹维里杰大学（Vrije Universiteit）理论生物物理学副教授Chase Broedersz博士实验室的博士生David Brückner说。“我们想知道成对的细胞在接触时是如何相互作用的，并着手用统计物理学的方法分析它们的行为。”所有的生物过程都涉及到细胞的运动。当细胞集体运动时，它们必然会相遇。在胚胎发育过程中，细胞与邻近细胞进行通讯，以在生长中的有机体中找到自己的位置。当伤口愈合时，细胞接收到信号，移动到损伤部位，再生丢失或受损的结构。癌症的扩散需要癌细胞找到血管，将它们从来源地运走。尽管人们对细胞相互作用的分子基础了解很多，但对相互作用细胞行为的系统级动力学却知之甚少。Brückner和他的同事们创造了一个微观的“笼子”，他们称之为“细胞对撞机”。LMU生物物理学和软物质物理学教授Joachim Rädler的小组成员Alexandra Fink将细胞运动的研究中的几何结构策略应用到一个新的环境中。Brückner说：“这个想法是分离两个细胞，同时允许它们以受限的方式相互作用。”作者将单个细胞放置在细胞对撞机的两个隔间中，两个隔间之间通过一个狭窄的通道相连：一个哑铃形的结构，在这个结构中，成对的细胞被反复碰撞。这种几何结构迫使细胞相互作用，通过扩大薄膜投影通过狭窄的通道，不可避免地导致碰撞。细胞核被荧光标记，使两个细胞的运动都能被显微镜跟踪。Brückner说：“根据得到的实验数据，我们建立一个模型，提供细胞如何相互作用的物理描述。”当正常细胞在细胞对撞机中接触时，它们的膜突起相互排斥，然后完全缩回。“当正常细胞接触时，它们倾向于改变方向以避开障碍物。这种对初始接触的反应使细胞彼此保持距离，”Brückner说。“我们惊讶地发现，肿瘤细胞的行为方式截然不同。”当癌细胞相遇时，它们几乎总是试图越过对方。借助他们的理论模型，研究小组对这种反应进行了详细的模拟。分析显示，当两个肿瘤细胞相互靠近时，它们不会像正常细胞那样慢下来。相反，他们加快速度，试图挤过去对方。根据细胞对撞机内正常细胞和癌细胞对的运动轨迹，推导出一个相互作用的运动方程，该方程能准确预测不同细胞系的特征性成对碰撞行为，包括反转、跟随或滑动事件。作者发现相互作用的非癌细胞MCF10A可以用排斥和摩擦相互作用来描述，而相互作用的癌细胞MDA-MB-231可以用吸引和抗摩擦相互作用来描述，促进了在这些细胞中观察到的主要滑动行为。“这些发现为进一步的研究提供了两种有趣的方法，”Brückner说。在接下来的研究中，LMU团队开始确定两种细胞类型之间非常不同的相互作用的分子基础——癌细胞表达一组不同的表面蛋白。其中，钙粘蛋白（cadherins）是一类在介导细胞粘附中起重要作用的特殊蛋白质。进一步的研究将探索钙粘蛋白是否足以解释在癌症和正常细胞相互作用动力学中观察到的差异。此外，作者也准备研究更大的细胞聚集体（如肿瘤中发现的细胞聚集体）是否显示出类似成对细胞的运动模式。

澳大利亚Garvan医学研究院的研究人员发现了一种新型的骨细胞，这可能揭示出治疗骨质疏松症和其他骨骼疾病的新方法。研究人员称这些新细胞为“osteomorphs”，它们存在于血液和骨髓中，融合在一起形成破骨细胞，破骨细胞是破坏骨组织的专门细胞。它们具有独特的基因组特征，有望成为治疗靶标。这一研究发现公布在Cell杂志上。在微观层面上，我们的骨骼在不断变化。为了支持骨骼的生长，维护和修复损伤，骨骼表面上的特殊细胞会分解旧的骨骼组织（称为骨骼吸收）并使其恢复原状。这种平衡的改变会导致骨骼脆弱，包括骨质疏松症。Garvan医学研究院基因表达实验室负责人Tri Phan教授说：“这项发现改变了游戏规则，不仅帮助我们了解了骨骼生物学，而且为骨质疏松症治疗提供了重要的新途径，Osteomorphs表达了几种似乎与骨骼疾病有关的基因，这可能有助于科学家们找到一种针对骨质疏松症的全新方法。”显微镜下的骨吸收为了更好地了解骨骼吸收及其治疗方法，研究人员在实验模型中研究了破骨细胞，即专门用于吸收骨骼的细胞。研究人员发现，利用活体成像技术可以深入观察活骨组织的内部情况，他们观察到破骨细胞做了一些不同寻常的事情——它们分裂成较小的细胞，然后又结合起来形成破骨细胞。“这个过程对我们来说是全新的。迄今为止，人们一直认为破骨细胞在完成工作后会经历细胞死亡，但是我们看到破骨细胞通过分裂，并重新结合在一起，不断循环利用，”论文的第一作者Michelle McDonald博士说。“我们还在血液和骨髓中发现了这些细胞，这表明它们可以传播到骨骼的其他部位，因为当再次需要破骨细胞时，它们可能会'蓄积'准备融合。”独特的遗传特征这项研究利用了他们专门开发的用于研究骨骼中这些细胞的尖端单细胞RNA测序技术，结果发现新细胞可以启动许多基因。“在这些细胞中打开的基因的分布确实很有趣：尽管破骨细胞也表达了许多基因，但有一些是独特的。再加上通过活体成像观察到的新的重融合过程的证据，我们相信我们发现了一种新的细胞类型，我们称其为osteomorphs。”之后研究小组与伦敦帝国理工大学合作，删除了实验模型中40个在osteomorphs中打开的基因。他们发现，对于其中的17个基因，缺失影响了骨骼的数量和骨骼强度，这表明它们在控制骨骼方面起着至关重要的作用。另一位作者Peter Croucher教授说：“当我们在公开数据库中进一步研究人类基因组数据时，我们发现在osteomorphs上打开的基因与导致骨骼发育异常，并控制骨矿物质密度的人类基因变异有关。”“总的来说，这些发现揭示了osteomorphs在骨骼维持中的关键作用，而了解这些细胞和控制它们的基因可能揭示出骨骼疾病的新治疗靶点。”常见的副作用除了揭示新的治疗途径外，这一发现还为常见的临床现象提供了可能的解释。一些中止骨质疏松症治疗（denosumab，地诺单抗）的患者的骨量会减少，这就是所谓的“rebound vertebral fractures（回弹性脊椎骨折，生物通注）。作者说，地诺单抗阻断了一个他们发现的分子，这些分子是osteomorphs形成破骨细胞所必需的。研究人员怀疑接受地诺单抗治疗的患者体内会积聚osteomorphs，并在停止治疗后被释放形成破骨细胞，从而吸收骨质。研究人员说，研究地诺单抗和其他骨质疏松症药物对osteomorphs的影响，可能会告诉我们如何改善这些治疗方法以及如何预防其戒断作用。“虽然我们还没有完全了解osteomorphs的作用，但它们的存在已经让我们对骨骼的认识发生了重大变化。” “这项研究是跨许多科学领域的巨大国际努力。我们期待探索这些细胞如何改变骨质疏松症和其他骨骼疾病的治疗方法。”

威尔康奈尔大学医学研究人员的一项最新研究表明，一种与人类超常寿命有关的基因可以保护脑干细胞免受压力的有害影响。对寿命超过100岁的人的研究表明，许多人都携带FOXO3基因。这一发现促使威尔康奈尔医学院病理学和实验医学副教授Jihye Paik博士和她的同事们研究了该基因在衰老过程中如何促进大脑健康。2018年，Paik博士和她的研究小组发现，大脑中缺乏FOXO3基因的老鼠无法应对大脑中的应激状态，从而导致脑细胞逐渐死亡。他们发表在1月28日的《自然通讯》杂志上的新研究，揭示了FOXO3通过阻止干细胞分裂来保持大脑的再生能力，直到环境支持新细胞的生存为止。“干细胞产生新的脑细胞，这对我们整个成年期的学习和记忆至关重要。”Paik博士说。“如果干细胞不受控制地分裂，它们就会耗尽。FOXO3基因的作用似乎是阻止干细胞分裂，直到压力过去。”许多挑战，如炎症、辐射或缺乏足够的营养素，都会给大脑带来压力。但是Paik博士和她的同事专门研究了当脑干细胞暴露于氧化应激时会发生什么，当有害的氧在体内积聚时就会发生氧化应激。“我们了解到FOXO3蛋白直接被氧化应激修饰，”她说。“这种修饰将蛋白质送入干细胞的细胞核，在那里启动应激反应基因。”原文标题：1.Inah Hwang, Hiroki Uchida, Ziwei Dai, Fei Li, Teresa Sanchez, Jason W. Locasale, Lewis C. Cantley, Hongwu Zheng, Jihye Paik. Cellular stress signaling activates type-I IFN response through FOXO3-regulated lamin posttranslational modification. Nature Communications, 2021; 12 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-20839-0A gene linked to unusually long lifespans in humans protects brain stem cells from the harmful effects of stress, according to a new study by Weill Cornell Medicine investigators.Studies of humans who live longer than 100 years have shown that many share an unusual version of a gene called Forkhead box protein O3 (FOXO3). That discovery led Dr. Jihye Paik, associate professor of pathology and laboratory medicine at Weill Cornell Medicine, and her colleagues to investigate how this gene contributes to brain health during aging.In 2018, Dr. Paik and her team showed that mice who lack the FOXO3 gene in their brain are unable to cope with stressful conditions in the brain, which leads to the progressive death of brain cells. Their new study, published Jan. 28 in Nature Communications, reveals that FOXO3 preserves the brain's ability to regenerate by preventing stem cells from dividing until the environment will support the new cells' survival."Stem cells produce new brain cells, which are essential for learning and memory throughout our adult lives," said Dr. Paik, who is also a member of the Sandra and Edward Meyer Cancer Center at Weill Cornell Medicine. "If stem cells divide without control, they get depleted. The FOXO3 gene appears to do its job by stopping the stem cells from dividing until after the stress has passed."Many challenges like inflammation, radiation or a lack of adequate nutrients can stress the brain. But Dr. Paik and her colleagues looked specifically what happens when brain stem cells are exposed to oxidative stress, which occurs when harmful types of oxygen build up in the body."We learned that the FOXO3 protein is directly modified by oxidative stress," she said. This modification sends the protein into the nucleus of the stem cell where it turns on stress response genes.advertisement The resulting stress response leads to the depletion of a nutrient called s-adenosylmethionine (SAM). This nutrient is needed to help a protein called lamin form a protective envelope around the DNA in the nucleus of the stem cell."Without SAM, lamin can't form this strong barrier and DNA starts leaking out," she said.The cell mistakes this DNA for a virus infection, which triggers an immune response called the type-I interferon response. This causes the stem cell to go dormant and stop producing new neurons."This response is actually very good for the stem cells because the outside environment is not ideal for newly born neurons," Dr. Paik explained. "If new cells were made in such stressful conditions they would be killed. It's better for stem cells to remain dormant and wait until the stress is gone to produce neurons."The study may help explain why certain versions of the FOXO3 are linked to extraordinarily long and healthy lives -- they may help people keep a good reserve of brain stem cells. It may also help explain why regular exercise, which boosts FOXO3 helps preserve mental sharpness. But Dr. Paik cautioned it is too early to know whether this new information could be used to create new therapies for brain diseases."It could be a double-edged sword," Dr. Paik explained. "Over activating FOXO3 could be very harmful. We don't want to keep this on all the time."To better understand the processes involved, she and her colleagues will continue to study how FOXO3 is regulated and whether briefly turning it on or off would be beneficial for health.

在经典条件反射中，一个中性刺激与具有奖赏或惩罚作用的非条件刺激进行偶联，就能成为可以单独引发奖赏或惩罚反应的条件刺激，形成“条件刺激预示着非条件刺激会发生”的记忆。记忆形成后，若反复发生条件刺激单独出现而不伴随非条件刺激的情况，那么条件刺激对非条件刺激的预示作用就会被重新评估，甚至形成“条件刺激预示着非条件刺激不会发生”的消退型记忆（extinction memory），于是记忆消退（memory extinction）就发生了。消退型记忆会影响条件刺激对非条件刺激的预测强度，对动物依据环境变化采取适应性行为具有重要作用，也被应用于“暴露疗法”来治疗创伤后应激障碍成瘾等疾病。消退型记忆具有两个显著特征：第一，需要多次训练以形成；第二，维持时间比原本记忆短，使得原本记忆在被抑制一段时间后发生自发性恢复（spontaneous recovery）。这样的特性使得以记忆消退为基础的暴露疗法成本高昂，还无法保证长期有效。因此，理解“多次训练却只能形成短期维持的记忆消退”背后的机制，对提高暴露疗法的治疗效果有重大意义。饥饿的果蝇可以通过偶联气味及蔗糖来形成嗅觉奖赏性记忆，并且单次偶联即可形成能够维持24小时以上的长时程记忆。然而要形成针对24小时奖赏性记忆的消退型记忆，却需要多次给予果蝇单独的条件刺激，而且形成的消退型记忆也维持不到24小时，之后奖赏型记忆就会自发恢复。这样的发现使得利用果蝇的奖赏性长时程记忆来研究消退型记忆的形成以及维持的机制成为可能，加之消退型记忆的形成能力被发现有昼夜波动，所以可以利用果蝇相对明晰的节律神经网络以及丰富的遗传工具，通过短暂操控节律神经元的活性来研究其对记忆消退的影响。果蝇的节律神经元可以依据位置和胞体形态分为包括DN1神经元在内的若干亚群，本项研究发现这其中存在少量表达Cryptochrome的DN1神经元，发挥着门控消退型记忆形成的作用。研究者们发现，多次消退训练形成的消退型记忆依赖于DN1节律神经元的活性升高，因为如果抑制这种升高，那么即使训练多次，也无法观测到记忆消退的现象。与此同时，原本无法稳定形成消退型记忆的单次消退训练，如果伴随上果蝇DN1节律神经元的短暂激活，就能够稳定地形成足以维持3小时以上的消退型记忆，并在24小时以后消失殆尽，与多次消退训练的结果相似。研究者接下来通过两个实验来进一步证实和探索DN1节律神经元对记忆消退的门控作用：第一，功能钙成像数据显示出果蝇的每个半脑中有1～3个DN1节律神经元在特异性响应多次消退训练；第二，记忆消退所必须的DN1神经元的下游之一，SIFamide神经元，也是记忆消退所必须的。这些结果共同揭示出果蝇节律神经元参与调控记忆消退的门控机制：多次记忆消退训练首先稳定地激活了DN1神经元，这样的激活进一步使得单次消退训练能够稳定地引起消退型记忆的形成；反之，如果DN1神经元的活性被限制在低水平，那么即使多次消退训练，也无法形成消退型记忆。这个机制认为在消退型记忆的形成过程中，条件刺激与“非条件刺激不会出现”只发生了一次偶联，而果蝇的单次训练在很多情况下只能形成短时程记忆，因此这个机制在一定程度上解释了为何多次消退训练无法形成长期维持的消退型记忆。

尊敬的客户:新春伊始,万象更新。上海钦诚生物科技有限公司全体员工在此深深感谢您长期以来对我司的支持与厚爱向您致以最诚挚的祝福和问候!在新的一年里,我司会更加努力,给您提供更优质的服务。结合我司的具体状况,公司春节放假时间具体安排如下:春节放假时间: 2月6日~2月20日(农历正月初九)。新年来临之际,谨祝您在新的一年里万事如意，幸福安康! 

我们为什么需要睡眠？也许是我们的大脑需要休息，需要充电。按照这个逻辑，我们可以推测睡眠是后出现的。当大脑变得更大、更复杂时，我们才开始需要睡眠。然而，日本九州大学的研究团队却在水螅中发现了类似睡眠的状态。水螅只有几厘米长，具有分散的神经网络，但缺乏大脑的集中化功能。研究人员甚至发现，水螅可以对与睡眠相关的分子起反应。这些发表在《Science Advances》杂志上的结果表明，睡眠比大脑先发育，而且可能在大脑以外具有关键功能。九州大学文理学院的助理教授Taichi Q. Itoh表示：“我们现在有充分的证据，说明了动物必须先获得睡眠才能获得大脑。”之前，研究小组也在水母中发现了睡眠行为。水母是腔肠动物门中的成员，也是水螅的近亲。“根据我们的发现和先前有关水母的报道，我们可以说睡眠进化与大脑进化无关，”他说。由于水螅结构简单且缺乏复杂的中枢神经系统，故研究人员选择它们来研究早期的睡眠演化。以往人们是通过脑电波来监测睡眠，但对于没有大脑的动物来说，这可不是一种好选择。因此，他们利用视频系统来追踪水螅的运动，以确定它们何时处于类似睡眠的状态。研究人员发现，水螅表现出4小时的睡眠-清醒周期，而不是像人类一样，每24小时重复一次。接下来，他们研究了与睡眠相关的分子对水螅的影响。他们将水螅暴露在褪黑素、抑制性神经递质GABA和多巴胺下，发现褪黑素和GABA均可促进睡眠，而多巴胺可抑制睡眠。之后，他们又利用振动和温度变化来干扰水螅的睡眠，发现水螅在第二天会睡得更长一些，而且细胞增殖受到抑制。他们进一步发现，睡眠不足会导致212个基因的表达发生变化，其中包括PRKG。这种蛋白质与多种动物的睡眠调节有关，包括小鼠、果蝇和线虫。Itoh强调了这些发现的重要性，并指出：“这些实验提供了有力的证据，说明动物在进化出中枢神经系统之前就已经获得了睡眠的相关机制，随着大脑的进化，许多机制仍然是保守的。

伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员测定的细菌核糖体的新的高分辨率结构表明，单一的水分子可能是抗生素耐药性的原因——也是可能的解决方案。UIC的新研究成果发表在《Nature Chemical Biology》杂志上。当抗生素产生抗药性时，它们就具有杀死细菌的能力。在美国，每年有数百万人遭受抗生素耐药感染，成千上万人因此死亡。开发新药是科学界试图减少抗生素耐药性影响的一个关键途径。UIC药学院药学教授、论文合著者Alexander Mankin说：“我们需要做的第一件事是制造改进的药物，就是更好地了解抗生素是如何工作的，以及‘坏细菌’是如何对它们产生抗药性的。”他们一直在研究当今临床上流行的一种抗生素——大环内酯类抗生素的作用机制。大环内酯类通过进入细菌并与核糖体结合起作用。一旦结合，这种药物可以阻止核糖体产生新的蛋白质，从而阻止细菌的生长和复制。然而，耐药细菌会改变它们的核糖体，使药物不能再与它们结合。”UIC的研究人员捕捉了被抗生素侵入的核糖体的高分辨率图像。“我们比较了敏感细菌和耐药细菌核糖体的高分辨率结构，发现耐药细菌核糖体中不存在紧密抗生素结合所需的水分子。在抗药性细菌的核糖体中，根本没有空间容纳这种水分子。”研究人员发现，水分子是核糖体和抗生素之间的桥梁。当耐药细菌改变核糖体的化学组成时，核糖体和药物之间的桥梁就无法建立。虽然科学界早就猜测敏感核糖体和耐药核糖体的结构差异很重要，但这些变化阻止药物作用的原因此前尚不清楚。Mankin说：“这项研究首次令人信服地解释了为什么大环内酯类药物不能与耐药细菌的核糖体结合。”“我们对这一发现感到非常兴奋，因为我们现在知道了大环内酯类抗生素是如何与靶分子核糖体相互作用的。这一发现很重要，因为它将为不需要水分子结合的新抗生素的开发提供信息和便利。”

作为大脑免疫系统的重要组成部分，长期以来的理论认为，小胶质细胞不断伸展和收缩细胞质向四面八方运作目的是感知病原体的入侵或感知创伤。但是，根据Gladstone研究所高级研究员Katerina Akassoglou博士的猜测：一个细胞不会为某些未发生的事情花费这么多能量。他猜测，小胶质细胞的不停运动可能与大脑正常功能有关。事实证明，是对的。最近他们在《Nature Neuroscience》杂志上发表的一项研究表明，小胶质细胞的监测行为有助于防止大脑中的癫痫活动（或过度兴奋性）。这些发现可能为几种疾病开辟新的治疗途径，因为过度兴奋是许多神经系统疾病的特征，包括阿尔茨海默氏症、癫痫和自闭症。2003年，Akassoglou在博士后研究期间，第一次在显微镜下目睹了小胶质细胞的监测行为。她知道，要了解这些细胞，就必须找到一种方法来“冻结”它们的运动。“说起来容易做起来难——我们花了10年的时间才想出如何阻止它们移动，”Akassoglou说，她现在是加州大学旧金山分校（UCSF）的神经学教授。“有很多方法可以杀死这些细胞，但是它们都消失了，你从哪里研究它们的运动呢。要想找到一种既能让它们活下来，又能阻止它们对大脑进行调查的方法，这是非常具有挑战性的。”在她的大脑监控小组中，她建立了第一个细胞仍在活动，但它们的触手不能再活动了的小胶质细胞模型。然后，这个项目的目标只是观察发生了什么。“这纯粹是出于好奇心，”Akassoglou说。我们只是想知道，为什么这些细胞一直在运动，如果它们停止运动，大脑会发生什么变化？”起初，似乎什么也没有发生，“冰冻”的小胶质细胞似乎正常。直到有一天，Victoria Rafalski意外地发现一只老鼠癫痫发作。“那时候我们意识到，由于小胶质细胞功能不正常，老鼠有自发性癫痫发作，”Rafalski博士说，她是该研究的第一作者，也是Akassoglou实验室的前博士后学者。“这是我们第一次发现这些细胞的监视可能抑制癫痫发作。这也给了我们一个提示，为什么它们需要不断地运动——抑制癫痫发作对大脑来说也许需要不间断的工作。”为了进一步研究，研究人员依靠显微镜和图像分析的最新技术进步。他们将这些方法结合起来，开发出自己的方法，观察活体大脑中小胶质细胞和活动神经元之间的相互作用，即老鼠在轮子上奔跑，同时胡须被挠痒痒。科学家们发现小胶质细胞并不是随意伸展它们的触手。相反，小胶质细胞主要接触活跃的神经元，一个接一个，而对非活动神经元的关注较少。重要的是，当小胶质细胞接触到一个活跃的神经元时，该神经元的活动不会进一步增加。“小胶质细胞似乎能感觉到哪个神经元将变得过度活跃，并通过与之接触来控制它，从而防止神经元的活动升级，”该研究的另一位第一作者，Mario Merlini解释道。”相比之下，在我们的老鼠模型中，小胶质细胞的活动被冻结了，我们发现附近神经元的活动不断增加，有点像恒温箱坏了的加热器。这改变了我们对大脑中神经元活动如何调节的思考。小胶质细胞不是开关开关，而是大脑的恒温器，控制着过度的神经元活动。”这些发现有助于研究小组发现小胶质细胞监测的生理作用；小胶质细胞通过防止神经元过度活跃或过度兴奋，对维持神经元活动在正常范围内至关重要。“在癫痫患者和其他更容易发生癫痫的情况下，如阿尔茨海默病和自闭症，可以观察到网络的过度兴奋性，”该研究的合著者、副研究员Jorge Palop博士说。“而且，过度活跃的大脑会导致大量神经元同时激活（或变得活跃），这一过程被称为超同步，可能导致自发性癫痫发作。我们的研究可以为高兴奋性疾病的干预提供一种新的方法。”“在许多脑部疾病中，小胶质细胞观察大脑的能力受到损害，”Akassoglou说。“我们现在有了一个模型来研究受损的小胶质细胞对疾病（包括阿尔茨海默氏症、多发性硬化症）大脑炎症和认知能力的影响，以及病毒（如COVID-19）对大脑的感染。”通过使用药物激活剂迫使小胶质细胞伸展其分支，大脑中的过度活跃可以被逆转。在这项研究中，这种方法恢复了小胶质细胞在触须时的活动，并使神经元活动恢复到正常水平。Akassoglou和她的团队现在正在扩展这些研究，以测试疾病模型中任何可能的有益效果。“通过解开小胶质细胞不断运动的谜团，我们现在有了治疗毁灭性脑疾病的新线索，”Akassoglou说。

脂肪组织不仅仅是食物短缺时期的简单能量储存库。它有助于新陈代谢的调节，将各种分子释放到血液中，包括调节机体不同部位（包括肝脏、胰腺和肌肉）关键基因表达的microRNAs。研究表明，衰老和肥胖都会削弱脂肪组织产生这些调节性microRNAs，并有利于糖尿病和血脂异常等疾病的发展。好消息是，根据发表在PNAS上的一项研究，这种退化过程可以通过定期的有氧运动来逆转。小鼠和人类实验都表明，有氧运动刺激了一种叫做DICER的酶的表达，这种酶对处理这些microRNAs至关重要。结果表明，在有氧运动中，肌肉和脂肪组织之间通过分泌到血液中的信号分子进行通讯。这种信息交换使脂肪细胞的能量消耗更有效，使新陈代谢适应运动，增强肌肉的性能。该项目的领导人是坎皮纳斯大学生物研究所教授Marcelo Mori，文章一作Bruna Brasil Brand?o博士曾在Mori 实验室做博后，现在是哈佛医学院C. Ronald Kahn教授实验室的研究员。他们的小鼠接受了为期8周的60分钟跑步机训练。随着变得更健康，跑步机的速度和倾斜度都增加了。最后，除了表现的改善，科学家们发现DICER表达的脂肪细胞水平显著提高，同时体重和内脏脂肪也减少。当他们用基因改造的小鼠在脂肪细胞中不表达DICER时，研究人员发现有氧运动的有益效果要小得多。Mori说。“这些动物没有减重或内脏脂肪，它们的整体健康状况也没有改善。我们还观察到，与野生小鼠相比，这些转基因小鼠的脂肪细胞对能量底物的利用不同，从而使肌肉可利用的葡萄糖更少。”在人类中，6周的高强度间歇训练（HIIT）足以使脂肪组织中的DICER数量平均增加5倍。在36岁左右的年轻志愿者和63岁左右的老年受试者中都观察到了这种效果。然而，不同个体之间的反应差异很大，一些人的DICER增加了25倍，而另一些人则很少。详细机制2012年，《Cell Metabolism》首次描述了DICER和microRNA处理在脂肪组织中的作用，随着体重的增加，DICER在小鼠脂肪组织中的表达下降，这缩短了它们的寿命。研究还表明，限制热量摄入可以逆转肥胖的有害影响。2016年发表在《Aging》杂志上的另一项研究中，Mori团队表明，限制小鼠的热量摄入可以防止脂肪组织产生与衰老相关的microRNA减少，并防止2型糖尿病的发生。2017年《Nature》杂志上报道的一项研究中，他们证明脂肪组织产生的microRNAs进入血流并作用于远处组织，调节基因表达。Mori说：“在这项最新研究中，我们发现，有氧运动和限制卡路里摄入一样，可以逆转DICER表达和microRNA生成的下降，这要归功于一种非常重要的代谢传感器AMPK（一磷酸腺苷活化蛋白激酶）酶的激活。”他解释说，当细胞消耗ATP（三磷酸腺苷，细胞的能量底物）并产生能量不足时，传感器就会被激活。在小鼠实验中，研究人员发现有氧运动激活了肌肉细胞中的AMPK，并以某种方式诱导脂肪细胞DICER的表达。他说：“显而易见的结论是，对基因表达的影响发生在能量不足的同一细胞中，事实确实如此，但在这里，传感器也在肌肉中被激活，并控制脂肪组织中发生的反应。”为了确认组织间的交流，科学家们从一只受过训练的动物身上采集了血清，然后注射到一只久坐不动的动物体内。这种“治疗”增加了DICER在脂肪组织中的表达。在另一个实验中，他们用训练过的小鼠血清培养脂肪细胞，观察到了同样的效果。Mori说：“这一发现表明，受过训练的人血液中有一种或多种分子，可以直接诱导脂肪组织代谢的改善。如果我们能识别出这些分子，我们就可以研究它们是否也能诱导有氧运动的其他益处，比如心脏保护。此外，我们可能会考虑在某个阶段将这些知识转化为药物。”为了更详细地了解代谢调节机制，研究人员分析了在受训练的小鼠体内表达的数千个microRNAs，并将它们与久坐小鼠体内发现的microRNAs进行了比较。Mori说：“我们发现了一种名为miR-203-3p的分子，它的表达随着训练和热量限制而增加。”我们发现这种microRNA负责促进脂肪细胞的代谢调节。当肌肉在长时间的运动中消耗掉所有的糖原时，分子信号就会被传送到脂肪组织，miR-203-3p会微调脂肪细胞的新陈代谢。我们发现，这对提高新陈代谢能力至关重要。”在运动过程中，使脂肪细胞消耗的能量减少，增加了脂肪细胞的能量。这可能导致低血糖，这是运动员的主要表现限制之一。在脂肪细胞中不表达DICER的转基因小鼠，脂肪组织和肌肉之间的这种对话就不会发生。这是一个模仿衰老和肥胖的模型。所以当DICER下降时，新陈代谢健康状况不佳，退化过程加速。

佛蒙特大学（UVM）的研究人员发现，在多发性硬化（MS）小鼠模型中，一种益生菌（Lactobacillus reuteri）竟然会增加疾病的严重程度，多发性硬化症是年轻人非创伤性神经功能障碍的主要原因。但请不要根据这篇文章就扔掉你的酸奶。“我们的肠道细菌是复杂生态系统的一部分，在预防、治疗和/或诊断慢性疾病方面具有巨大潜力。然而，许多科学家一直在用一刀切的方法进行研究，我们的研究表明，这不太可能奏效，”领导这项研究的Dimitry Krementsov说。“相反，需要一种更加个性化的方法。”最近证据表明，肠道微生物群可以调节多发性硬化症的风险，但具体的细菌种类和宿主遗传学的作用还不清楚。在许多慢性疾病中，科学家发现肠道微生物群的状态发生了变化，这就增加了恢复肠道微生物群平衡有治疗甚至预防疾病的可能性，这进一步刺激了益生菌产品的流行，这些产品通常由活菌组成，具有假定的健康益处；据推测“播种”或“恢复”肠道微生物群。发表在《PNAS》上的研究结果强调，宿主遗传学和环境因素之间复杂的相互作用导致了对多发性硬化症的易感性，建议预防或治疗多发性硬化症的抗生素或益生菌策略应考虑宿主遗传学、肠道原有微生物群以及干预的时机或方式。UVM生物医学和健康科学系助理教授Krementsov和研究人员对基因多样性小鼠的肠道微生物群进行了调节，这些小鼠对实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）的易感性高或低，EAE是一种常见的多发性硬化症动物模型。为了确定这些微生物群的哪些特征赋予了对类MS疾病更高的易感性，研究人员从复杂的混合物中分离出不同的细菌种类，并将它们转移到新的小鼠身上，一次一个。研究结果令人惊讶：乳酸杆菌竟然是其中一个罪魁祸首，它是人类和小鼠肠道中的正常共生菌，也是一种广泛使用的益生菌。这似乎将这种细菌定位为“坏人”，但研究人员也注意到，这种细菌最初来自一种基因不同的小鼠宿主，通常对类多发性硬化症有抵抗力。因此，这表明宿主的遗传决定了一个特定的微生物状态是“好”还是“坏”。研究结果提出了一个关键问题：益生菌一般是好的还是坏的？研究结果表明，答案很可能取决于环境，尤其是接受益生菌的个人。这项研究的作者指出了一些警告：他们并不是在研究益生菌本身，而是在研究正常共生菌如何与宿主相互作用。生长在实验室或食品生产设施中供人每天大量口服的这些益生菌在基因上也与它们的同类细菌非常不同。此外，对于像多发性硬化这样的自身免疫性疾病来说“不好”的东西在其他情况下可能是“好的”，比如对感染的更强的免疫反应。有许多例子表明，基因可以促进对感染或疫苗接种的“良好”免疫反应，但反过来也会导致更高的自身免疫疾病风险。最后，其他科学家已经用乳酸杆菌的益生菌菌株每天进行高剂量的治疗，以减少小鼠的类MS疾病，尽管最近的研究表明，益生菌甚至不需要活着就能起作用。因此，答案是，益生菌可能是好是坏，取决于环境。下一步是弄清楚这个“背景”到底是什么。

来自科隆和赫尔辛基的一个研究小组发现了一种防止脱发的机制：通过改变毛囊干细胞的代谢状态来留住头发。研究小组由赫尔辛基大学和马克斯•普朗克老龄生物学研究所副教授Sara Wickstr?m和皮肤科专家Sabine Eming教授（科隆大学）领导，题为 “Glutamine Metabolism Controls Stem Cell Fate Reversibility and Long-Term Maintenance in the Hair Follicle”一文现已发表在《Cell Metabolism》杂志上。每天，皮肤和毛囊等组织都会受到紫外线等环境损害，不断移除和更新受损材料。平均每天有5亿个细胞和100根毛发脱落，相当于1.5克物质。死亡的物质由干细胞替代更新，干细胞具有特异性、高增殖性和长寿命。组织功能依赖于这些干细胞的活动和健康；功能受损或数量减少会导致衰老。虽然干细胞在衰老过程中的关键作用已被证实，但对调节这些重要细胞长期维持的机制知之甚少。“毛囊的功能和可识别的干细胞是研究这个重要问题的完美模型系统，”Wickstr?m说为了了解是什么使干细胞在功能上不同于分化的子细胞，研究小组调查了两种细胞群体的转录和代谢情况。“有趣的是，研究表明干细胞和子细胞具有不同的代谢特征，”该研究的共同首席科学家Christine Kim博士说。“我们的分析进一步预测，Rictor是代谢主调节器mTOR通路中一个重要但相对未知的分子组成部分。在更详细的分析中，研究小组发现干细胞的衰竭是由于代谢灵活性的丧失。在每一个再生周期结束时，在这个过程中，一根新的毛发被制造出来，干细胞将回到它们的特定位置并恢复一个静止状态。另一位共同领导科学家Xiaolei Ding博士解释说：“这项研究的关键发现是，‘命运可逆性’需要从谷氨酰胺代谢和细胞呼吸转向糖酵解。干细胞生活在一个氧气利用率低的环境中，因此利用葡萄糖而不是谷氨酰胺作为能量和蛋白质合成的碳源。这种变化是由低氧浓度和Rictor信号触发的。Rictor的去除削弱了干细胞命运逆转的能力，引发了，“年龄依赖性干细胞衰竭和年龄导致的脱发”。Ding和Eming最近建立了一个研究Rictor功能的基因小鼠模型，并观察到缺乏Rictor的小鼠毛囊再生和循环明显延迟，这表明干细胞调节受损有趣的是，随着年龄的增长，这些小鼠开始脱发，干细胞数量减少。Eming说：“未来的一个主要目标将是了解这些临床前发现如何转化为人类干细胞生物学，并可能被用于药物治疗，防止毛囊老化。我们对谷氨酰胺酶抑制剂的应用能够恢复Rictor缺陷小鼠的干细胞功能的观察感到特别兴奋，这证明了修改代谢途径可能是增强组织再生能力的有力方法的原理。” 

“砰……砰……砰”尽管大多数时候我们几乎没有注意到它，但是我们体内稳定的心跳声其实是一种复杂的机理表现，就像是乐团一样，成千上万的细胞必须掌握各自的演奏节奏，并共同努力。最近，一组科学家创建了人类心脏细胞的第一个图谱，这些图集展示了将近50万个心脏细胞，确定了每种细胞在心脏交响乐中的作用！研究人员检查了14个健康供体心脏中的六个区域，创建了一个详细的数据库，该数据库为研究心脏病（世界范围内主要的死因）提供了新的比较基础。华盛顿大学医学院的心脏病学家Douglas Mann（未参与该项研究）说，“我可以用一个词概括我的想法：里程碑。我认为这是一个很大的成就，将成为该领域的重要参考。”这项研究成果于9月24日发表在Nature杂志上，由哈佛医学院，布莱根妇女医院，Sanger研究所，德国马克斯·德布吕克分子医学中心（MDC），伦敦帝国理工学院及其全球合作者的研究人员完成。哈佛大学心血管遗传学家Christine Seidman表示，“要了解各种形式的心脏病出了什么问题，首先，我们必须知道什么是正常的。”难以研究的心脏细胞事实证明，心脏细胞特别难以研究。与某些癌细胞和其他组织不同，没有心脏细胞可以在实验室中无限期地生长和研究。因此许多心脏研究都是使用小鼠完成的，但小鼠的心脏与人的心脏有重要的区别。健康的人类心脏也很难找到（大部分用于移植）。Seidman的团队依靠那些异常的心脏，这些心脏被拒绝移植，因此可能被冷冻，用于研究。首先，研究人员使用高通量测序方法来定义每个心脏细胞的个体特征。然后，他们将这些细胞绘制在14个人类心脏的六个区域中，其中七个来自男性，七个来自女性。“这是第一次，我们为每个细胞提供一个邮政编码，用以了解其所属的种群。”迄今为止人类心脏最广泛的人类心脏细胞图谱在这项研究中，研究小组分析了将近五十万个单个细胞，构建迄今为止人类心脏最广泛的细胞图集。该图集显示了细胞的巨大多样性，揭示了心肌细胞类型，心脏保护性免疫细胞和复杂的血管网络。它还可以预测细胞如何通讯，保持心脏正常运转。该研究是人类细胞图谱计划的一部分，前者计划绘制人体中每种细胞的图谱。心脏的新分子和细胞有关知识将能帮助人们更好地了解心脏病，指导高度个性化治疗的发展。研究人员说，这项工作还为将来基于再生医学的疗法奠定了基础。Seidman说：“数百万人正在接受心血管疾病的治疗。了解健康的心脏将有助于我们了解细胞类型和细胞状态之间的相互作用，这些相互作用可以延长终身功能，以及疾病之间的差异。”“最终，这些基本知识可能会提出一些具体目标，这些目标可能会在将来导致个性化疗法，为心脏病创造个性化药物并提高每位患者的治疗效果。”这就是研究人员在这项新研究中要做的。每个细胞的特征研究小组研究了心脏六个不同区域中近500,000个单个细胞和细胞核，通过结合单细胞分析，机器学习和成像技术，该团队准确地看到每个细胞中哪些基因被打开和关闭。研究人员发现心脏不同区域的细胞存在重大差异。他们还观察到心脏的每个区域都有特定的细胞亚群，这一发现指向不同的发育起源，并暗示这些细胞对治疗的反应不同。文章一作，哈佛医学院遗传学研究员Daniel Reichart说：“该项目标志着我们对心脏如何从单个细胞，具有不同细胞状态的多个细胞构建起来开始有了全新的认识，有了整个心脏区域差异的知识，我们就可以开始考虑年龄，运动和疾病的影响，帮助将心脏病学领域推向精确医学时代。”另外一位资深作者Norbert Hübner说：“这是第一次以这种规模观察人的心脏单细胞，只有大规模的单细胞测序才有可能。”“这项研究显示了单细胞基因组学和国际合作的力量。了解整个心脏细胞及其基因活性是了解心脏功能，开始阐明心脏对压力和疾病的反应的基本必要条件。”作为这项研究的一部分，研究人员还仔细研究了贯穿心脏的血管。该图集显示了这些静脉和动脉中的细胞如何适应不同的压力和位置，这能帮助研究人员了解冠心病期间血管出了什么问题。伦敦帝国学院的Michela Noseda说：“我们的国际合作通过阐明心脏细胞的细胞和分子细节，为科学界提供了宝贵的信息。我们绘制了可能被SARS-CoV-2感染的心脏细胞，并发现小血管的特殊细胞也是病毒的靶标。”“我们的数据集是了解心脏病细节的信息的金矿。”研究人员还专注于了解心脏修复，研究了免疫细胞如何与健康心脏中的其他细胞相互作用和交流，以及与骨骼肌的区别。进一步的研究将包括调查是否可以诱导心脏细胞的自我修复。文章资深作者，Sanger研究所的Sarah Teichmann表示：“这项巨大的合作是全球人类细胞图谱计划的一部分。心脏细胞图谱对全世界的研究人员开放，这是一个了不起的资源，它将使人们对心脏的健康和疾病，新的治疗方法有了新的认识，甚至有可能找到治疗再生受损心脏组织的方法。”

为什么运动训练让你更健康？众所周知，运动能增强胰岛素敏感性，改善新陈代谢，进而提高运动能力。但是，这种适应的生物学机制还不完全清楚。发表在PNAS杂志上的一项新研究表明，部分原因在于骨骼肌和脂肪组织的相互沟通。这项研究由哥本哈根大学诺和诺德基金会基础代谢研究中心（CBMR）的副教授Jonas Treebak和坎皮纳斯大学的助理教授Marcelo A. Mori共同领导。DICER让脂肪为肌肉提供能量.在小鼠和人类的实验中，他们发现短期的运动训练会增加脂肪细胞中DICER酶的水平。脂肪DICER有助于肌肉适应运动并提高表现，因为它能激发脂肪细胞将脂肪酸释放到肌肉所需的血液中。科学家们认为DICER是通过调节microRNA分子来阻止脂肪利用血液中的葡萄糖而起作用的。他们的研究表明，不能产生DICER的小鼠，不能从锻炼中获得更多的健康，甚至会发展成肥胖。然而，如果你把以前运动过的小鼠的血液转移到不运动的小鼠身上，它也会增加非运动小鼠脂肪中DICER的含量。这表明，运动训练使肌肉释放一种分子，使脂肪细胞产生更多的DICER。未知的循环因素Jonas Treebak副教授说：“骨骼肌在运动时向其他组织发出信号的想法并不新鲜，尽管肌肉发出的特定信号仍然难以捉摸，但我们已经确定了肌肉和脂肪之间的信号轴，这是肌肉对运动训练的适应性反应的核心。”他补充道：“下一步显然是从骨骼肌中识别循环因子，以及识别特定microRNA的靶点。”

在患有2型糖尿病的啮齿类动物中，注射一种名为成纤维细胞生长因子1的蛋白质，可以使血糖水平在数周或数月内恢复正常。然而，这种生长因子是如何在大脑中产生这种持久的益处的，还不太清楚。华盛顿大学医学院医学教授、威斯康星州医学院糖尿病研究所联合主任Michael Schwartz博士说：“直到最近，大脑使糖尿病动物血糖水平正常化的能力还没有得到承认。通过研究成纤维细胞生长因子1这种脑肽在下丘脑诱导的细胞和分子反应，我们的国际研究小组的最新发现为更全面地理解这一效应是如何实现的提供了一条途径。”在9月7日出版的《Nature Communications》和《Nature Metabolism》的两篇论文中，国际研究小组描述了大脑对成纤维细胞生长因子1的反应的复杂生物学。第一个研究小组描述了强有力的细胞反应，这些反应似乎能保护大脑信号通路，对控制血糖至关重要。“这些见解，”他说，“也许有一天会为诱导糖尿病持续缓解提供治疗策略，而不是像目前的治疗方法那样简单地每天降低血糖水平。”2型糖尿病影响10%的美国人口，它与肥胖密切相关，并导致严重的健康问题，包括心脏病、视力下降、肾功能衰竭、痴呆、难以治愈的感染和神经损伤。这也增加了截肢的风险。控制血糖水平可以预防这些问题，但往往很难实现，并成为许多患者的一项终身斗争。另一个研究小组发现了细胞外基质的集合，称为“周围神经网络”，它将参与血糖控制的神经元群连接起来。研究人员了解到，成纤维细胞生长因子1可以修复糖尿病损伤的神经网络。这种反应是维持糖尿病缓解所必需的。丹麦哥本哈根大学诺和诺德基金会基础代谢研究中心的Tunes Pers博士和西雅图大学医学院的糖尿病和肥胖研究者Michael Schwartz博士是《Nature Communications》这篇文章的通讯作者，文章的主要作者是Marie Bentsen博士和Dylan Rausch博士。他们首先详细描述了成纤维细胞生长因子1治疗引起的下丘脑不同脑细胞类型的基因表达变化。下丘脑调节许多身体功能，包括血糖水平、饥饿感、食物摄入、能量使用和储存。科学家们发现，神经胶质细胞不仅提供结构支持，而且有助于组织和调节神经回路的活动，它们的反应比神经元更强烈。研究人员还观察到，星形胶质细胞和Agrp神经元之间的相互作用增强。星形胶质细胞滋养神经元并支持其电传递。Agrp神经元是黑皮质素信号系统的重要组成部分，黑皮质素是控制摄食、体重和血糖的重要脑回路。Agrp神经元的过度激活会抑制黑皮质素信号传导。这种影响与人和啮齿动物的糖尿病发展有关。研究人员指出，在将成纤维细胞生长因子1注入大脑后，禁止黑皮质素信号传导可防止糖尿病持续缓解。在对成纤维细胞生长因子1有强烈反应的其他细胞类型中，只有在下丘脑中发现的纤长的营养敏感胶质细胞。它们对血糖水平正常化的贡献还需要进一步的研究。发表在《Nature Metabolism》杂志上的论文研究了在成纤维细胞生长因子1诱导糖尿病缓解的机制中“先前未被承认的参与者”的结构——神经周围网，在下丘脑中包裹血糖调节神经元，包括Agrp神经元。这篇论文的主要作者是西弗吉尼亚大学医学院的医学代理讲师Kim Alonge，作迈Michael Schwartz是通讯作者。神经周围网通过将神经元包裹起来并将它们之间的连接围成一圈来促进神经回路的稳定性。研究人员想知道肥胖相关的糖尿病是否与这些神经周围网络的结构变化有关，以及这些是否可以治疗。研究小组注意到，在2型糖尿病的Zucker糖尿病肥胖大鼠模型中，与血糖水平正常的大鼠相比，下丘脑中的这些网是稀少的，然而在大脑的其他部分，这些网是正常的。向大脑注射成纤维细胞生长因子1后，这种神经周围网的丢失迅速逆转。成纤维细胞生长因子1改善糖尿病的能力会被酶消化去除的网状物所阻碍。相反，成纤维细胞生长因子1不需要完整的神经周围网来影响食物摄取。这些发现确定了周围神经网络是成纤维细胞生长因子1作用诱导的持续糖尿病缓解的关键靶点。研究人员推测这些网络可能有助于抑制Agrp神经元的活动，从而激发黑皮质素信号。研究人员计划继续尝试填补细胞（和细胞外）对成纤维细胞生长因子1的反应与血糖水平正常化之间的空白。他们希望，这可能最终发现新的策略，以实现糖尿病患者的持续缓解。

加州大学戴维斯分校和英国剑桥分子生物学MRC实验室解决了寻找mRNA翻译起始位点时形成的复合物的结构。这一发现发表在9月4日的《Science》杂志上，为这一基本过程提供了新的理解。加州大学戴维斯分校分子和细胞生物学教授、论文的通讯作者Christopher Fraser说：“这种结构改变了我们对人类细胞翻译起始的了解。”细胞使用不同的基因亚群来制造执行各种功能所需的蛋白质。这就需要精确控制DNA转录为mRNA，然后mRNA被翻译成蛋白质的过程。为了研究这一点，加州大学戴维斯分校分子和细胞生物学系的Fraser和博士后研究员Masaaki Sokabe与LMB的Venki Ramakrishnan、Jailson Brito Querido、Sebastian Kratz和Yuliya Gordiyenko合作，可视化了这些复合物的结构。其中，擅长核糖体结构研究的Ramakrishnan曾获得2009年诺贝尔化学奖。当一个核糖体附着在一段mRNA上并沿着它扫描，直到找到一个起始密码子时，有十几种不同的蛋白质（起始因子）参与。许多起始因子在各种癌症中被发现是失调的。然而，由于缺乏对整个复合体结构的了解，这些因子是如何结合在一起并扫描mRNA的，目前还知之甚少。研究小组使用了一种缺少起始密码子的mRNA，利用低温电子显微镜在LMB获得了复合物的结构，包括捕获的mRNA。低温电子显微术使生物学家能够捕捉到生物分子的三维电影，小到单个原子的规模。基于这一结构，研究人员提出了一个模型，说明了mRNA如何进入小核糖体亚单位的一个通道，并提出了mRNA如何穿过核糖体进行扫描的机制——就像一张胶片穿过老式的投影仪一样。他们预测，对于大多数mRNAs，起始密码子需要离mRNA前端足够远才能在扫描过程中被发现， 这一点Sokabe和Fraser在生化上已经证实了。模型的进一步构象由LMB的Mark Skehel通过质谱分析获得。Fraser说，加州大学戴维斯分校生物科学学院最近开设了自己的低温电子显微镜设备，这将使这种工作在校园内成为可能。

线粒体是我们细胞的动力工厂，在为人体组织的正常功能提供能量方面起着重要作用。神经细胞的活动特别依赖于线粒体，线粒体功能下降在遗传性和更常见的年龄相关性退行性疾病中都可以看到。“我们通常认为神经元是终末分化的细胞，它们的能量代谢能力非常有限或根本没有能力适应挑战性的环境，”这项研究的主要作者Elisa Motori说。“对于一些神经系统疾病，有足够的证据表明线粒体功能障碍可以长期耐受。因此，我们提出了一个问题，即退化的神经元是否可以激活新陈代谢恢复能力的程序。”一个长期的观点认为，与其他细胞类型相比，神经元不能调节其新陈代谢以补偿线粒体功能障碍，因此会不可逆转地退化。在一项新的研究中，来自德国科隆的马克斯普朗克衰老生物学研究所和瑞典斯德哥尔摩的卡罗林斯卡研究所的研究人员对这一信条提出了挑战，他们认为神经元有潜力通过适应新陈代谢来对抗退化和促进生存。在我们日益老龄化的社会，神经退行性疾病是一个巨大的负担。越来越多的证据表明线粒体功能障碍与某些最具破坏性的神经退行性变有关，如帕金森氏症、不同共济失调和几种周围神经病变。然而，尽管人们迫切希望找到预防或阻止神经退行性变的策略，但我们对线粒体功能障碍导致的神经元死亡的确切事件的理解非常有限。研究人员设计了一种创新的方法，从小鼠大脑中纯化退化神经元，并分析这些神经元的整体蛋白质含量（蛋白质组）。“出乎意料的是，蛋白质组学数据显示了一种精确协调的神经元特异性代谢程序的存在，这种代谢程序在线粒体功能紊乱时被激活”，Motori继续说道。代谢重组特别是，作者发现了一种代谢重组（Krebs循环补缺）的形式，它能使神经元抵抗迅速进行的退化。以前人们认为这种代谢适应只发生在大脑的外周组织或支持细胞（胶质细胞）中。“神经元可以诱导补缺反应的发现不仅有趣，而且我们可以进一步证明它具有保护作用。当我们阻断补缺时，神经元死亡的速度快得多，疾病变得更严重。功能失调神经元中某些形式的代谢重组的鉴定为导致神经退行性变的过程提供了新的机制性见解。基于这些新发现，作者希望有可能开发出治疗方法来延长线粒体疾病和其他类型神经退行性变患者的神经元存活和功能改善。

8月20日占成实验室在线发表在《Current Biology》上的研究论文《A vagal-NTS neural pathway that stimulates feeding》发现一条迷走-孤束核神经回路，可传递肠胃饥饿信号，并促进食欲，揭开了饥饿感知的神秘面纱。下丘脑弓状核与脑干孤束核被认为是大脑感知机体营养状态的第一级神经元， 分别介导体液感知通路和神经感知通路，在调控摄食行为和能量代谢中发挥重要作用。近几年，一系列重磅研究发现迷走-孤束核神经回路在传递“饱”信号和抑制食欲中发挥关键作用。对于这一神经回路是否可以传递“饥”信号，一直是领域内的谜题，多年来没有答案。造成这一困扰的原因主要有两个：1）已知促食欲的多肽非常少，而抑制食欲的多肽则较多；2）孤束核结构复杂，神经元类型多，给找到促食欲神经元平添了不少难度。1、迷走-孤束核神经回路存在响应饥饿信号的神经元，并促进食欲为了寻找孤束核是否存在感知“饥”信号的神经元，研究人员首先利用FosTrap2:Ai14小鼠和免疫荧光技术，确认饥饿可以激活NTS脑区的儿茶酚胺能神经元（简称CA神经元）。并且，通过化学遗传学和光遗传学的方法激活孤束核 CA神经元，可以明显促进小鼠进食。而通过光遗传学抑制孤束核 CA神经元，则大大降低饥饿诱导的进食增加。因此， 孤束核CA神经元是一群可以响应饥饿信号并促进食欲的神经元。通过肠胃迷走神经切断的方法，研究者进一步发现孤束核CA神经元通过迷走神经感知饥饿信号。并且，通过化学遗传学和光遗传学的方法激活孤束核 CA神经元，可以明显促进小鼠进食。而通过光遗传学抑制孤束核 CA神经元，则大大降低饥饿诱导的进食增加。因此， 孤束核CA神经元是一群可以响应饥饿信号并促进食欲的神经元。研究者利用神经标记结合化学遗传学技术，激活迷走-孤束核 CA神经通路可以明显促进进食增加，说明肠-脑轴存在促进食欲的神经通路。2、孤束核CA神经元不同亚型在摄食调控中发挥完全相反的作用之前的研究一直认为孤束核是饱食中枢，为什么现在发现的孤束核CA神经元可以促进食欲？通过对这群神经元进行详细分型，研究人员发现，孤束核 CA神经元含有多种亚型，可大致分为：肾上腺素神经元（E神经元），去甲肾上腺素神经元（NE神经元），以及神经肽Y（NPY）神经元。进一步研究发现，其中真正发挥促食欲作用的是核团前侧和中侧的共表达E和NPY的神经元，且NPY在促食欲中发挥关键作用，而表达在核团后侧的NE神经元发挥抑制进食的作用。总之，这项研究首次找到了一条迷走神经介导的肠-脑轴促食欲神经回路，确定了孤束核 E/NPY神经元在其中的关键作用。该研究一方面解开了领域内多年的谜题，另一方面也提出了新的问题：该神经回路介导何种肠胃促食欲信号，该“饥饿”感知神经通路与下丘脑体液感知通路有何种关联？清华大学医学院博士研究生陈静是本文的第一作者，本文的其它作者包括影像中心程明秀和王亮，转基因动物中心徐丹。本文的主要作者还包括清华大学医学院宋森博士、北京生命科学研究所王凤超博士和曹鹏博士以及澳大利亚加文医学研究所Herbert Herzog博士和Lei Zhang博士，占成博士为本文的通讯作者。该研究由国家自然科学基金委资助，在北京生命科学研究所完成。

据一项新的研究披露，细胞特别擅长于解决迷宫问题；该研究证明了细胞可利用自生的化学趋化梯度而能在人体中长程穿越复杂的路径。一对视频展示了细胞的这些能力，它们显示了细胞正在穿行重新诠释的伦敦附近著名的汉普顿宫树篱迷宫。细胞可在一种名为趋化的过程中利用具吸引力的化学物质梯度在组织中穿行。然而，简单的趋化仅能提供短程引导。但是，有些细胞会在人体的胚胎发生、神经发育、癌症转移和炎症性免疫反应过程中穿行相对遥远的距离。人们不甚了解这些细胞如何能在复杂的生物环境中精确地知晓其所去之处的相关机制。通过将计算模型与活细胞实验相结合，Luke Tweedy和同事对细胞如何在复杂和分支的路径中穿行整个人体而不迷路进行了描述。Tweedy等人创建了小型的微流体迷宫，观察了活的盘基网柄菌（这是一种土壤变形虫）如何应对这些迷宫。作者发现，当细胞使用“自生趋化”以创建其引诱剂梯度时，它们的穿行功能最佳，该梯度使细胞可以获得大量有关其周围环境的信息。通过分解局部的化学引诱剂梯度，细胞可以知晓某新型引诱剂向周围区域的弥撒，使它们能“看清”拐角周围，甚或能准确地预判分支结点处的正确路径。Tweedy等人断定，这些自生梯度对许多长程细胞过程至关重要，其中包括炎症和生殖细胞迁移。

和人类一样，植物保护自己免受病原体的侵害。在苏黎世大学大学教授Cyril Zipfel领导下的一个国际小组现在发现了植物免疫系统门控：钙通道在与细菌等微生物接触时触发气孔关闭。这种天生的防御机制有助于培育对病原体有抵抗力的作物。每一片植物的叶子上都有数百个小孔，可以与环境进行气体交换。通过吸入二氧化碳、释放氧气和水蒸气，这些气孔对光合作用、植物的生存以及最终地球上所有生命都至关重要。开口的大小是动态控制的，以使植物适应变化的条件，如阳光，干旱和雨水。打开和关闭是通过膨胀和收缩两个所谓的保卫细胞，形成一个环状的边界周围的毛孔。然而，这种快速的钙离子进入细胞的机制在很大程度上是由钙离子引起的。苏黎世大学分子和细胞植物生理学教授Cyril Zipfel说：“介导这种快速钙运动的通道的身份仍然是未知的，并且长期困扰着研究人员。”经过六年的研究，他们的研究填补了这一空白，并确定了模式植物拟南芥中相关的钙通道。植物可以自卫植物研究人员早就知道，当叶子遇到潜在的致病微生物时，它们也会封死舱口。这种反应是植物固有免疫系统的一部分：植物细胞表面的受体识别微生物的典型结构，如细菌鞭毛的一部分。这会导致一系列反应，最终阻止微生物进入和繁殖。其中一种反应是气孔关闭，这相当于关闭了病原体的大门。微生物触发通道开放决定性的线索是，已鉴定的通道蛋白OSCA1.3——具有迄今未知的功能——被植物免疫系统的一个重要组成部分修饰。这种修饰导致OSCA1.3通道的开放，钙离子进入保卫细胞，气孔关闭。Zipfel的团队证明，当拟南芥植物接触到细菌鞭毛的一部分时，这种反应是特别启动的，而细菌鞭毛是植物免疫系统的微生物触发器之一。免疫反应特异性研究人员通过引入几个基因突变来证实这一结果，这些突变破坏了OSCA1.3钙通道的功能。在这些突变的植物中，微生物的触发并没有导致毛孔的闭合。进一步的实验表明，该通道也不会被干旱和盐分，以及其他导致气孔关闭的环境因素激活。“这一发现揭示了第一个植物钙通道在气孔关闭中起作用，”Zipfel说。“有趣的是，这种通道似乎是植物免疫的特异性通道。”因此，他推测，来自同一家族的其他植物钙通道可能对干旱等其他胁迫因子有特异性反应。这将是未来研究的主题。“很明显，这个通道参与了植物的一个重要的免疫反应，”Zipfel说。“因此，这些发现有可能有助于抗病作物的工程化育种。在病原体的实际和重大威胁下，植物可以关闭通常允许危险微生物进入其组织的大门。”

他们发现，在肿瘤发展过程中，细胞的运动方式可以从协调的集体行为转变为个体和混乱的行为。他们刚刚在《Nature Cell Biology》杂志上发表了他们的研究成果。这篇论文由荷兰Radboud大学的肿瘤生物学家彼得•弗里德尔教授指导，与Josef A. K?s教授（莱比锡大学）、Andreas Deutsch教授（图德累斯顿）和Stefano Zapperi教授（米兰大学）领导的研究小组合作。科学家们研究了随着癌症的发展，细胞通常会经历的生物学变化。其中最典型的是上皮粘附分子E-cadherin的降解。换言之：细胞变得不那么“粘”了。研究人员表明，这种降解伴随着组织中迁移类型的改变。癌变程度更高的细胞可以自由地越过同类细胞，而上皮细胞则被它们的邻居“困住”。“长期以来，人们一直认为，在肿瘤发展过程中，细胞‘粘性’的降低会增加这些癌细胞的流动性。我们的国际研究小组证实了这一基本假设，并表明密集的环境可以阻止癌细胞的生长，很明显，肿瘤的侵袭受到局部环境的强烈影响：如果周围组织的阻力减少，单独行动的细胞也会成群结队地移动。在实际研究中，这两种类型的细胞运动都导致了转移。大多数癌症是由覆盖和分离器官的上皮组织发展而来的癌。其功能包括保护和支持。这种上皮细胞在健康条件下不能移动，研究上皮细胞的这种性质，属于一个名为“细胞堵塞（cell jamming）”的新领域。对这种不动性的解释是，这些细胞相互阻碍——类似于交通堵塞中的汽车或沙堆中的单个颗粒。为了转移，癌细胞需要在体内移动的能力。它们的表型在肿瘤发展过程中变为远离上皮行为。利用从病人身上提取肿瘤细胞的实验中，研究人员发现癌细胞在不同的环境中以不同的方式扩散：具有上皮表型的细胞保持在一个封闭的网络中，在这个网络中，它们的运动是协调和集体的。而“粘性”较低的细胞则更易癌变，其内聚力降低，运动更加流畅。单个的，不太“粘”的细胞被分离到周围的组织中，只有当组织密度不太大时才会发生这种情况。莱比锡大学的博士研究者Jürgen Lippoldt说：“这种运动是随机的，与相邻的细胞并不协调。”目前，还需要进一步研究找出在何种情况下哪种迁移方法会导致转移。

抗生素是现代医学最重要的发现之一，自从100年前青霉素被发现以来，已经挽救了数百万人的生命。许多由细菌感染引起的疾病——如肺炎、脑膜炎或败血症——都能用抗生素成功治疗。然而，细菌容易对抗生素产生耐药性，从而使医生难以找到有效的治疗方法，特别是近年来出现的多重耐药且不受大多数抗生素影响的病原体，通常导致致命后果。因此，全世界的科学家都在寻找新的抗生素。哥廷根大学和马克斯-普朗克生物物理化学研究所的研究人员现在描述了一种很有前途的新方法——“抗维生素（antivitamins）”。研究结果发表在《Nature Chemical Biology》杂志上。抗维生素是具有抑制真正维生素功能的物质。一些抗维生素的化学结构与实际维生素的化学结构相似，这些维生素会阻碍或限制“真”维生素的作用。来自哥本哈根大学的Kai Tittmann课题组和Max Planck研究所的Bert de Groot课题组以及德州A&M大学的Tadgh Begley教授一起研究了一种天然抗维生素B1在原子水平上的作用机制。有些细菌能够产生维生素B1的有毒形式，从而杀死竞争的细菌。抗维生素B1仅比天然的维生素B1多一个原子，而且是在看似并不重要的位置，因此这一研究也产生了一个令人兴奋的研究话题：为什么这种变化可以毒死细菌。Tittmann的团队利用高分辨率蛋白质晶体学来研究这种抗维生素是如何抑制细菌中枢代谢的一种重要蛋白质的。研究人员发现，在功能正常的蛋白质中观察到的“质子的舞蹈”被几乎停滞了。“维生素中只要多出一个原子，就如同掺入齿轮中的一粒沙子，阻碍了它的微调机制，”Tittmann解释说。“有趣的是，人类蛋白质能够相对较好地应对抗维生素并继续发挥作用。”化学家de Groot和他的团队利用计算机模拟来找到了原因 “人类的蛋白质要么根本不与抗维生素结合，要么就不会‘中毒’。抗维生素对细菌和人类蛋白质的影响之间的差异，为将来将其用作抗生素提供了可能性，从而创造了新的治疗替代品。”

重度烧伤的人往往会留下大片的疤痕，而且会觉得皮肤发痒和长期紧绷。这是因为在愈合过程中，身体会迅速闭合伤口来预防感染，而不是再生或恢复正常的皮肤组织。近日，由卡尔加里大学Jeff Biernaskie博士领导的研究小组在了解皮肤如何愈合方面取得了重大进展。这项研究成果发表在《Cell Stem Cell》杂志上，有望通过药物治疗大大促进皮肤的再生。Biernaskie教授表示：“我们鉴定出位于真皮层（也就是皮肤深层结缔组织）内的特定祖细胞群。祖细胞的独特之处在于它们能够产生许多新细胞来维持或修复组织。当人们受伤时，这些真皮细胞被激活并增殖，然后迁移到伤口处，在那里产生几乎所有新组织来填充伤口，包括疤痕和再生组织。”研究人员开展了为期五年的研究，以了解为什么某些真皮细胞能够再生新皮肤，而不破坏疤痕组织。他们利用单细胞RNA测序技术（scRNA-seq），对受伤后不同时间的数千个单细胞进行分析，以比较皮肤伤口内的疤痕形成区域和再生区域。他们发现，毛囊间充质祖细胞对伤口修复的贡献很小。相反，以Hic1为标志物的毛囊外祖细胞产生了大量的修复性成纤维细胞，能够介导伤口中心的皮肤再生以及周围的疤痕形成。研究表明，尽管这些细胞有着相同的起源，但伤口内不同的微环境激活了完全不同的基因集合。这也意味着，在伤口再生区域内发现的信号促使那些参与皮肤发育的基因重新激活。而在疤痕形成区域，这些促进再生的程序受到抑制，而疤痕形成程序占据主导地位。研究人员认为，他们有望据此来修改控制皮肤再生的遗传程序。“我们发现，你可以通过药物来改变伤口环境，或直接修改这些祖细胞的遗传学，这两者都能改变祖细胞在伤口愈合过程中的行为。这对伤口愈合有着显著的影响，包括再生新的毛囊、腺体和脂肪，”Biernaskie说。这项研究有助于人们了解伤口愈合过程中驱动疤痕形成的分子信号，同时鉴定出多个遗传信号，它们能够克服纤维化，并促进真正的皮肤再生。“这一原理证明很重要，因为它表明成年人的伤口反应细胞确实具有潜在的再生能力，”Biernaskie说。“现在，我们正在积极寻找可能涉及的其他通路。我们希望开发出一种能够安全用于人类和动物的药物，完全阻止疤痕形成的遗传程序，从而大大皮肤愈合的质量。 

CHILD Cohort研究项目最新指出，补充维生素D对婴儿肠道微生物群有影响。这项发表在《Gut Microbes》杂志上的研究发现，补充维生素D与婴儿三个月大时微生物群的组成变化有关，特别是导致Megamonas菌的低丰度。“维生素D在早期生命中起着重要作用，支持骨骼代谢和婴儿免疫系统的健康发展，”资深作者、阿尔伯塔大学儿科学系教授Anita Kozyrskyj说。“北美的大多数婴儿接受维生素D，无论是作为母乳喂养的补充，还是作为商业婴儿配方奶粉的一种成分，因此我们想了解维生素D与婴儿肠道内主要细菌的存在或数量之间的关系。”研究人员检查了1157名婴儿的粪便样本，他们发现，无论婴儿是如何喂养（母乳喂养还是配方奶喂养），直接补充维生素D滴剂的婴儿都会导致Megamonas菌减少。先前的研究表明，这种细菌与哮喘或呼吸道病毒感染之间可能有联系，因此维生素D可能对儿童健康有额外的益处，值得进一步研究。研究人员还评估了婴儿和母亲补充维生素D与婴儿肠道中艰难梭菌（C.difficile）的存在之间的关系。“有些婴儿肠道内携带引起腹泻的艰难梭菌，但没有任何症状。然而，当肠道细菌的水平变得不平衡时，这种特殊的细菌会繁殖，导致疾病，并增加儿童后期对慢性病的易感性，”第一作者Kelsea Drall评论道。研究发现，近30%的婴儿携带艰难梭菌，但在纯母乳喂养的婴儿中，这种细菌的发病率较低。然而，无论是婴儿补充维生素D滴剂还是母亲在怀孕期间或分娩后补充维生素D，都与艰难梭菌定植无关。“有趣的是，母亲食用维生素D强化牛奶是降低艰难梭菌在婴儿体内定植可能性的唯一因素。”根据Kozyrskyj的说法，婴儿的肠道微生物群在早期经历了迅速的变化。因此，了解在这一关键发育时期婴儿肠道中微生物群落的相关因素是至关重要的。

为了更好地观察周围的世界，动物总是在运动。灵长类动物和人类使用复杂的眼球运动来集中视觉（比如人类在阅读时所做的）；鸟类、昆虫和啮齿动物通过移动头部来实现同样的效果，甚至可以用这种方式估计距离。然而，这些运动是如何在大脑用来“看见”的神经元的复杂电路中发挥作用的，在很大程度上是未知的。这可能是一个潜在的问题领域，因为科学家们创建了人工神经网络来模拟自动驾驶汽车的视觉工作原理。为了更好地理解运动和视觉之间的关系，哈佛大学的一个研究小组研究了当动物可以自由地自由漫游时，大脑中用来分析图像的主要区域之一发生了什么。周二发表在《Neuron》杂志上的这项研究结果表明，初级视觉皮层的图像处理电路不仅在动物移动时更活跃，而且它们接收来自大脑运动控制区域的信号，该区域独立于处理动物所看到的东西的区域。事实上，研究人员描述了视觉皮层中两组与运动相关的模式，它们是基于头部的运动以及动物是在光明还是黑暗中。这项与运动有关的发现出乎意料，因为视觉往往被认为是一种前馈计算系统，视觉信息通过视网膜进入，在单向运行的神经回路上传播，逐块处理信息。研究人员在这里看到的更多证据表明，视觉系统有更多的反馈组件，其中信息可以以相反的方向传播，这比我们想象的要多。这些结果提供了一个微妙的一瞥，神经活动如何在大脑的感觉区域工作，并重写了教科书中的大脑视觉模型。哈佛医学院神经生物学系博士后研究员、该研究的主要作者Grigori Guitchounts说：“在视觉皮层中看到这种（与运动有关的）信息真的令人惊讶，因为传统上人们认为视觉皮层只处理图像。”“大脑在某种程度上需要协调感知和行动，”Guitchounts说。“你需要知道什么时候感觉输入是由你自己的行为引起的，而不是由世界上其他事物引起的。”在这项研究中，Guitchounts与前分子和细胞生物学系教授David Cox，博士后研究员Steffen B.E.Wolff合作进行了这项研究。这项工作于2017年开始，2019年结束，当时Guitchounts是Cox实验室的研究生。该论文的预印本于1月出版。过去视觉实验的典型设置是这样工作的：给小鼠或猴子等动物注射镇静剂，将它们的头固定在固定的位置，然后给予视觉刺激，比如照片，这样研究人员就可以看到大脑中哪些神经元有反应。这种方法是由哈佛大学的科学家David H. Hubel和Torsten N. Wiesel在20世纪60年代首创的，1981年他们因此获得了诺贝尔医学奖。自那以后，许多实验都遵循了他们的模型，但没有阐明运动是如何影响分析神经元的。在这项最新的实验中，研究人员想探索这一点，于是他们观察了10只小鼠。科学家们把每只鼠放在一个围栏里，这个围栏是它的家的两倍，并连续记录它们的头部运动。通过植入电极，他们测量了小鼠移动时初级视觉皮层的大脑活动。一半的录像是在灯亮的情况下拍摄的。另一半被记录在完全黑暗中。研究人员想比较有视觉输入时和没有视觉输入时视觉皮层的活动。为了确保房间漆黑一片，他们用胶带封住了任何能让光线进来的缝隙，因为老鼠在晚上的视力是出了名的好。数据显示，平均来说，在黑暗中，小鼠运动时视觉皮质的神经元比休息时更活跃。这让研究人员措手不及：在一个漆黑的房间里，没有视觉数据可供处理。这意味着活动来自运动皮层，而不是外部图像。研究小组还注意到，在运动过程中，视觉皮层的神经模式在黑暗和光明中是不同的，这意味着它们没有直接的联系。一些在黑暗中准备激活的神经元在光线下处于一种睡眠模式。研究人员使用机器学习算法对两种模式进行编码。这样他们不仅可以通过观察小鼠视觉皮层的神经活动来判断小鼠头部的运动方式，而且还可以在小鼠移动之前的几百毫秒内预测出这种运动。研究人员证实，这些运动信号来自大脑的运动区域，主要集中在第二运动皮层。他们在几只小鼠身上进行了手术破坏，然后再次进行实验。大脑这一区域受损的小鼠不再在视觉皮层发出信号。然而，研究人员无法确定信号是否来自第二运动皮层。他们说，可能只有在它经过的地方。此外，科学家们指出了他们发现的一些局限性。例如，他们只测量头部的运动，而不测量眼睛的运动。这项研究也以夜间活动的啮齿动物为基础。它们的视觉系统与人类和灵长类动物有相似之处，但复杂性不同。尽管如此，这篇论文增加了新的研究思路，而且这一发现有可能应用于控制机器视觉的神经网络，比如自动驾驶汽车。“这一切都是为了更好地理解视觉是如何工作的，”Guitchounts说。“神经科学正在进入一个新的时代，在这个时代里，我们明白感知和行动是相互交织的循环……没有知觉就没有行动，没有行动就没有知觉。我们现在有技术来衡量这一点。”

来自加州大学圣地亚哥分校的一项新研究表明，丝氨酸棕榈酰转移酶（serine palmitoyl-transferase）可以用作减少肿瘤生长的代谢反应“开关”。这一发现公布在8月12日的Nature杂志。研究小组通过限制饮食中的氨基酸——丝氨酸和甘氨酸，或在药理上靶向丝氨酸合成酶磷酸甘油酸脱氢酶，成功诱导肿瘤细胞产生了有毒脂质，从而减缓小鼠的癌症进程。研究人员表示，之后还需要进行进一步的研究，确定如何将该方法是否可以用于患者。在过去的十年中，科学家们发现从动物饮食中去除丝氨酸和甘氨酸会减缓某些肿瘤的生长。但是，大多数研究团队都集中研究了这些饮食如何影响表观遗传学，DNA代谢和抗氧化活性上。而来自加州大学圣地亚哥分校和Salk生物研究所的研究人员发现，这些干预措施对肿瘤脂质，特别是在细胞表面的脂质产生了巨大的影响。文章作者Christian Metallo说：“我们的工作凸显了新陈代谢的复杂性，以及在考虑采用这种新陈代谢疗法时，跨多种生化途径理解生理学的重要性。”在这种情况下，丝氨酸代谢是研究人员的重点。丝氨酸棕榈酰转移酶（SPT）通常使用丝氨酸制造称为鞘脂的脂肪分子，这对于细胞功能至关重要。但是，如果丝氨酸水平较低，则该酶的作用发生变化，可以使用其他氨基酸（如丙氨酸）作为底物，从而产生有毒的脱氧神经鞘氨醇。研究小组在检查了某些酶与丝氨酸的亲和力，并将它们与肿瘤中丝氨酸的浓度进行比较后，决定了这一研究方向。Metallo说：“通过将丝氨酸限制与鞘脂代谢联系起来，这一发现可能使临床科学家能够更好地确定哪些患者的肿瘤对靶向丝氨酸的疗法最敏感。”这些有毒的脱氧神经鞘氨醇在“anchorage-independent”条件下能最有效地减少细胞的生长，在这种情况下，细胞无法轻易粘附在体内肿瘤生长的表面上。为了更好地了解脱氧神经鞘氨醇对癌细胞有毒的机制，以及它们对神经系统的影响，研究人员认为有必要进行进一步展开研究。在最新这项研究中，研究小组向异种移植模型小鼠喂了低丝氨酸和甘氨酸的饮食。他们观察到，SPT转化为丙氨酸时，会产生有毒的脱氧神经鞘氨醇而不是正常的鞘脂。此外，研究人员还使用氨基酸类抗生素myriocin抑制了饲喂低丝氨酸和甘氨酸饮食的小鼠的SPT和脱氧神经鞘氨醇合成，结果发现肿瘤的生长得到了改善。Metallo指出，长期剥夺丝氨酸生物会导致神经病变和眼部疾病。去年，他领导了一个国际团队，确定降低的丝氨酸水平和脱氧神经鞘氨醇的积聚是一种罕见的黄斑病（称为2型黄斑毛细血管扩张症，MacTel）的关键驱动因素。这项工作发表在《新英格兰医学杂志》上。然而，丝氨酸限制或用于肿瘤治疗的药物治疗不需要长时间的诱导动物，或与年龄有关的疾病的神经病的治疗。

在囊性纤维化（CF）患者中，几种不同种类的细菌可引起肺部感染。铜绿假单胞菌可引起肺炎，通常在婴幼儿期感染，并持续终生，而洋葱伯克霍尔德菌复合种只感染青少年和成人。虽然伯克霍尔德菌感染很少见，但一旦感染，就会致命。现在，由北卡罗来纳大学医学院微生物学和免疫学系教授Peggy Cotter博士领导的北卡罗来纳大学医学院的科学家们发现了这种病原体明显的年龄偏好的原因。这项发表在《Cell Host & Microbe》杂志上的研究表明，假单胞菌和伯克霍尔德菌都使用被称为VI型分泌系统（T6SS）的有毒武器来相互竞争并建立对彼此的支配地位。科学家有可能瞄准或模仿这种武器，在细菌对病人的肺部造成无法弥补的伤害之前击败它们。长期以来，科学家一直想知道为什么伯克霍尔德菌不会感染婴幼儿。第一作者和前科特实验室研究生Andrew Perault设计并进行了实验，以证明从婴儿和幼儿身上分离出来的假单胞菌能够使用鱼叉状T6SS向竞争对手（包括伯克霍尔德菌）发射毒素，并将其杀死。“这可能是伯克霍尔德菌不能在年轻患者中生根的原因之一，”Cotter说。“安迪指出，尽管伯克霍尔德菌也能产生T6SS，但它们不能有效地与年轻CF患者的假单胞菌相竞争。”然而，但是当这些假单胞菌适应了CF患者肺部的生活，它们逐渐失去了产生T6SS和与伯克霍尔德菌抗争的能力。伯克霍尔德菌就会利用自己的T6SS反击，杀死假单胞菌并建立感染。“我们相信我们的研究结果，至少在一定程度上可以解释为什么伯克霍尔德菌感染仅限于老年CF患者，”Perault说。“似乎至少有一些假单胞菌进化到在CF肺中持续存在时，它们也会逐渐失去T6SS，从而失去与伯克霍尔德菌相比的竞争优势。”科学家认为伯克霍尔德菌T6SS是促进这些病原体感染CF患者能力的一个重要因素。因此，研究人员有可能开发出针对这些分泌系统的治疗方法来预防感染。此外，评估CF呼吸道内常住假单胞菌群的T6SS潜力可以预测患者对潜在致命伯克霍尔德菌感染的易感性。

喙头蜥（tuatara）是新西兰标志性的陆生脊椎动物，从三叠纪到现在一直没怎么进化，被人称为爬行动物中的“活化石”。在2.5亿年前，这种动物还有不少亲戚，但只有它们活到了现在。因此，对喙头蜥的深入研究有助于我们了解羊膜动物的进化。近日，新西兰奥塔哥大学、欧洲生物信息学研究所（EMBL-EBI）等机构的研究人员与毛利部落信托基金会Ngatiwai Trust合作，对喙头蜥（Sphenodon punctatus）基因组进行了测序、组装和分析。这项成果于8月5日发表在《Nature》杂志上。北亚利桑那大学的助理教授Marc Tollis表示：“我们发现，喙头蜥基因组在长时间内积累的DNA替换比其他爬行动物要少得多，它的分子钟也比有鳞类爬行动物要慢得多，但比乌龟和鳄鱼快。”他将喙头蜥比作丰田卡罗拉，“没什么特别，但非常可靠”。对于喙头蜥在进化树上的位置，长期以来一直存在着争议。一些人认为喙头蜥与鸟类、鳄鱼和乌龟的亲缘关系更近，而另一些认为它们与蜥蜴和蛇有着共同祖先。新的研究将喙头蜥与蜥蜴和蛇放在一起，但它们从2.5亿年前开始就单独成为一个分支。“以可靠的方式证明喙头蜥的系统发育位置是令人兴奋的，但是我们认为这项研究的最大成就是获得了遗传代码，并开始探索哪些因素让它如何与众不同，这有助于我们更好地保护这种活化石，”通讯作者、奥塔哥大学的教授Neil Gemmell谈道。喙头蜥的寿命可达100岁以上，人们很想了解它们为何如此长寿。在检查一些与阻止衰老有关的基因后，研究人员发现喙头蜥拥有的这类基因比其他脊椎动物（包括人类）更多。这有望提供线索，帮助人类提高对疾病的抵抗力。喙头蜥基因组以及这种动物本身，都有许多独特的特征。首先，科学家发现了1.5亿年前的喙头蜥化石，发现它们的外观竟然与现在的动物完全相同。这些化石可追溯到三叠纪的早期，当时恐龙才刚刚开始在地球上漫步。“喙头蜥的基因组实际上是一台时间机器，让我们能够了解在几亿年前称霸地球需要哪些遗传条件。”他说。这种动物的基因组有助于人们更好地了解羊膜动物的基因组。尽管现代鸟类是恐龙的后代，但它们并不适合此类研究，因为鸟类基因组已经丢失了大量的DNA。他们发现，喙头蜥的基因组大约为5 Gb，比包括人类在内的大多数脊椎动物要大得多。它的基因组中包含独特的重复DNA段，但功能未知。这些重复序列由转座元件（31%）和低拷贝数片段重复（33%）组成。此外，喙头蜥还具有根据温度来确定性别的能力，也就是说，一窝卵中雄性与雌性的比例取决于它们孵化时的温度。它们还有着神奇的“第三只眼”，其实这是一个感受光线的器官。哺乳动物的第三只眼已经完全被头骨盖住，但下方有松果体，可以帮助维持昼夜节律。喙头蜥的基因组测序为四足动物的深入比较分析以及喙头蜥的研究和保护提供了宝贵资源。通过这张基因组蓝图，人们能够更好地了解包括鸟类、爬行动物和哺乳动物在内的羊膜动物的进化。

一毫米一毫米，你的头发正在建立你的饮食档案。我们的头发是由食物中的氨基酸构成的，因此可以保留食物中蛋白质的化学痕迹，这个痕迹甚至可以显示你是喜欢素食汉堡还是双层培根芝士汉堡。来自犹他大学研究人员领导的一项研究发现，头发记录可以揭示社会经济状况（SES）饮食的差异，SES较低的地区显示出来自饲喂动物的蛋白质比例更高。作者写道，这是一种评估社区饮食和健康风险的方法。这一研究发表在《美国国家科学院院刊》上。文章作者，Jim Ehleringer教授说：“这些信息可以量化饮食趋势，我们希望看到公共卫生领域利用头发同位素调查来评估饮食模式。”同位素线索从1990年代开始，Ehleringer，Denise Dearing和Thure Cerling等人就开始研究如何在头发上反映出哺乳动物饮食的痕迹。不同的食物来源具有不同比例的稳定同位素，当食物分解成氨基酸时，食物中存在的同位素（包括碳和氮的同位素）会进入人体的各个部位，包括头发。头发知道为了收集样本，研究人员去了美国65个城市的理发店和发廊。他们还从盐湖谷地的29个地区收集了样本，深入研究了单个城市地区。理发师和沙龙老板都表示支持，“他们将让我们去垃圾箱找出一两根头发，然后将它们分类为代表个人的可识别簇。”这种采样技术对个体的年龄，性别，收入，健康状况或其他任何因素都是随机的，他们总共收集了代表近700人的样本。结果表明，在地方和全国范围内，出现了头发同位素变化。研究人员发现，在该变化范围内，碳同位素值与收集样品的生活成本相关。这组作者发现在较低SES地区中，玉米样同位素的特征更为明显，而且样品中的食肉者主要是从玉米饲喂的动物中获取蛋白质，这很可能是通过浓缩动物饲养获得的。此外作者使用驾驶执照数据计算特定的体重指数趋势，发现同位素比率也与肥胖率相关。他们写道，这得出了饮食，SES和健康之间的潜在联系。因此Ehleringer认为，头发同位素分析可以作为评估社区健康风险的工具。在2008年，Ehleringer，Cerling及其同事发表了研究结果，结果表明，头发中的同位素组成可以通过饮用的水中的同位素来追踪人的迁移。对于在集中的动物饲养操作中饲养的牲畜，它们食用的玉米被摄入其组织。玉米属于一组称为C4的植物，其中包括甘蔗，并且其光合作用不同于C3植物，C3植物包括豆类和蔬菜。因此，如果你吃了吃玉米的蛋白质，那么构成头发的氨基酸的同位素比率将更像玉米。如果蛋白质更多地来自植物或食用C3植物的动物，那么你的头发将具有更像C3植物的同位素特征。