近日，中国和美国的多个研究机构利用单细胞测序技术剖析了卵巢衰老的分子机制，确定了人类及其他灵长类动物卵巢衰老的生物标志物，为开发延缓卵巢衰老及相关疾病的干预策略奠定了理论基础。这篇题为“Single-Cell Transcriptomic Atlas of Primate Ovarian Aging”的文章于1月30日在线发表于《Cell》杂志上。通讯作者包括中科院动物研究所的刘光惠和曲静、北京大学生命科学院的汤富酬以及美国索尔克研究所的Juan Carlos Izpisua Belmonte。“这项研究有助于人们在单细胞分辨率下全面了解灵长类动物卵巢衰老的具体机制，”刘光惠研究员在一份声明中表示，指出这些发现“有望推动新工具的开发，帮助衰老的卵巢细胞再生”。研究人员从四只年幼和四只年老的食蟹猴中获取了2,500多个卵巢细胞，并利用一种改良的单细胞标记逆转录（STRT）测序方法来评估其转录组。根据基因表达的不同，他们发现七种细胞类型。在衰老的非人类灵长动物中，他们发现卵母细胞的表达在不同的发育阶段发生了变化，包括抗氧化和应激反应通路中基因活性的下降。他们随后对21岁至46岁的健康女性开展分析。通过活性氧分析、基于siRNA的基因敲低实验或卵巢颗粒细胞的RNA测序，他们发现人类卵巢衰老经历了类似的分子变化。过去的研究表明，女性的生育能力在快到绝经期的阶段会有所下降。不过，人们还没有充分研究过与女性生育能力下降相关的卵巢表达变化。于是，这项单细胞分析应运而生。中国科学院动物研究所干细胞与衰老研究组组长曲静称：“我们的目标是分析每种卵巢细胞类型及其基因表达模式，以便更好地了解卵巢的确切年龄。这种系统的方法有助于深入了解健康卵巢的衰老机制。研究人员从四只年幼猴子（4-5岁）和四只年老猴子（18-20岁）体内分离出2,600个卵母细胞和体细胞，并利用多重STRT-seq开展单细胞RNA分析。猕猴一般在25岁左右绝经，因此这里分析的年老猴子处于绝经前或绝经期。对于非人类灵长动物，研究人员发现数十个基因的表达在年老动物中升高或降低。他们特别关注了卵母细胞和颗粒细胞中抗氧化基因（如IDH1和NDUFB10）的年龄相关表达变化，这表明抗氧化通路的活性和足够的应激反应可能有助于卵巢产生有功能的卵细胞。同样地，对于人类颗粒细胞，研究人员发现IDH1和NDUFB10水平的降低会导致细胞增殖减弱。这些结果表明老年女性的细胞内活性氧和细胞凋亡的增加，并且细胞的表达谱在某种程度上与非人类灵长动物的表达谱重叠。这项研究加深了人们对卵巢组织结构增龄性变化的认识，解析了衰老过程中不同卵巢细胞类型的易感性及易感分子，提供了灵长类卵巢衰老的潜在调控靶标信息，为预警卵巢衰老及女性生殖力下降提供了新的生物标志物

自武汉爆发新型冠状病毒肺炎疫情以来，每天不断上升的病例数字牵动着所有人的心。全国乃至全世界的科学家都在想方设法阻止病毒的传播。据《Nature》报道，尽管病毒来源以及传播方式等关键细节仍未知，但专家们正根据目前知道的消息来预测最好情况和最坏情况。病毒会感染多少人？为控制新型冠状病毒的传播，武汉在1月23日发布了“封城”决定。不过，确诊病例的数字一直在上升。根据卫健委网站发布的消息，截至2月2日24时，31个省（自治区、直辖市）和新疆生产建设兵团累计报告确诊病例17205例，疑似病例21558例。香港大学流行病学家Ben Cowling认为，在最好的情况下，由于控制措施开始起作用，感染人数将减少。不过，现在断言人员隔离和佩戴口罩是否奏效还为时过早。他表示，这种病毒的潜伏期（长达14天）比大多数控制措施的实施时间还要长。根据另一种预测模型，在最坏的情况下，武汉的感染人数可能会达到19万。科学家们特别担心在中国境外爆发疫情。目前，新型冠状病毒已传播到越南、日本、德国和美国的小范围本地人群中，但有关部门迅速隔离了受影响的人。截至目前，中国境外的病例已超过100例。病毒会持续存在吗？当病毒在社区内不断传播时，人们就称之为地方性的。引起水痘和流感的病毒在许多国家都是地方性流行，但人们可以通过注射疫苗以及让生病的人呆在家中而控制疫情的爆发。现在的问题时，新型冠状病毒是否也会留下来。如果遏制它的行动失败了，那么它很有可能成为一种地方病。与流感一样，每年都会随着病毒的传播而导致死亡，直到人们开发出疫苗。如果病毒可通过被感染但无症状的人传播，那么控制它的传播将更为困难。目前有几例感染者没有症状，但尚不清楚这种无症状或轻度症状的病例是否常见，以及他们的传染性如何。昆士兰大学的病毒学家Ian Mackay表示：“我们可能正面对一种与我们长期共存的病毒，也许是永远。”“如果控制措施有效，且传播速度减慢，每个感染者最多只感染一个人，那么当前的疫情就会逐渐减退，”Cowling说。病毒会发生改变吗？一些研究人员担心，随着中国新型冠状病毒的传播，病原体可能会不断发生突变，从而使其更有效地传播，或者更容易在年轻人中引起疾病。目前，该病毒已引起了严重的疾病和死亡，但主要是在老年人中，尤其是那些已经患有糖尿病和心脏病的。到目前为止，最年轻的死亡病例是一名36岁的武汉男子，其健康状况未知。斯克利普斯研究所（Scripps Research）的传染病研究人员Kristian Andersen并不担心这种病毒会变得更具毒性。他表示，病毒在其生命周期内会不断发生突变，但这些突变通常不会让病毒的毒性变得更强或引起更严重的疾病。“我想不出之前的任何例子，”他说。在病毒从一种动物宿主转移到另一种动物宿主的情况下（这也许是新型冠状病毒感染人类的方式），它们可能面临选择压力，希望提高在新宿主中的存活率，但这很少会对人类疾病或病毒的传播能力产生影响，Andersen表示。大多数突变对病毒有害或无效。2018年的一项关于SARS的研究表明，病毒在2003年爆发期间持续存在的突变会降低其毒力。病毒会导致多少人死亡？在爆发过程中，人们很难计算出病毒的致死率（即感染者死亡的比例），因为新增病例和死亡病例都在不断更新。到目前为止，在17205例确诊病例中有361例死亡，新型冠状病毒的致死率预计在2-3%。这明显低于SARS病毒，后者的致死率大约在10%。英国利兹大学的病毒学家Mark Harris表示，随着更多轻度和无症状病例的发现，新型冠状病毒的致死率可能会降低。人们正在寻找针对新型冠状病毒的药物和疗法。美国首例新型冠状病毒肺炎确诊患者在使用一种抗病毒新药瑞德西韦（Remdesivir）后，症状迅速改善，引发广泛关注。人们还在测试两种HIV药物，这些药物靶向了帮助冠状病毒复制的蛋白质。此外，一些国家研究小组也在开发疫苗。死亡人数还取决于医疗系统如何应对大量病例。给患者输液并提供呼吸机，这可以确保患者体内的免疫系统在抵抗病毒时，有足够的体液和氧气。澳大利亚国立大学的传染病专家Sanjaya Senanayake表示，中国正在武汉建立两家新医院，以容纳被感染的人，但如果这种病毒传播到资源匮乏的地区，如非洲的某些地区，则当地的医疗系统可能会陷入困境。1月30日，世界卫生组织的总干事Tedros Adhanom Ghebreyesus在日内瓦举行新闻发布会，说明新型冠状病毒感染的肺炎疫情已构成国际关注的突发公共卫生事件，又称国际公共卫生紧急事件（PHEIC）。他主要担心的是该病毒有可能传播到医疗系统较弱的国家，而这些国家对处理该病毒的准备不足。如果病毒传播到世界各地，则死亡人数将是可观的。悉尼大学的专家Adam Kamradt-Scott表示，目前2-3%的致死率虽然不如SARS高，但对于传染病而言仍然很高。1918年西班牙大流感造成全世界约10亿人感染，2500万-4000万人死亡，其全球致死率大约为2.5%。他认为，中国的新型冠状病毒与之不同，因为它通常不会感染或杀死健康的年轻人。

香港中文大学卢煜明（Dennis Lo）教授领导的研究团队近日从孕妇血浆中鉴定出母亲和胎儿的环状游离DNA，这为无创产前检测提供了一种新型的生物标志物。这项成果于1月3日发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上。早在十年前，卢煜明教授就发现，利用母体的血浆样本能够获得胎儿的全基因组图谱，这项重要的成果成为无创产前检测（NIPT）的里程碑。不过，之前的研究主要是基于线性DNA片段。尽管在小鼠血浆中曾观察到染色体外环状DNA（eccDNA），但尚未在孕妇血浆中检测到这种分子。卢煜明及其同事此次从孕妇血浆中分离出eccDNA分子并开展测序。他们发现，胎儿来源的eccDNA分子通常比母体来源的分子更短。鉴于eccDNA对核酸外切酶的耐受性更好，故比线性DNA更稳定。“母体血浆中的eccDNA为迅速发展的无创产前检测领域增添了新工具，”作者在文中写道。图 eccDNA的鉴定流程（图片来自原文）在这项研究中，研究人员分析了五名孕妇的血浆DNA。在富集了环状DNA之后，他们利用限制性内切酶MspI将其线性化，接着利用Illumina的HiSeq 1500/2500平台对eccDNA分子进行测序。利用母体和胎儿特异性SNP，研究人员确定了eccDNA分子的来源。他们发现，胎儿来源的eccDNA分子通常比母体来源的eccDNA分子更短，平均长度约为202 bp，而母体eccDNA的平均分子量约为338 bp。他们指出，这与线性游离DNA的结果一致。不过，他们怀疑限制性内切酶MspI的消化影响了可以分析的eccDNA部分。为了证实他们的结果，他们还使用了一种标签片段化（tagmentation）的方法，从另一组五名孕妇中分离并分析eccDNA。与限制性内切酶方法相比，这种方法鉴定出的eccDNA分子要多得多，而胎儿eccDNA同样小于母体eccDNA。之后研究人员将eccDNA定位回基因组，发现他们集中在5’-非翻译区、外显子区和CpG岛区域，表明环状DNA并不是从基因组中随机产生的。eccDNA中也存在反复出现的模式：起始位点和终止位点的两侧均伴有三核苷酸motif序列，中间存在4 bp的间隔区。他们在进一步分析这些模式后表明，双链DNA形成eccDNA的机制是同源重组和微同源介导的末端连接。不过，研究人员也指出，基于限制性内切酶和标签片段化的方法都会选择性地作用于双链DNA，这可能导致他们低估单链eccDNA的存在。卢煜明及其同事认为，由于环状DNA比线性DNA更为稳定，来自母体血浆的eccDNA最终有望成为生物标志物。在未来的研究中，他们有意探索各种妊娠相关疾病的eccDNA图谱的异常，比如先兆子痫和早产

哥本哈根大学的科学家们发现了一种机制，干细胞在沿着DNA的精确位点上组合了数组特定的蛋白质。当这几组特定的蛋白质组合到一起时，大门被打开，几组特定的基因由此获得利用，赋予了细胞新身份。科学家们现在确定了其中的一种组合，其沿路驱动细胞使得它们变为了肝脏和胰腺之类的器官。这一最新的研究有可能引导科学家们更好地了解，如何在实验室中生成可用于1型糖尿病治疗的胰岛素分泌细胞。这一研究工作发布在Cell Stem Cell杂志上。在哥本哈根大学DanStem中心Henrik Semb的领导下，科学家们揭示了新细胞身份的获取机制；一些细胞响应来自周围环境的信息，转而在DNA的某些特定位置上激活了特异的蛋白质组合，开启了遗传程序。助理教授Karen Schachter说：“我们将一种特殊的化合物添加到培养基中，促进了生成一些新细胞类型。只有少数的蛋白质可以译解这一化合物传递的信息。我们随后沿着细胞的DNA寻找了被化合物激活的蛋白质所在的位置。利用另一种化合物我们重复了这一实验，由此了解了这些反应的特异性，并将细胞朝着不同的细胞命运定向时决定利用的一些基因进行了分类。”人类多能干细胞研究领域的焦点一直都放在寻找正确的药物或化合物组合，利用它们来驱动培养皿中细胞转变为特定细胞类型这一方向上。“然而却没有去了解这些化合物激活一些基因，赋予细胞特殊身份的机制，导致了不同实验室采用的方法重复性差。这就好比，如果你采用预混合粉来烤蛋糕，你用完了一种重要的成分，又不知道如何替代它的作用，你将会面临一些问题。我们相信，我们的研究提供的一些有用的信息将会帮助更好地认识配方，因此我们可以一种更可控的方式来生成功能性细胞，”博士后Nina Funa说。由于干细胞团体将太多注意力都放在实验室生成治疗用细胞上，因此DanStem中心的科学家们强调继续开展这类重要基础研究工作非常的重要。“我们的最终目标是了解干细胞做出选择的机制，这还可以帮助提高那些将干细胞投入临床应用的研究工作的质量，”Funa说。

来自希伯来大学的博士后Ronny Helman，在Ittai Ben-Porath博士以及Yuval Dor教授等人发现，一个导致衰老的细胞程序，也可以给小鼠和人类的胰岛素β细胞和胰岛素生产，带来意想不到的好处。这一发现公布在Nature Medicine杂志上。在这项研究中，研究人员检测了一个名叫p16的基因的活性，已知该基因可激活细胞中一个称为衰老的程序。衰老可阻止细胞分裂，因此对于癌症的预防起重要作用。在衰老过程中，p16基因在人类和小鼠胰腺β细胞中的活性增加，并限制了它们分裂的潜能。这种活性被认为是有负面影响的——这些细胞如果缺乏这种能力就可以导致糖尿病，因为β细胞是负责分泌胰岛素的细胞，当血糖水平很高时，它们的损失会导致糖尿病。然而，衰老的β细胞是否可以继续发挥作用，还是完全未知的。研究人员惊讶地发现，在正常的衰老过程中，p16和细胞衰老实际上可改善β细胞的主要功能：葡萄糖刺激之后的胰岛素分泌。因为在小鼠的正常老化过程中，胰岛素分泌增加，并且是由p16活性升高所驱动的，因此这些细胞当中的一部分实际上开始发挥更好的作用。研究人员还发现，糖尿病小鼠β细胞中的p16激活和衰老，可促进胰岛素分泌，从而部分逆转疾病和改善小鼠的健康。在人类细胞中进行的类似实验表明，衰老诱导的胰岛素分泌增强，在小鼠和人类之间是保守的，并指出在这两种生物中p16基因是主要的驱动因子。Ittai Ben-Porath博士指出：“细胞的衰老通常被认为是细胞失去其功能的一种状态，并有助于组织老化和疾病。因此，当我们观察到，当β细胞在正常老化过程中进入这一状态时，该程序可让它们的功能更好，而不是更糟，我们感到非常的出乎意料。”Ronny Helman在希伯来大学从事博士后研究的时候，完成了这项研究，他指出：“这些研究结果表明，我们所说的衰老实际上是一个连续的过程，从一个成熟的过程开始——这个过程实际上可提高细胞和组织的功能，以损害再生潜能为代价。这对于我们如何考虑糖尿病中的β细胞功能和障碍，有着重要的影响。”这些研究结果的新颖之处在于，它们首次表明，在健康衰老的过程中，β细胞的功能实际上得以提高，至少在某些方面。这项研究还为“在衰老过程中β细胞发生了什么，即它们的分裂和再生能力、以及发挥作用的能力之间的一个权衡”，提供了一个基本的了解。更普遍的是， p16和细胞衰老——直到现在都被视为对损伤、压力和肿瘤发展的应激，但在胰岛β细胞的情况中，实际上随着年龄的增长，它们也调节正常功能组织的成熟，。衰老可调节胰岛素分泌，这一发现可能对糖尿病的理解和治疗有着广泛的意义。它突出了β细胞功能和胰岛素分泌增强的一个新机制，并表明，影响细胞分裂和衰老的药物，可能影响β细胞功能，变得更好或更坏。目前给癌症患者的药物，可以诱导衰老，但它们对胰岛素分泌的影响，并没有得到很好的研究。鉴于这些研究结果，我们可以想象，可激活衰老的工具，应该可以实现更好的糖尿病治疗。

磷脂是构成细胞膜系统的主要骨架分子，由磷脂构成的膜系统除了将细胞与外环境分开，还将细胞内的不同区域进行分隔增加代谢的效率。除了组成膜系统，磷脂及其修饰物在调控多种细胞内过程中具有特异性的生理作用。磷脂酰丝氨酸是在细胞内质网上合成，并通过脂转运蛋白在不同膜接触位点（membrane contact site）将其转运到细胞膜上和线粒体中。磷脂酰丝氨酸合成代谢调控缺陷会导致发育缺陷，而转运缺陷会导致非酒精性肝病。然而，其在细胞内的生理机制仍知之甚少。中国科学院遗传与发育生物学研究所黄勋研究组以果蝇作为模式物种研究脂类代谢及其调控生理稳态的机制。最新的研究揭示了磷脂酰丝氨酸代谢在维持细胞内不同稳态过程中的独特作用。发现敲降磷脂酰丝氨酸合酶导致多种细胞稳态失衡，主要表现在细胞生长受限、细胞中性脂累积和线粒体缺陷。研究人员进一步研究发现磷脂酰丝氨酸代谢途径分别通过影响细胞膜Akt激活、中性脂和磷脂合成代谢平衡和线粒体内膜磷脂酰丝氨酸水平影响细胞内的稳态过程。磷脂酰丝氨酸代谢在维持细胞内不同稳态过程中的作用。此外，研究还发现细胞内不同磷脂酰丝氨酸转运途径之间存在平衡，为治疗相关非酒精性肝病提供新的策略。该成果于2019年12月26日正式发表于PLoS Genetics上(DOI:10.1371/journal.pgen.1008548)。文章标题为“Phosphatidylserine synthase regulates cellular homeostasis through distinct metabolic mechanisms”。黄勋研究员为本文的通讯作者，丁梅、税光厚实验室参与了部分研究工作。该研究获得科技部、国家自然科学基金等的资助。 

埃默里大学的神经科学家于山平（Shan Ping Yu）说，细胞移植疗法为中风后的恢复提供了一种有希望的途径，但是移植后的细胞面临严峻的环境，自由基和促炎性细胞因子水平升高，血液供应受损，神经连通性下降。他和他的同事希望能建立一种新方法，帮助干细胞在植入后与宿主神经回路整合。这一研究发现公布在Journal of Neuroscience杂志上。科学家早就知道，刺激移植的神经干细胞能帮助它们分化为神经元，与附近的宿主细胞连接。为此许多研究人员希望利用光遗传学激发移植的干细胞，但是由于光在致密组织中的传播很差，因此该技术要求研究人员将激光照射到受试者的大脑中。因此在这项研究中，研究人员转而使用一种能使萤火虫和水母发光的酶：萤光素酶。于教授表示：“这些蛋白质自身可以发光，因此它们不需要光源。”首先，研究人员将源自诱导性多能干细胞（iPSC）的神经祖细胞注射到中风小鼠模型的大脑中。这些细胞经过基因工程改造后可以表达一种融合蛋白，称为发光蛋白3（LMO3），该融合蛋白是由生物发光酶Gaussia荧光素酶和光敏蛋白VChR1合成的。LMO3通过物理光或称为CTZ的分子而激活，该分子可以通过鼻子无创地输送到大脑组织中。融合蛋白可以连接到神经元的兴奋性或抑制性通道上，刺激或抑制细胞功能。于教授等人称这种新技术为“光化遗传学（optochemogenetics，生物通注）”。研究人员每天用CTZ治疗部分注射iPSC的小鼠，而另一组则接受光刺激。与移植到没有受到任何刺激的小鼠体内的细胞相比，两组经过治疗的动物的细胞与周围神经元的连接更多。而且受CTZ或光刺激的细胞还生长了更多的绝缘轴突，神经元之间的信号传输速率增加了，也更好地修复了丘脑和皮层之间受损的连接。一系列的行为测试表明，经过治疗的小鼠在数周内也恢复了之前丧失的感觉运动功能，除其他参数外，还显著改善了其敏捷性。于教授说：“在某些任务上，它们甚至可以恢复到正常的（中风前）水平，这是非常令人兴奋的结果。”德州大学生物医学研究所的神经科学家Marcel Daadi说，促进细胞存活仍然是基于干细胞的中风治疗的主要挑战。能够通过鼻腔给药来刺激干细胞是“确保药物广泛分布，刺激几乎所有移植细胞的聪明方法。”Daadi说，如果这种方法证明对人类可行，那么也可以用于除中风治疗之外的其他应用，例如，帮助重建因帕金森氏病或脑外伤而受损的神经回路。  

结核病（TB）是一种古老的疾病，是全球导致死亡的主要传染病原因，然而，世界上唯一获得许可的结核病疫苗：卡介苗Bacille Calmette-Guerin（BCG）却是一个世纪前开发的。卡介苗通过皮内注射婴儿，可以防止婴儿患上传染性结核病，但在预防无论是青少年还是成年人的肺结核方面却效果不佳。近期，来自美国国立卫生研究院过敏与传染病研究所（NIAID）的研究人员及其同事发现，只需将剂量和给药方式从皮内（ID）更改为静脉内（IV），可以大大提高疫苗保护已经接触结核分枝杆菌（Mtb）后的猕猴免受感染的效果。这些发现为了解结核感染和针对疾病的疫苗保护机制提供了新的认识。此外，这项研究还支持在临床试验中对静脉注射BCG进一步解析，确定这种途径是否可以改善青少年和成年人的预防性。这一研究成果公布在Nature杂志上。研究由NIAID疫苗研究中心的医学博士Robert A. Seder和医学博士Mario Roederer领导。其他研究人员还包括匹兹堡大学医学院的JoAnne L. Flynn博士。为了控制Mtb感染并预防临床疾病，结核病疫苗必须引起免疫系统T细胞（特别是肺部T细胞）的强烈持续反应。但是，BCG给药的标准ID途径可能无法在肺中产生足够多的这些关键细胞。 NIAID研究人员及其同事假设，通过静脉内或气雾剂（AE）途径来进行BCG给药可以克服这一障碍，从而在强毒Mtb攻击后，为猕猴提供更好的保护，使其免受感染和/或疾病。在他们的研究中，动物群通过ID，AE或IV途径接受了BGC疫苗接种。研究人员在接种疫苗后的24周内评估了血液和从肺部抽出的液体中的免疫反应。结果发现，静脉注射BCG疫苗后，血液和肺部T细胞的持久水平最高。接种疫苗六个月后，研究人员通过将细菌直接引入动物的肺部，让几组接种（通过ID，AE或IV途径免疫）的猕猴和一组未接种过猕猴接触于Mtb毒株，然后追踪三个月的感染和疾病发展情况。研究表明，接受IV BCG疫苗接种的10只动物中有9只受到高度保护；6只在任何测试组织中均未发现可检测到的感染，3只肺组织中的Mtb细菌计数非常低。所有未接种疫苗的动物，以及通过ID或AE途径免疫的动物均表现出明显更大的感染迹象。研究人员得出结论，IV BCG在重症结核病动物模型中提供了前所未有的保护程度，“代表着结核病疫苗研究领域的重大进步”。注：皮内注射是把药物注射到皮肤的表皮以下，一般是真皮层以上，不到皮下组织。（一些疫苗多是这样的，还有药敏实验，还有局麻的前部操作） 肌肉注射位置更深一些，深达肌肉组织。

哈尔滨医科大学生物信息科学与技术学院李霞教授研究团队2019年度在肿瘤组学大数据研究中取得了一系列新的研究成果，课题组全面整合和挖掘了肿瘤生物医学大数据资源，从系统层面研究了不同分子导致肿瘤发生发展的分子机制，挖掘新的肿瘤生物标志物，开发新的评估和检测肿瘤治疗反应的大数据平台，相关论文发表在Neuro Oncology（IF：10.091）、Hepatology（IF：14.971）、Nucleic Acids Research（IF：11.147）等国际学术期刊上。1.系统研究胶质瘤进化性别差异和突变克隆状态利用高通量的新一代测序数据和单核苷酸多态性芯片数据资源，成功识别了约600例低阶胶质瘤和胶质瘤母细胞瘤病人的突变克隆状态，并在克隆进化水平上解析了性别之间的差异。研究论文《Sex difference of mutation clonality in diffuse glioma evolution》发表在国际著名期刊《Neuro Oncology》（SCI影响因子10.091）上。该研究成果揭示了女性胶质瘤病人携带更高的整体和亚克隆突变负荷，识别了呈现出克隆性性别差异的著名癌基因如CDH18和ATRX，胶质瘤的各个亚型、性别间呈现出突变负荷以及癌基因的克隆性差异，研究还发现临床可靶向的基因突变如MAPK和RTK信号通路突变在性别间存在克隆状态差异，研究证实了在胶质瘤临床上考虑性别这一重要因素的必要性，对临床用药治疗具有一定的指导作用。该文章于2019年2月正式发表。2.系统研究不同状态下RNA结合蛋白与RNA互作李霞教授团队与德州大学奥斯汀分校伊松副教授团队合作在RNA结合蛋白与RNA互作领域取得了新的突破。研究论文《MERIT: Systematic Analysis and Characterization of Mutational Effect on RNA Interactome Topology》发表在《Hepatology》（SCI影响因子14.971）杂志上。该研究通过探索RBPs的遗传改变模式，发现有害的突变倾向发生在RBPs的表面。通过构建蛋白-RNA互作网络并对网络进行分析发现互作RBP间调控原则，并提出了一种计算方法MERIT来分析不同癌症类型的RBP-基因调控网络。Pan-cancer分析还表明癌细胞选择性的靶向“脆弱性”基因以扰乱参与癌症Hallmark功能的蛋白-RNA互作。肝癌中四对突变扰动的RBP -基因互作被实验证实，它们在细胞增殖中起着至关重要的作用。基于受干扰的RBP和靶基因的表达，还识别了具有不同生存率的三种肝癌亚型。该项工作为研究肝癌中体细胞突变扰动蛋白-RNA的调控网络提供了有价值的资源，对研究癌症中基因型与表型关系提供了有价值的见解。该文章于2019年8月正式发表。3. 人类癌症相关的 lncRNA数据库本年度在《Nucleic Acids Research》（SCI影响因子11.147）发表了更新版本的数据库lnc2Cancer v2.0，lnc2Cancer数据库目前访问量近12000次，并评为ESI高被引论文。该数据库存储了实验证实的lncRNA与癌症的关系，包括癌症中循环、耐药性及预后相关的lncRNA，以及肿瘤中受到突变、DNA甲基化、miRNA和转录因子调控的lncRNA。最新版的lnc2Cancer数据库中还存储了芯片和新一代测序检测的癌症高通量实验数据，并对癌症根据国际分类标准(ICD-O-3)进行标准化命名。科研人员可以方便的按照癌症原发位置、lncRNA类型、调控机制进行检索和下载数据。该文章于2019年1月正式发表。 

灰熊每年要冬眠好几个月的时间，但是它们的肌肉不会因为缺乏运动而出现萎缩。每年在十一月到一月之间的某个时候，它陷入休眠状态，直到来年三月以后才苏醒过来。从生理的角度来看，这是最奇怪的时刻。熊的新陈代谢和心率迅速下降。它既不排尿也不排泄粪便。血液中的氮含量急剧增加。春天醒来的时候也不会出现肌肉无力。人就很难做到这一点。静止4个月不动，可能需要面对血栓形成或心理变化，肌肉在闲置几个月后就会出现萎缩。手臂或腿长时间打过石膏、或者因病不得不长时间卧床的人都可能经历过这种情况。灰熊是用什么机制来防止冬眠期间肌肉萎缩的呢？要是没有这种机制，冬眠之后苏醒的熊就会变成任人宰割的“熊趴趴”。研究人员试图了解这种能力背后的机制，以帮助卧床不起的患者，以及改善患有肌肉疾病的患者的康复能力，并帮助健康个体中减少活动量或处于微重力的情况下（例如在太空飞行过程）保留其肌肉力量。柏林马克斯·德布吕克分子医学中心（MAX DELBRüCK，MDC）神经肌肉和心血管细胞生物学小组组长Michael Gotthardt教授领导的团队研究了在经历漫长的冬眠后熊的肌肉细胞中的哪些基因被转录并转化为蛋白质以及对细胞有什么影响。在《Scientific Reports》发表的报告中介绍了灰熊冬眠时蛋白组和转录组的变化，揭示可能有助于防止肌肉萎缩的代谢和信号途径。这将为帮助预防人类的肌肉萎缩提供新的线索。了解和复制自然的窍门该研究的主要作者Douaa Mugahid博士说：“肌肉萎缩是在许多情况下都会发生，是一个真正的人类问题。我们还不能很好地预防肌肉萎缩。”他现在在波士顿哈佛医学院系统生物学系Marc Kirschner教授的实验室中学习。“对我来说，我们工作的漂亮之处在于：学习自然如何在困难的冬眠条件下维持肌肉功能的方法。。。如果我们能更好地理解这些策略，我们将能够开发出新的且非直觉的方法来更好地预防和治疗患者的肌肉萎缩。”基因测序和质谱分析为了深入了解熊的这种伎俩，Mugahid和Gotthardt的团队分析了两只大灰熊和两只幼崽在冬眠前（十月）和冬眠期间（二月）腓肠肌（GA）肌肉活检样本，并分离了总蛋白用于质谱分析。通过将先进的测序技术与质谱相结合，研究人员希望找出在冬眠期间哪些基因和蛋白质上调或关闭。“这项任务非常棘手——因为既不了解灰熊完整的基因组也不了解它们的蛋白质组。”由于没有注释的灰熊基因组和蛋白质组数据，研究人员需要通过与人类基因组和蛋白质组同源性来鉴定比较各组分的潜在功能。非必需氨基酸可使肌肉细胞生长虽然有一种看法是在冬眠期间熊以颤抖的形式对肌肉进行周期性的神经刺激有助于保存肌肉质量，然而也有报道说冬眠熊即使在失去神经支配后也能抵抗肌肉萎缩，这表明肌肉有发生内在变化帮助抗萎缩。质谱和测序结果都表明，冬眠熊肌肉中非必需氨基酸（NEAA）自主增加。体外实验中用NEAA处理分化的成肌细胞足以诱发细胞肥大。“在人和小鼠的分离出的、表现出萎缩的肌肉细胞实验中，NEAA也可以刺激细胞的生长。但是，从早期的临床研究中可以知道，药丸或散剂形式补充氨基酸并不足以防止老年人或卧床不起的人出现肌肉萎缩。”Gotthardt推测：“显然，重点是肌肉自身产生这些氨基酸——否则氨基酸可能无法到达需要它们的地方。”他说，治疗的起点可能是尝试通过用合适的药物激活相应的代谢途径来诱导人的肌肉自身产生NEAA。无论如何，NEAA抑制萎缩信号是改善患者肌肉萎缩治疗的第一步。为了找出在肌肉中哪些信号通路需要激活，Gotthardt和他的团队比较了灰熊，人类和小鼠中基因的活性。数据来自老年患者或卧床不起的患者、以及患有肌肉萎缩症的小鼠。Gotthardt解释说：“我们想找出哪些基因的调控在冬眠动物和非冬眠动物中有所不同。”但是，科学家们遇到了一整系列这样的基因。为了缩小潜在的候选基因范围，研究小组随后还进行了线虫实验。 “在线虫中，单个基因可以相对轻松地失活，并且可以快速看到其对肌肉生长的影响。”昼夜节律的基因通过这些实验，他的团队已经发现了一些有希望进一步进行小鼠实验的基因。其中包括先前与肌肉生长调控无关，但在相关信号传导途径中起作用的基因——参与葡萄糖和氨基酸代谢的基因Pdk4和Serpinf1，以及有助于昼夜节律发展的基因Rora。丙酮酸脱氢酶激酶PDK4调节能量代谢和ROS产生，导致氧化损伤和蛋白质降解。冬眠松鼠横纹肌Pdk4蛋白水平也表现升高。Serpinf1是一种分泌蛋白，是人体体重下降后血浆中最强烈下调的蛋白质，并增强Nfkb的激活，这与肌肉萎缩有关。Serpinf1对萎缩信号的作用比Pdk4更强。Serpinf1基因敲除细胞比Pdk4基因敲除细胞更大，而两者都比对照组大得多。因此，Pdk4和Serpinf1都有助于调节高等生物肌管的大小。Gotthardt说：“我们现在将研究使这些基因失活的作用。 毕竟，只有在副作用有限或根本没有副作用的情况下，它们才适合作为治疗靶标。”

斯克利普斯研究所的科学家近日开发出一种特殊的分子开关，它可以嵌入基因疗法中，让医生得以控制剂量。这项成果发表在《Nature Biotechnology》杂志上，为基因疗法设计人员提供了一种可调整治疗基因活性水平的技术。由首席研究员Michael Farzan领导的研究团队将此开关应用在生成促红细胞生成素的基因疗法中，以此证明这种新技术的力量。研究表明，他们可通过一种特殊的嵌入分子将基因表达控制在极低水平，然后通过注射吗啉代（morpholino）来提高基因表达。“我认为，我们这种方法是目前唯一一种调节动物或人类基因疗法剂量的实用方法，”Farzan谈道。这些高效的模块化RNA开关有望提高基因疗法的安全性和有效性，同时扩大其用途。基因疗法在治愈因基因缺陷而引起的疾病上具有巨大潜力。某些患者的特定基因缺乏功能性拷贝，而基因疗法可以将治疗基因的拷贝插入患者的细胞内，使其在体内发挥作用。不过，这种疗法也存在风险，因为一旦输送到患者细胞内，就无法关闭或调节。因此，目前只有少数几种疗法被FDA批准。Farzan领导的研究团队从一个称为锤头状核酶（hammerhead ribozyme）的核糖核酸分子家族中制备出转基因开关。这些核酶具有自我剪切的功能，一旦它们从DNA复制到RNA，便将自身切成两半。因此，含有这种核酶DNA的治疗性转基因在翻译成蛋白质之前，其RNA转录本往往会被剪切成两半。不过，核酶的自我剪切作用可被吗啉代所阻断；阻断之后，转基因转录本将保持完整，并被翻译成治疗性蛋白质。此时，核酶相当于“OFF”开关，而吗啉代则充当“ON”开关，其程度取决于吗啉代的剂量。研究人员从一种名为N107的锤头状核酶开始，不过他们发现转基因编码的测试蛋白在“关”和“开”状态下的产量差异并不大。于是，他们对这种核酶进行修饰。经过几个月的实验，他们能够将动态范围扩大了数十倍。之后，研究人员在一种EPO基因疗法的小鼠模型上检验了这种核酶开关。EPO基因疗法尚未获得美国FDA批准，不过它治疗贫血的效果比现有方法更好。他们向活小鼠的肌肉组织内注射EPO转基因。结果表明，嵌入的核酶将EPO抑制到极低的水平。然而，少量的吗啉代分子注射到患病组织后，极大地逆转了这种抑制作用，从而使EPO产量提高了200倍以上，并且持续一周。相比之下，传统的EPO注射只能维持几个小时。这些结果使得核酶开关特别适合实际的临床应用。Farzan及其同事目前正在努力改进这项核酶开关技术，以便将其作为基因疗法的失效保护机制，让出错的转基因永久性失活

Cell Reports接连发表两项研究，分别确定了某些类型癌症赖以生存的一系列特异性的酶，以及发现抑制钙离子到细胞动力室：线粒体的转移，可特异性地对癌细胞产生毒性。这些研究为选择性杀死癌细胞提供了新途径。在第一篇文章中，英国癌症研究院（ICR）的科学家们，对来自10种不同类型癌症的117份肿瘤样本，进行了大规模的遗传筛选——蛋白激酶组siRNA筛选，以鉴定对于不同形式的肿瘤所必不可少的激酶。这样，他们向着了解“为什么肿瘤细胞依赖于某些基因，以及使用称为激酶抑制剂的药物如何可能靶定癌症中的某些DNA突变”，迈出了第一步。研究人员将来自这一遗传筛选的数据与DNA序列数据进行整合，他们发现，癌症相关基因（如RB1）的突变，可致使肿瘤细胞依赖于一组不同的激酶。抑制这些特异性的酶，可引起RB1突变细胞死亡，但是，没有这些癌症相关基因突变的细胞，则安然无恙。研究人员确定了在肿瘤细胞中起作用的几千种其他激酶相关遗传依赖性。这一数据可以为确定新的抗癌药物靶标，提供重要的线索。本文资深作者、ICR基因功能研究小组负责人Chris Lord博士说：“了解对于癌细胞中必不可少、但正常细胞并不需要的基因的清单，是肿瘤研究的一个根本目的。我们知道，与正常细胞相比，肿瘤细胞依赖于一组不同基因的活性，如果我们能够系统地鉴定这些基因，我们就可以开始设计更好的方法，治疗这种疾病。”“蛋白激酶是可以用药物控制的，从而表明，我们可以针对我们所发现的许多特定癌症基因，开发药物。我们希望，这项工作能使药物发现过程更加简单，也有助于了解‘为什么癌细胞依赖于某些基因、而正常细胞则不依赖’的一些基本规则。通过将这些数据免费提供给科学界，我们也希望，这一信息可以被其他许多研究小组所使用，来确定新的靶标，以战胜癌症。”第二篇文章中，宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员发现线粒体的钙依赖性是癌细胞的一种新特征。这种对“钙离子到线粒体的转移”产生的意想不到的依赖性，可使癌细胞生存。这些研究结果指出了一种全新的癌症药物靶点。研究小组检测了所有类型的细胞，抑制线粒体的钙离子吸收，可诱导一种生物能量危机，重编程细胞的新陈代谢。癌细胞的一个标志是，重新设定自己的新陈代谢，即使当营养物是可得到的，以给癌细胞提供必需的构建模块进行分裂和生长。同样地，所有主要的肿瘤抑制基因和致癌基因都与代谢途径有关。Foskett说：“因此，我们想知道，线粒体吸收的钙在癌细胞生存和代谢中发挥了什么作用。”利用乳腺癌和前列腺癌细胞系和转化成癌细胞的人成纤维细胞，研究小组发现，阻断钙从内质网到线粒体的转移，可减少ATP的生产，并诱导自噬，类似于在正常细胞中看到的。然而，他们也发现，虽然自噬对于正常细胞的生存来说是足够的，但它对于癌细胞是不足的。这些细胞以大规模死亡作为回应，而它们的正常相对物则存活。给细胞提供通常用于线粒体中的代谢底物，可修复抑制线粒体钙吸收的致命作用。Foskett解释说：“这表明，细胞死亡是由受损的生物能量引发的。”抑制IP3R通道的活性，可强烈抑制小鼠的黑色素瘤肿瘤生长。研究小组证实，肿瘤生长的抑制是由于坏死所致的细胞死亡，这发生在肿瘤细胞分裂的时候。当线粒体不能吸收钙时，正常细胞没有死，因为当它们的新陈代谢受损时，它们的生长会变慢，从而避免了与细胞分裂相关的死亡，而癌细胞继续尝试生长和分裂，并因此遭受死亡。Foskett说：“我们的研究结果，揭示出了癌细胞对于钙转移的一种根本的和意想不到的依赖性——钙通过IP3R通道转移到线粒体，使其生存。癌细胞内的线粒体依赖于钙。这种依赖性现在可以被认为是新的癌症治疗靶标。我们的研究表明，这种完全意想不到的药物靶标，可以促使开发出新的药物杀死癌细胞，特别是通过靶定内质网释放的钙离子和线粒体吸收的钙离子。现在面临的一个重大挑战是，找到能做到这一点的药物。”

DNA存储了生命现象所需的所有信息，而细胞通过DNA复制和细胞分裂将自身的遗传信息传递给两个子细胞。在DNA复制过程中，来自细胞外和细胞内因素引起的复制压力可能导致DNA复制的停滞或者终止。如果细胞不能适当应对这种风险，就会发生染色体断裂和重排，从而导致基因组不稳定。这有助于解释为什么DNA复制压力是导致癌症发展的主要因素之一。尽管许多DNA修复蛋白在压力条件下起着保护和重启停滞的复制过程的作用，但目前尚不清楚：在DNA复制中起真正作用的复制体（replisome）蛋白是如何与这些蛋白相互作用、进行细胞通讯以确保忠实的DNA复制。在韩国Ulsan国立科学技术研究院（UNIST）基础科学研究所（IBS）的基因组完整性研究中心主任Kyungjae Myung和Lee Kyoo-young Lee博士的带领下，韩国研究人员揭示了ATAD5除了已知具有防止这种压力的功能外，它还能应对复制压力。尽管已知ATAD5作为肿瘤抑制因子具有维持基因组稳定性和抑制肿瘤发生的作用，但是尚不清楚复制调节蛋白是否也参与复制应激反应。Myung主任解释说：“我们已经确定了复制应激控制的基本机制，这是导致癌症的主要原因。希望我们的工作将有助于癌症治疗的发展。”Kyungjae Myung研究小组发现，ATAD5通过从DNA上去除环状PCNA来调节PCNA功能、确保复制循环的完整结束，PCNA是DNA聚合酶δ的辅助蛋白，作用是确保聚合酶能持续合成且在工作过程中不会从模板上脱落。ATAD5缺失的细胞表现出复制压力的特征——例如复制速度慢。尽管ATAD5缺失引起的这些细胞反应可能是由于ATAD5对PCNA的调节活性，但研究人员推测ATAD5可能在抵抗复制压力方面具有其他作用。 ATAD5蛋白本身在DNA复制过程中起着重要作用，因此实验中减少细胞中ATAD5的量会导致许多与正常DNA复制相关的异常。因为在DNA复制过程中也会产生复制压力，所以区分ATAD5缺乏对复制压力和常规DNA复制过程的影响至关重要。为了克服这个问题，研究人员设计了一种实验方法，在复制压力开始时诱导ATAD5缺失。研究发现，当ATAD5水平降低时，细胞将无法恢复由于复制压力而停滞的DNA复制，还会增加基因组的不稳定性，例如细胞内染色体断裂、小鼠血液中的微核化网织红细胞。这意味着ATAD5能够在复制压力下恢复DNA复制而有助于维持基因组稳定性。此后，他们进行实验以阐明ATAD5重新启动DNA复制的分子机制。已知RAD51对因复制压力而停滞的复制位点的结构变化和稳定性起关键作用。研究人员发现，ATAD5通过直接的蛋白质-蛋白质相互作用而促进RAD51募集到停滞的复制位点周围。此外，研究人员还报告说，ATAD5卸载PCNA是有效征募RAD51的先决条件。这些表明，从RAD51募集开始并导致结构变化，断裂和最终复制重启的一系列过程均受ATAD5的调控。这些发现突出表明，ATAD5在维持基因组稳定性方面的作用超出了其在正常DNA复制过程中卸载PCNA的作用。这项研究的第一作者Su Hyung Park博士指出：“在许多癌细胞中经常发现ATAD5基因的突变。这项研究有助于理解ATAD5突变导致肿瘤形成的原因。”复制压力可能是由细胞外来源（如致癌基因和化学物质）引起的。但是，最近的研究表明，细胞内源性因素，例如DNA特异性结构或特定蛋白的异常功能，也可能引起复制压力。这项研究有助于进一步深入理解细胞应对复制压力的初始反应，还提供了一种新的概念性进展，即蛋白质可以在控制复制压力中发挥双重作用：先发制人的预防和复制压力的解决。这项研究的通讯作者Kyoo-young Lee博士说：“将来，我们将研究内部因素如何导致复制压力，以及细胞如何选择性地识别并应对不同的压力源。”

各种细菌性病原体可以通过躲在人体细胞内增殖而逃避免疫系统攻击。病原体在细胞内的复制增殖后导致细胞裂解，从细胞中释放出更多的病原体，继续扩散染邻近细胞，并引起组织损伤和疾病。但是，人体对这种细菌策略的响应是引发细胞程序性死亡——细胞凋亡，这是在感染过程中对细胞应激情况做出反应，导致被感染细胞快速自杀。人体细胞这种快速自毁的程序性死亡，会令病原体无法增殖，最终免疫系统可成功清除它们。但是，道高一尺魔高一丈。病原体当然也有自己的办法，才能坚持到现在。科学家早已经观察到病原体可以有效阻止细胞凋亡，从而使其能够躲在细胞内继续繁殖和传播。成功的细菌定植取决于细胞内病原体阻断细胞凋亡和保护细菌复制位的能力。但是，这些细菌如何“胜过”免疫系统的分子机制尚不清楚。科隆大学医学微生物学和免疫学研究所进分子免疫学家Hamid Kashkar教授及其团队的研究表明，某些细菌可以通过其外膜成分抑制死亡效应分子，从而突破细胞程序性死亡的免疫系统防御机制。引起腹泻的志贺氏菌细菌利用其表面产生的脂多糖（LPS）来阻断凋亡效应的Caspase酶。脂多糖是细菌外膜的组成部分，是一种有效的Caspase酶抑制剂。这种策略使细菌能够在细胞内繁殖而不受细胞凋亡的影响。Günther等人的文章“'Cytosolic Gram-negative bacteria prevent apoptosis by inhibition of effector caspases through LPS”发表在新一期的《Nature Microbiology》上。志贺氏菌是引起细菌性痢疾——急性炎症性腹泻的病原菌，Kashkar教授的实验室现已证明，志贺氏菌可以通过表明产生的脂多糖有效地以其O抗原结合并阻断某些caspases酶，从而阻止caspases酶启动细胞凋亡，最终阻止细胞凋亡而使得自身能够在细胞内繁殖。没有完整LPS（缺乏O抗原）的细菌则无法阻断细胞凋亡，自身无法在细胞内繁殖，而被免疫系统成功清除，因此不再能够引起传染疾病。研究表明，细菌脂多糖除了具有促炎症作用外，还有独特的作用模式——通过破坏早期非裂解性细胞死亡，以支持细菌繁殖和后期时间点的感染细胞裂解。Kashkar实验室的工作已经破译了一种重要的细菌策略，可以防止宿主细胞快速凋亡并为细菌传播留下窗口。

在病毒或细菌感染下，宿主细胞能通过多种有效途径参与抗感染。其中，病毒感染能诱导宿主细胞改变胆固醇代谢酶和代谢产物的表达，而胆固醇代谢也能调控宿主细胞抗病毒反应。12月24日，IMMUNITY在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）王红艳研究员团队与上海大学魏滨教授（原中科院武汉病毒所研究员）实验室合作的研究成果：Targeting 7-dehydrocholesterol reductase integrates cholesterol metabolism and IRF3 activation to eliminate infection. 为了找到参与机体抗病毒感染的胆固醇代谢酶或相应的天然产物，他们利用乙肝病毒感染肝癌病人样本、多种类型病毒感染的小鼠肝组织或巨噬细胞进行筛选，发现不论应对DNA病毒，还是RNA病毒的感染，7脱氢胆固醇还原酶（DHCR7）的表达量均显著降低。DHCR7是将7-脱氢胆固醇（7-DHC）转化成胆固醇的关键酶，DHCR7突变的病人表现智力发育障碍，但是并不清楚DHCR7如何调控先天免疫抗病毒感染的功能。通过构建条件性敲除DHCR7的小鼠、敲减或敲除DHCR7的巨噬细胞、利用小分子抑制剂阻断DHCR7的酶活等策略，都能显著增强病毒感染介导的IFNβ产生。并且，病毒感染的肝脏组织、DHCR7缺失或其抑制子处理的巨噬细胞升高7-DHC的含量，外加天然产物7-DHC也能促进巨噬细胞抗感染的功能。有意思的是，用于治疗乳腺癌的化疗药物他莫昔芬（Tamoxifen）曾被FDA批准能抑制DHCR7酶活，本研究发现他莫昔芬具有抑制水疱性口炎病毒（VSV）和寨卡病毒（ZIKV）感染的新功能。利用DHCR7抑制剂AY9944处理小鼠，血清中7-DHC含量显著升高，保护小鼠抵抗致死剂量VSV和流感病毒（H1N1）的感染。 进一步的机制探索发现：静息期的巨噬细胞表达很低水平的AKT3，病毒感染促进AKT3的表达，而代谢产物7-DHC能促进PI3K-AKT3的活化。此外，作为蛋白激酶的AKT3直接结合IRF3，增强IRF3在丝氨酸385位的磷酸化，进而促进IRF3二聚体形成和向细胞核内转移，最终增强IFNβ产生。敲除AKT3的小鼠显著降低IFNβ的产生，升高病毒载量，导致更多小鼠死亡。 综上所述，靶向胆固醇代谢通路中的7-脱氢胆固醇还原酶（DHCR7）能导致上游产物7脱氢胆固醇积累，通过活化AKT3和IRF3，提高IFNβ和抗病毒功能。这项研究不仅为抵御新发或高致病性病毒的感染提供了新型药物靶点，也为胆固醇代谢重编程调控天然免疫提供了新见解。王红艳实验室肖俊博士和李伟芸博士后是本文的共同第一作者。感谢中国科学院上海营养与健康研究所翟琦巍研究员、中国农业科学院哈尔滨兽医研究所陈化兰院士、南京大学模式动物研究所杨中州研究员等的大力合作。该项研究受到了国家自然科学基金委、科技部、中科院等经费支持。感谢分子细胞中心的动物平台、细胞平台、分子生物学技术平台等的大力支持。

不久以后，人们也许能够在摩天大楼的屋顶上种植番茄，甚至在太空中种植。只需要一个葡萄架，他们就能收获像葡萄那样一串串的番茄。冷泉港实验室的Zach Lippman教授及其团队近日在《Nature Biotechnology》杂志上报告称，他们通过基因编辑技术培育出一种“都市番茄”。这种番茄的特点是束状的，就好比一束玫瑰花，只不过用番茄取代了玫瑰。此外，它们的成熟期很短，在40天内即可收获。Lippman教授表示，这项新研究的主要目标是改造各种作物，使其能够在城市环境或其他不适合植物生长的环境中生长。“这种番茄个头很小，但味道很好，当然，口味要看个人，”他说。最重要的是，它们对生态环境十分友好。“这证明了我们能够以新的方式生产农作物，而不必将土地割裂，或者使用大量的化肥，”Lippman说。“这是一种补充方式，可为人们提供食物，并减少碳排放。”都市农业系统通常需要紧凑的植物，这些植物可以挤在狭窄的空间内，例如在仓库中分层种植。为了弥补有限空间对农作物产量的限制，都市农场可以在气候受控的条件下全年运作。这样，即使种植空间很小，但每年也能收获很多食物。Lippman及其同事此次利用CRISPR-Cas9基因组编辑技术，对番茄的两个基因进行了改造，分别是SP和SP5G基因。这两个基因可控制植物何时停止生长，何时开花结果。不过，研究人员知道，他们对SP基因的改造只能这么多，以免影响风味或产量。于是，研究团队继续寻找其他改造对象。他们最近发现了第三个基因SIER，它控制着番茄茎的长度。利用CRISPR-Cas9基因编辑工具对SIER进行改造后，他们再将其与两个开花基因的突变相结合，发现这可以形成较短的茎和紧凑的植物。Lippman目前正在完善这项技术。他希望能够为其他人带来灵感，让他们在奇异果等水果作物上试试这种新技术。Lippman认为，通过缩短种植和收成的时间，农业有望达到新的高度。“我可以告诉你，美国宇航局（NASA）的科学家已经对我们的番茄表示出一些兴趣，”他说。尽管第一艘飞往火星的宇宙飞船上还没有农场，但宇航员也可以利用这种都市番茄来测试一下自己的园艺才能哦。

英国利物浦大学的研究人员发现了一种全新的机制，携带疟疾病毒的蚊子会对杀虫剂产生抗性。他们分析比较了冈比亚按蚊和库蚊按蚊（西非的两种主要疟疾媒介）后，发现位于昆虫腿上的特定结合蛋白家族在抗性种群中高度表达。这一新发现公布在Nature杂志上。文章第一作者Victoria Ingham解释说：“我们发现了一种全新的机制，我们认为这是导致蚊帐功效低于预期的原因。这种蛋白质位于动物的腿上，可以在它们接触蚊帐时，直接接触杀虫剂，这使其成为将来用于克服这种强大的抗药性的极好的潜在靶标。”研究小组分析了按蚊，发现结合蛋白SAP2在抗性种群中升高，并在与拟除虫菊酯类农药接触后进一步升高。他们发现，当该蛋白的水平降低时，通过部分沉默该基因，可以恢复对拟除虫菊酯的敏感性。相反，当蛋白质以高水平表达时，以前易感的蚊子对拟除虫菊酯具有抗性。整个蚊虫种群对杀虫剂的抗性增强，导致引入了新的经过杀虫剂处理的蚊帐，其中包含增效剂胡椒基丁醚（PBO）以及拟除虫菊酯类杀虫剂。增效剂靶向由细胞色素P450引起的最广泛和以前最有效的抗药性机制之一。但是，蚊子正在不断发展新的抗药性机制，这种新的抗药性机制的发现为识别可用于恢复易感性的其他增效剂提供了极好的机会。Hilary Ranson教授是该论文的高级作者。她说：“经杀虫剂处理的蚊帐经久耐用，仍然是控制疟疾的关键措施之一。至关重要的是，我们了解减轻蚊子种群的抵抗力的原因，确保在过去几十年中不致疾病率急剧下降。这种新发现的抗药性机制可以为我们监测杀虫剂抗药性和开发能够阻断拟除虫菊酯抗药性，防止疟疾传播的新型化合物提供重要的靶标。”

脂肪过剩导致现代人众多疾病。例如脂肪肝或肝脂肪性变性，通常在人体产生过多脂肪或无法充分有效地代谢脂肪时发生，影响全球约25％的人口。多余的脂肪储存在肝细胞中，在肝细胞中积累并会引起脂肪肝和其他疾病。在刚刚发表在《Cell Reports》杂志上的一项研究中，研究人员首次发现SIRT6蛋白在燃烧脂肪和调节肝脂肪代谢中也起着至关重要的作用。SIRT6蛋白参与调节许多生物过程——例如衰老，肥胖，胰岛素抵抗，炎症和新陈代谢，被视为与长寿有关的蛋白质。不同寻常的SIRT6Sirtuins是一个NAD+依赖性脱乙酰酶家族，与酵母SIR2脱乙酰酶同源，在7种哺乳动物脱乙酰酶中，SIRT6被证明调节寿命和各种生理途径，包括胚胎发育、DNA修复、转座子稳定性、碳水化合物、胆固醇和脂肪代谢、炎症、昼夜节律、癌症和衰老。灵长类动物的SIRT6缺失或人类的SIRT6失活突变导致胚胎期死亡，而过度表达SIRT6的转基因（TG）雄性小鼠的寿命延长，且这些小鼠在老年期不易受到与衰老相关的一系列功能障碍的影响。SIRT6参与代谢的许多方面，调节关键代谢途径，如胰岛素样生长因子（IGF-1）和AMP活化蛋白激酶AMPK，葡萄糖代谢也由SIRT6通过抑制HIF1α依赖性转录（包括葡萄糖转运蛋白基因）来控制。SIRT6对新陈代谢的影响，使之成为健康衰老的关键调节因子。参与脂肪调节SIRT6蛋白可通过激活另一种蛋白——过氧化物酶体增殖物激活的受体α(PPAR-alpha)的蛋白质来调节脂肪代谢。PPARα是三种过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）亚型之一，是肝脏β-氧化的关键转录因子。PPARα与SIRT6结合并被激活促进脂肪酸β氧化，促进肝脏中脂肪的燃烧。SIRT6失活会显著抑制PPARα信号转导基因表达，从而抑制PPARα调控的代谢通路，降低PPARα诱导的β-氧化及其代谢产物，降低丙氨酸和乳酸水平，同时诱导丙酮酸氧化。SIRT6结合PPARα辅激活因子NCOA2，并降低肝脏NCOA2 K780乙酰化，刺激其以SIRT6依赖的方式激活PPARα。这些协调的SIRT6活动导致全身呼吸交换率和肝脏脂肪含量的调节，揭示SIRT6能够同步各种代谢途径的相互作用，并提示SIRT6维持健康肝脏的机制。Shoshana说：“ SIRT6不仅可以与PPAR-α结合使用，从而使身体燃烧更多的脂肪并协调肝脏中的脂肪代谢，而且还可以调节与肝脏中脂肪相关的其他代谢途径，例如胆固醇和甘油三酸酯代谢。”Shoshana是巴伊兰大学的博士生，该研究的共同作者。这项研究的主要作者，Bar-Ilan大学的首席作者Haim Cohen教授说：“ SIRT6就像是一个杂技演员，在体内的代谢过程之间保持平衡和协调。” “通过与PPAR-alpha共同作用，SIRT6实际上可以向身体发出“燃烧吧！更多脂肪”的信号。这种共同作用是SIRT6蛋白预防脂肪肝和脂肪性肝疾病、以及防止与肥胖相关的损害的一种方式。”Cohen及其同事先前的研究表明，增加SIRT6可以延长寿命。为了研究这种蛋白质如何能延长健康寿命，研究人员提高了正常SIRT6的水平，以抵消高脂饮食和脂肪肝疾病中SIRT6的减少。他们采用由卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University）的Ziv Bar Joseph教授开发的计算工具，研究了不同的代谢状态，例如禁食和定期饮食，发现SIRT6的更高表达会导致更多脂肪的燃烧，特别是在肝脏中。

乳腺癌通常被称为“粉红杀手”，其发病率位居女性恶性肿瘤的首位。在乳腺癌患者中，人表皮生长因子受体2（HER2）的过表达往往与乳腺癌脑转移（BCBM）发生率的增加有关，但这种现象背后的潜在机制还不清楚。美国西北大学芬堡医学院的研究人员鉴定出一种蛋白质，这种蛋白质在某些乳腺癌细胞的代谢重编程中起作用，使它们能够扩散到大脑并存活。这项研究成果发表在《Oncogene》杂志上。作者表示，乳腺癌细胞迁移到大脑并在大脑中生长，代表了乳腺癌的严重发展，因此阻断这种蛋白质可能代表了一种新策略，能够预防和治疗乳腺癌脑转移。在这项研究中，研究人员对公开的基因组数据库进行了梳理，发现脂肪酸结合蛋白7（FABP7）的水平升高与HER2阳性乳腺癌患者的生存率较低和脑转移发生率较高存在关联。FABP7是大脑中的一种脂质结合蛋白，之前的研究表明它与睡眠质量相关。据统计，大约25%至30%的乳腺癌患者会发生脑转移，这些患者的平均生存时间少于10个月。乳腺癌细胞向大脑的扩散与癌细胞中HER2的过量表达相关，但是这种相关性背后的机制还不清楚。曲妥珠单抗（赫赛汀）等药物可治疗HER2阳性的乳腺癌，但这些药物通常无法穿越血脑屏障，因此一旦出现脑转移瘤，医生的选择就非常有限，只能给予全脑放射治疗和立体定向治疗或者手术切除。值得一提的是，研究人员并没有原发性的HER2阳性乳腺肿瘤中发现FABP7水平升高，而仅仅在大脑中生长的肿瘤细胞中发现这一现象。接下来，他们利用HER2阳性乳腺癌脑转移的细胞模型，降低了FABP7的表达，发现癌症侵袭周围细胞的能力大大降低。此现象是癌症转移的标志，也是癌细胞扩散到其他器官的第一步。研究人员随后又利用质谱法来研究靶向FABP7对其他蛋白质表达的影响。他们发现，FABP7调控了癌细胞的代谢重编程，支持糖酵解表型和脂滴的储存，从而使其能够在大脑的独特环境中生长。在此过程中，他们使用了安捷伦的Seahorse XF细胞能量代谢分析技术。在小鼠模型的研究中，他们发现FABP7的失活可以阻止HER2阳性乳腺癌转移到大脑中。研究人员认为，这些结果表明FABP7在HER2+乳腺癌细胞中起着代谢开关的作用，以帮助它们适应大脑微环境。研究人员表示，FABP7未来有望作为乳腺癌患者的生物标志物或治疗靶点。如果在乳腺癌患者中检测到高水平的FABP7，则表明该患者有扩散到大脑的风险。靶向FABP7也许是一种预防或治疗乳腺癌脑转移的有效策略

由Marshall大学的科学家与得克萨斯州的研究人员共同进行的一项最近研究项目的发现，最近发表在了著名的在线杂志《Nature Communications》的12月刊上。Eugene Shakirov博士致力于研究核糖体与端粒之间的联系。端粒位于真核生物染色体的物理末端，可确保DNA的完整复制和基因组的稳定性。端粒的维持是一个基本的、进化上保守的细胞过程。在大多数细胞中它们会随着年龄的增长而缩短。端粒加速缩短与年龄相关疾病有关，端粒过长通常与癌症有关。虽然每个物种都有其特定的端粒长度设定起点（set point），但个体之间在出生时的端粒长度会有所不同。已知端粒长度可以确定细胞的寿命，但是决定端粒长度变化的基因尚不太清楚。 Shakirov与德克萨斯大学奥斯汀分校、Texas A&M大学，HudsonAlpha生物研究所和俄罗斯喀山联邦大学的合作者共同完成了这项研究，重点是研究拟南芥中影响天然端粒长度变异的遗传和表观遗传原因。为了找到决定端粒长度变异的基因，Shakirov使用数量性状位点（QTL）定位和转基因技术来鉴定控制拟南芥端粒长度设定起点的基因。研究小组确认：植物中的三个基因——NOP2A，RPL5A和RPL5B——对于控制端粒长度很重要。利用系统遗传学方法结合T-DNA突变敲除分析，研究人员发现NOP2A是一种核糖体RNA甲基转移酶，在细胞增殖中起主要作用。缺失nop2a的突变体比野生型建立了一个稳定和较短的端粒长度起点。虽然NOP2A旁系同源基因NOP2B似乎并不调节端粒长度，但对NOP2A基因网络的功能缺失研究表明，rRNA的加工和核糖体的生成的RPL5A和RPL5B基因也是端粒长度的重要调节因子。研究结果证实了NOP2A和RPL5基因是控制植物端粒长度设定起点的新的反式调节因子。由于这些基因在细胞过程和核糖体生成（ribosome biogenesis）中也起着重要作用，这表明所鉴定的基因在植物细胞中执行多项任务，还将两个看似不同但同样重要的过程联系在一起：端粒长度控制和核糖体生物学——并提示核糖体的生成和细胞增殖途径是端粒生物学的主要调控因子。Shakirov认为，新发现表明：核糖体生成（ribosome biogenesis）途径的成分与端粒长度之间存在明确的遗传联系，这将为理解和治疗由控制核糖体和端粒的基因突变引起的人类疾病提供了新的方向。“我们需要充分了解植物和人类NOP2和RPL5基因在端粒长度控制和核糖体生物学中的作用，因此我们将对这些基因进行详细的分子分析。”Shakirov说。 “我们从植物端粒蛋白中学到的一些成果，可能为鉴定和治疗人类疾病提供新的途径。”

最近，美国圣朱迪儿童研究医院（St. Jude Children's Research Hospital）的研究人员在《JAMA Oncology》杂志上报告称，一种基于测序的血液检测能够在儿科癌症患者出现感染症状之前发现感染。感染本是司空见惯的，但对于免疫系统受损的癌症患者而言，感染带来的并发症可能会危及生命。目前，患者通常使用广谱抗生素进行预防性治疗，并在出现感染症状后改用更加特异的抗生素。在这项研究中，研究人员评估了Karius公司微生物游离DNA测序在检测血液感染上的敏感性和特异性。Karius是一家从斯坦福大学分离出的传染病诊断公司，一直致力于利用血液中的微生物循环DNA来检测感染。研究人员发现，这种微生物游离DNA测序方法通常可在感染发生前数日检测出血液中的病原体，并且有很好的敏感性和特异性。文章作者之一Josh Wolf表示：“癌症患儿的父母往往希望他们有一个水晶球，能够预测接下来发生什么。这种检测也许就是。”此次研究共招募了47名儿科癌症患者，他们的平均年龄为10岁，患有复发性或难治性白血病。12名患者经历了19次血液感染，而研究人员保留了其中16次发作出现症状前的血液样本。血浆微生物游离DNA测序在Karius的CAP/CLIA实验室中开展。它在其中12个样本中发现了感染性病原体，预测敏感性为75%。以15例细菌感染来计，预测敏感性为80%。同时，总体上的诊断敏感性为83%，细菌感染为88%。研究人员还检测了33个阴性对照样本。27个样本中未检测到细菌或真菌，特异性为82%，且33个样本有30个未发现常见的血液病原体，特异性为91%。研究人员指出，这种75%的预测敏感性高于其预先定义的50%的有利值。然而，由于假阳性率高，他们报告的82%特异性使得这种方式不适用于筛查。此外，他们还指出，目前许多检测机构暂时不能在筛查允许的时间范围内给出微生物游离DNA测序的结果。不过他们认为，随着技术的进步，微生物游离DNA测序最终可用来指导癌症患者的早期治疗。文章作者之一、Karius的高级医学总监Asim Ahmed表示：“Karius检测目前还不是一项筛查检测；还需要进行其他研究，以指导如何在临床应用中使用该检测，来帮助预测和预防免疫功能低下患者的感染

美国斯坦福大学的一个研究小组，很早就利用转基因酵母，来生产抗疟疾药物青蒿素，传统的青蒿素来自于蒿草，提炼方式类似于从罂粟提炼阿片类药物。在过去的十年中，基于酵母的青蒿素生产已成为可能，世界上大约有三分之一的供应已经转入生物反应器。在2014年8月份，来自斯坦福大学的这个研究小组，对酵母的DNA进行改造，重编程这些简单细胞，通过将基本的啤酒酿造过程进行复杂地扩展，来制造阿片样药物。该研究小组花了十年的时间，对酵母细胞进行基因改良，使其复制罂粟的生化过程，最终目标是，自始至终在发酵槽中生产鸦片类药物。相关研究结果发表在《Nature Chemical Biology》杂志。一年后，这个研究小组又在权威期刊《Science》发表一项研究，重新设定了面包酵母的遗传机制，这样，这些快速生长的细胞可在三到五天的时间内，把糖转换成氢可酮。但是，这也引发了一些科学家的担忧，因为酵母细菌很容易获得，因此很容易出现“不受管制的使用酵母菌生产止痛药物分子”的风险。近期，科学家们又转向另外一种常见的肠道微生物，来制造缓解疼痛的鸦片类止痛药。日本的生物工程师，对大肠杆菌的基因进行了改造，使它们能够生产蒂巴因——一种吗啡的前体，可以被修改用来制造止痛药。与上述研究小组开发的酵母方法相比，转基因大肠杆菌可产生300倍以上的蒂巴因，并且，不受管制使用的风险达到了最小。相关研究结果发表在《Nature Communications》杂志。本文共同作者、日本京都大学的Fumihiko Sato指出：“吗啡具有复杂的分子结构；因此，吗啡和相似止痛药的生产，都是昂贵和费时的，但是用我们的大肠杆菌，我们能够在短短几天内，用大约20克的糖生产出2.1毫克的蒂巴因，而用酵母的产量则只有0.0064毫克。”这些吗啡，是在一个生产鸦片类药物（如蒂巴因和可待因）的过程中，从罂粟树液中提取出来的。也有其他合成生物学家设计了酵母基因组，使其用糖来生产鸦片生物碱类。然而，引发了伦理的担忧——包括一种风险，即如果一个人能获取必要的酵母菌株，就很容易、甚或不受管制地生产止痛分子。Sato说，使用大肠杆菌，这样的生产风险则是微不足道的。Sato解释说：“对于把糖转变成蒂巴因来说，有四个转基因大肠杆菌菌株是必要的。大肠杆菌更难以管理，并需要具备处理的专业知识。这对不受管制的生产来说应该是一种威慑力。”2011年，Sato和同事设计了大肠杆菌来合成reticuline——在转换过程中早于蒂巴因出现的另一种吗啡前体。在新的系统中，研究小组加入了来自其他细菌的基因，和来自罂粟、黄莲、和拟南芥的酶基因。该研究小组相信，这些酶在新系统中的强大活性，可成功制造出蒂巴因，并希望实现进一步的改进。Sato说：“通过加入另外两个基因，我们的大肠杆菌能够生产氢可酮，这当然会提高这项技术的实用性。随着这项技术更多的改进，和药品法规的清除，用微生物制造吗啡类止痛药，可能很快就会成为现实。”

2019年12月17日，北京生命科学研究所袭荣文实验室在《Cell Reports》杂志发表题为“The Cellular Diversity and Transcription Factor Code of Drosophila Enteroendocrine Cells.”的文章，系统性的解析了果蝇肠道中内分泌细胞的亚型、分布、转录因子代码及信号调控机制，提出Notch 信号通路的侧抑制作用及发育过程中建立的不同的体节身份共同决定了肠内分泌细胞的多样性。肠道除了发挥消化和吸收功能外，还是被认为是机体内最大的内分泌器官。这是因为肠道的各个区段都分布着多种内分泌细胞（Enteroendocrine Cell，EE），它们感知外界信号刺激，并通过分泌多种神经内分泌肽调节食欲、代谢、肠蠕动等多种重要的生理过程。但是由于EE细胞的种类繁多，区域分布复杂，对其类型和分化机制的全面了解一直是一个巨大挑战。北京生命科学研究所袭荣文实验室长期利用果蝇模型研究研究肠道干细胞的调节和EE细胞的分化机制，先后发现从肠道干细胞到EE分化过程中的关键调控因子（Wang, et al., Development, 2015）、分化时的命运决择机制 (Chen et al., Nature Cell Biology, 2018) 及命运执行机制（Yin and Xi, Stem Cell Reports, 2018）。在本课题中，研究人员通过单细胞转录组分析（scRNA-seq）技术，完成了对果蝇EE细胞亚型的全面鉴定。共鉴定出一个特定的EE前体细胞群体，以及10个成熟EE细胞亚群。发现它们一共可以表达14种不同类型的神经内分泌肽，并完成了各EE细胞亚型的神经内分泌肽表达谱的绘制。虽然每个EE细胞的位置信息在组织消化和细胞分选过程中丧失，但是研究人员巧妙运用区域特异性基因富集分析获得各EE亚型在肠道中不同区段的偏向性，并结合对各亚型特异性标记的神经肽或GPCR基因的敲入品系（果蝇Chemoconnectome library）进行免疫荧光染色分析，最终确定了EE细胞各亚型在整个中肠不同的区段的分布情况。研究人员进一步对神经内分泌肽受体在EE细胞中的表达模式进行了分析，发现EE细胞表达的绝大多数神经内分泌肽，其受体并不在EE细胞中表达；而EE细胞表达的绝大多数受体，其相应的配体也表达于其他组织中，提示EE细胞主要介导器官-器官间的信号传递，系统性的调控机体生理过程的功能。有趣的是，某些EE细胞表达的神经内分泌肽，其受体也表达在临近的或远距离的EE细胞亚型中，提示EE细胞之间可能存在旁分泌或远距离交流机制。接下来，研究人员进一步探索了EE细胞不同亚型的分化机制。基因表达谱的分析提示绝大多数亚型表达AstC或Tk的其中一个，所以可以通过AstC/Tk的表达与否把EE细胞分为两大类：Class I（AstC）和Class II（Tk）。在前段肠道区域中存在一类AstC和Tk均不表达的EE细胞，且这些EE细胞表达另一种神经内分泌肽sNPF，这类EE被命名为Class III EE。 通过在EE前体细胞或成熟细胞中激活或抑制Notch信号通路，证明了Notch通路在EE前体细胞中的活性决定了Class I 或 Class II EE的分化。在转录因子调控方面，以往发现的转录因子仅参与由肠道干细胞分化为EE细胞的过程，而进一步调控EE细胞亚型的转录因子到目前为止尚未被发现。研究人员通过分析EE细胞各亚型中转录因子的表达模式，获得可以区分每个亚型的特异性转录因子组合，并通过RNA干扰技术功能性验证这些转录因子对EE细胞亚型分化的作用。最终发现转录因子Mirr和Ptx1分别调控Tk+ Class II EE和AstC+ Class I EE的分化。另外，一些区域特异性表达的转录因子，如Esg，Drm等，决定了相应肠道区段特异的EE亚型的分化。最后，研究人员进一步探索了与神经内分泌肽的表达模式高相似性或互斥性的转录因子，并从中发现了hbn, NK7.1，nlp等转录因子对EE多个细胞亚型的分化作用，最终构建了调控EE亚类分化的转录因子代码。总之，研究结果提示果蝇肠内分泌细胞的多样性是由Notch 信号通路的侧抑制作用及发育过程中建立的不同的体节身份共同决定的。这种细胞多样性机制在哺乳动物和人中很可能是保守的。果蝇的肠内分泌细胞各亚类的全面鉴定及转录因子代码的解析为进一步利用果蝇模型理解肠内分泌细胞的功能及分子调节机制奠定了重要基础。研究人员同时建立了一个在线可检索资源库以便于肠内分泌细胞单细胞资源的进一步开发和利用。我所袭荣文实验室的郭兴庭博士，殷畅博士，杨斧博士和研究助理张永超为本文共同第一作者。本文的其他作者还包括NIBS核酸测序中心的黄焕伟、王家文和蔡涛博士，以及北京大学生命科学院的邓博文博士和饶毅博士，袭荣文博士为本文通讯作者。该研究由国家重点研发计划、973项目、及北京市政府资助，在北京生命科学研究所完成。

来自瑞典、丹麦和英国的研究团队近日对人类血细胞开展了全面的表达分析，并将此数据与人类蛋白质图谱中所有主要组织和器官的数据整合在一起。这种新的血液图谱阐明了单个免疫细胞群的基因表达，有助于人们更好地了解免疫系统疾病。研究人员利用流式细胞仪对免疫细胞进行分选，然后对18种血液免疫细胞群开展深度RNA测序。之后所有数据保存在开放的血液图谱（Blood Atlas）中，作为人类蛋白质图谱（Human Protein Atlas）计划的一部分。这项成果近日发表在《Science》杂志上。“考虑到血液是临床实验室中最常用于分子分析的材料，鉴定血液中的成分，并更新人类蛋白质组图谱，提供更加清晰的免疫细胞视图，这将是十分重要的，”作者解释。人类血液细胞分析的示意图（图片来自原文）研究人员从六名健康个体中获得全血样本，并开展细胞分选。之后他们利用RNA测序对18个经典的免疫细胞群开展了表达分析。他们将血细胞的表达谱与之前各类组织的表达谱放在一起进行研究。研究团队观察到与免疫细胞起源和关系大致对应的基因表达簇。同时，他们还鉴定出在不同免疫细胞群之间表达模式呈现差异的免疫相关基因。他们还将血细胞的转录组与其他细胞、组织或器官的转录组进行了比较。超过一半的蛋白质编码基因在一种或多种组织中表达增强。研究人员报告称，只有737个基因似乎只在单一组织中表达，而9,600多个基因在所有研究的组织中表达。当他们深入研究哪些基因在特定组织中表达增强时，研究人员发现，血液通常与淋巴或骨髓组织具有相似性。作者在文中写道：“现在人们已经分析了19,670个人类蛋白质编码基因的组织特异性，以及它们在人体主要器官、组织和血细胞中的分布，其结果可以在人类蛋白质图谱中查询。”除了对血液和其他组织中表达的基因进行更详细的分析外，研究人员还利用新的血液转录组图谱来深入挖掘224个基因的表达，这些基因与原发性免疫缺陷相关联。他们显示了各个基因在细胞中的分布，发现许多基因在看似与疾病无关的细胞中表达。“很大一部分基因其实是在多种类型的细胞中表达的，”作者写道，“这就需要人们采用一种整体的方法来鉴定对人类生物学和疾病很重要的基因。”他们认为，此图谱有助于人们更好地了解特定基因在细胞和组织中的功能

12月19日Science杂志公布了2019年度十大科学突破。今年的Science十大科学突破之首是首幅黑洞图像，除此之外，今年的十大科学突破中生物类的包括：丹尼索瓦人的新发现，终于有了治疗埃博拉病毒的药物，一种改变著名“三域学说”全新的古细菌，第一次有了可以治疗大多数囊性纤维化病例的药物，以及与营养不良作斗争的肠道微生物。一种全新的古细菌填补空白地球上，最早的原核细胞祖先大约出现在30亿年前，而它们经过10亿年的演化之后，才出现了最早的真核细胞祖先，而人类也是由这些真核细胞逐渐演化才产生的。真核生物是包括人类，其他动物，植物和许多单细胞生物的群体。与原核细胞相比，真核细胞具有多种典型的细胞器和由核膜包括的细胞核，真核细胞更复杂，并且与原核细胞已经出现了隔离，因此想要了解真核细胞的演化过程就更加困难。20世纪70年代，美国伊利诺伊大学微生物系的教授Carl Woese发现了一种外形上与大肠杆菌相似、能产生甲烷的微生物。这种微生物的核糖体RNA与大肠杆菌等大多数细菌具有明显的差异，而与生活在高盐、温泉或火山口环境中的微生物具有更近的亲缘关系。这一发现公布在PNAS杂志上。由此Woese提出了划时代的“三域学说”，其中三种域包括，细菌、古生菌和真核生物。然而2010年，科学家在对北冰洋海底采集的沉积物岩心进行DNA分析时，他们发现了一些令人惊讶的东西。一种以前未知的属于古细菌（Archaea）的微生物，而它的基因组特征似乎与真核生物（Eukaryota）有关。不过当时由于发现太惊人，一些科学家质疑：样品是否被岩心的其他东西所污染了？但来自横须贺日本海洋地球科学与技术局的微生物学家Hiroyuki Imachi和Ken Takai等人没有放弃，他们在含有各种营养素和其他物质的玻璃管中培养含有微生物的泥浆的小样本。一年后，他们在其中一个试管中检测到微生物，其中还含有四种抗生素以杀死任何污染细菌。来自试管的样品的DNA分析表明它包括Asgard archaeon，它们希望生长的微生物。在不到一个小时的时间内，这种微生物的数量大约需要20天才能使双细菌数量增加一倍，但最终，他们获得了足够的有机体来研究它。日本研究人员用希腊神普罗米修斯(Prometheus)用泥浆制造人类这一故事将这种微生物命名为Prometheoarchaeum syntrophicum。在培养的早期，Imachi观察到样品中含有丰富的硫酸盐还原菌。只有当这种菌被抗生素杀死后，古生菌和产甲烷菌才会逐渐富集，并且这两者表现出一种共生关系。Prometheoarchaeum会首先分解食物中的氨基酸，释放出氢气，但氢气的积累可能会导致降低Prometheoarchaeum的生长速度。而共生菌能消耗氢气，促进它的生长和繁殖。这些复杂的协作关系，也正是导致这种古生菌难以在实验室培养的一个原因。研究人员对所有微生物的DNA进行了测序，证实它确实含有一些看起来像真核生物中发现的基因，就好像Prometheoarchaeum已经准备好成为真核生物一样。在培养出微生物后，研究人员使用电子显微镜对其进行成像，揭示了多个分支的附属物。研究人员假设，在很久以前，一个古细菌围绕着原始线粒体形成了新的微生物。研究人员提出，随着地球早期氧浓度的增加，像Prometheoarchaeum这样的古细菌吸收了吸氧伴侣，比其他微生物长得更好。最终，研究人员得出了一些结论，比如Prometheoarchaeum只有在一种或两种微生物存在的情况下才会生长，这两种微生物分别是古甲烷菌和氟脱硫弧菌。当Prometheoarchaeum将氨基酸分解成食物时，它会产生氢，而其他微生物则以氢为食。还有这种细菌可以产生类似于“触角”的附属物。基于包括“触觉”在内的这些观测、基因组中包含的代谢信息以及当时的地球演化环境，Imachi提出了真核细胞演化的缠绕-包裹-奴役（Entangle-Engulf-Enslave）的E3模型。

染色体进化是物种形成和演化的重要驱动因素。具有显著核型差异的食肉目动物为染色体进化研究提供了很好的研究素材。虽然前人通过比较染色体涂色法建立了食肉目内许多物种的染色体比较图谱，但这些研究的分辨率比较低，尚没有深入到精细的核苷酸水平，也不能在核苷酸水平研究不同食肉目物种间的共线性区块，染色体重排以及染色体断裂区分布等染色体进化规律。为探讨上述问题，中科院动物研究所动物生态与保护遗传学研究组和英国桑格研究所研究人员合作，利用10X Genomics、染色体流式分选及高通量测序等技术，首次构建了染色体级别的大熊猫基因组（2n=42条染色体），并与食肉目中两个质量较好的狗和猫的染色体级别基因组进行比较分析。其中狗具有食肉目中最多数目的染色体（2n=78），猫染色体数目（2n=38）接近食肉目祖先染色体数目。研究结果已于2019年12月6日在Genome Biology杂志以“Chromosome-level genome assembly for giant panda provides novel insights into Carnivora chromosome evolution”为题发表。动物研究所樊惠中博士后和吴琦研究员为并列第一作者，胡义波研究员为通讯作者。通过基因组共线性比对，研究人员在大熊猫、狗和猫的基因组中分别发现59, 37 和55个染色体断裂区。对这些染色体断裂区的进一步分析发现，大熊猫和狗染色体断裂区内的基因密度、GC含量以及重复序列比例显著高于整个基因组的相应值。功能富集分析发现，三个物种染色体断裂区上的部分蛋白编码基因都显著富集在与嗅觉相关的通路上（Olfactory transduction），推测染色体重排事件影响了食肉目物种的嗅觉进化。另外，大熊猫染色体断裂区上正常编码的甜味受体基因TAS1R2的同源基因在猫的基因组中发生了假基因化，提示猫的TAS1R2假基因化可能与染色体重排事件有关。上述结果说明食肉目物种染色体进化与其感觉系统的进化可能存在密切的关系。

随着胚胎的发育，细胞必须学习如何处理已配备的数千种基因。这就是为什么每个细胞都需要带有详细的基因表达手册的原因，该手册概述了应该打开哪些基因，在什么程度上以及何时打开的基因。为了执行各自的手册，细胞使用了所谓的染色质阅读器蛋白，它们可以识别哪个基因可以表达。最新一项研究发现，这种基因调节过程中出现问题，可能导致正常细胞变成恶性肿瘤，产生Wilms肿瘤，这是儿童中最常见的肾癌。这一研究发现公布在Nature杂志上，为该疾病开辟了新的治疗可能性，这种疾病目前只能通过外科手术和化学疗法进行治疗。同时，研究人员也表示，这些发现也引发了有关其他癌症类型的有趣问题：这种阅读器蛋白通过获得新特性而过于活跃，引起问题。“我们从未见过这种类型的机制，”文章作者，Liling Wan说，“这提出了一个新问题：这种分子机制是否也会在其它癌症类型中发挥作用。”Wilms肿瘤Wilms肿瘤是一种婴幼儿常染色体显性遗传的恶性胚胎肿瘤，是儿童中最常见的腹部肿瘤。早期通常无症状，婴幼儿腹部巨大肿块是本病的特点。这些肿瘤生长迅速，在被发现之前可能已经很大，它们会扩散(转移)到身体的其他部位，最常见的转移部位是肺。几年前，Wan发现一种称为ENL的阅读器蛋白通过激活致癌基因，参与血液癌症——白血病的发生。最近，她又发现有些患有Wilms肿瘤的患者ENL基因会发生突变。为了查看这些突变是否确实与Wilms肿瘤的形成有关，Wan和她的同事们将这些突变引入了小鼠胚胎干细胞，然后观察这些细胞在培养皿中一直发育到肾脏。Wan说：“非常令人惊讶的是，当插入突变时，开始看到在发育中的肾脏中出现了类似肿瘤的结构，类似于我们通常在人类Wilms肿瘤中看到的结构。”之后，研究小组仔细研究了ENL中的突变如何将这些细胞转变为肿瘤细胞的。在携带突变的细胞和未改变的细胞中，他们都看到ENL蛋白位于基因组中的相同位置，这表明突变的ENL蛋白识别应该表达的基因的能力没有错。然而，突变蛋白聚集在这些位点，导致基因不断转录为RNA，这是转化为蛋白质之前的第一步。Wan说：“这种异常的基因表达使细胞迷惑了，不知道要成为什么样的细胞。它们没有分化成成熟的肾细胞，而是开始更多地增殖，并陷入未成熟阶段，这导致了肿瘤的形成。”研究人员在发现了癌症这一先前未知的机制后，进一步分析是否有可能使癌细胞恢复正常，例如使用破坏ENL与基因组结合或形成团簇的药物。Wan说：“到目前为止，我们已经有了概念证明，干预该过程的任何阶段都可以稳定基因表达水平，并使细胞正常发育。”

德州大学西南医学中心（CRI）儿童医学研究所的研究人员发现了为什么某些黑色素瘤细胞更可能在体内扩散的原因。这一发现开辟了一种潜在的新治疗途径，可用于帮助减少从3期黑色素瘤发展为更加致命的4期癌症的患者的比例。这一研究发现公布在Nature杂志上。领导这一研究的Sean Morrison博士说，“在先前的研究中，我们发现黑素瘤在转移或扩散能力方面存在内在差异。有些会飞速的转移，无论是否通过手术将其转移，它们都容易扩散，形成远端肿瘤，而另一些是无效的转移癌细胞，其扩散速度较慢，并且可以通过手术治愈。由于转移是决定临床结果的主要因素，因此我们多年来一直专注于理解为什么某些黑色素瘤细胞比其他细胞更擅长于转移扩散。”科学家早就知道，大多数癌细胞在试图从原发性肿瘤转移到身体其他部位时会死亡。但是对于那些在转移过程中能够生存的癌细胞，我们对其代谢变化了解不多。Morrison实验室先前进行的一项研究发现，限制黑素瘤细胞扩散到身体其他部位的一个因素是癌细胞进入血液时，在转移过程中会发生高水平的氧化应激。而在近期另外一项研究中，Ralph DeBerardinis博士发现更具攻击性的肺癌细胞消耗的乳酸水平更高。基于这些发现，两个实验室的科学家推测，如果某些黑素瘤细胞更擅长摄入乳酸，它们的转移能力可能更好。为了验证这一假设，研究人员使用了由Morrison实验室开发的技术来研究人黑色素瘤细胞在特殊小鼠中的转移，以及由DeBerardinis实验室开发的技术来标记和跟踪肿瘤中营养物质的使用。结果研究人员发现，有效的转移癌细胞吸收的乳酸更多，因为与低效的转移癌细胞相比，它们在细胞表面具有更高水平的乳酸转运蛋白，也就是称为单羧酸盐转运蛋白1（MCT1）的作用因子。文章一作，博士后研究员Alpaslan Tasdogan说：“高效的转移癌细胞能够吸收更多的乳酸，这使它们能够增加抗氧化剂的产生，从而帮助在血液中生存。我们论文中的发现以及DeBerardinis实验室先前所做的实验，强烈表明癌细胞摄取乳酸的量增加疾病的进展。这与临床数据中，MCT1水平较高的患者的预后较差相符。 ”在这项研究中，研究人员用MCT1抑制剂治疗的黑色素瘤小鼠，发现血液中的黑色素瘤细胞减少，转移性肿瘤也减少。这些数据表明MCT1抑制剂（如果在癌症扩散之前给予患者）可能可以减少发生远端转移的患者的比例，远端转移与全身性疾病相关，很难治愈。CRI教授兼HHMI研究人员DeBerardinis博士说：“本文为分析肿瘤代谢提供了令人信服的案例。这是评估肿瘤代谢如何识别与癌症侵袭性相关差异的一个很好的例子。从而科学家们可以识别与转移有关的活性，用药物抑制转移，减少小鼠的转移。这是了不起的！”

RNA测序是遗传学家工具箱中的一种常用工具。利用RNA测序，研究人员能够定量地检测各种生物体的基因表达，从而更好地了解细胞中正在发生的事情以及特定基因的功能。由于在药物发现、疾病诊断和基因鉴定中具有潜在作用，RNA测序的应用似乎无极限。RNA测序的准确性早在2014年，《Nature Biotechnology》上发表了三篇文章。它们属于RNA测序质量控制（SEQC）项目的一部分，旨在评估新一代测序平台的性能以及RNA分析的优势和局限。研究人员测试了三个常用RNA测序平台的可靠性、准确性和信息内容，希望确定平台的使用范围并寻找变化的来源。在整个研究过程中，三个研究机构都产生了超过10亿个核苷酸的数据。他们还研究了30个不同的RNA测序实验室所使用的技术以及数百名研究人员使用的生化方法。总的来说，他们认为RNA的提取和分析可以跨机构圆满完成，即使样本已严重降解，但是遗传数据仍然可靠。这些结果让研究机构以及医生患者放心，RNA测序是准确且可靠的。一项研究的负责人、梅奥诊所的E. Aubrey Thompson评论道：“患者的护理决策似乎受到基因组数据的影响，而这些数据来源于患者样本的RNA和DNA测序。如今我们知道了这些分析可在多大程度上依赖某个实验室。”生物实验的重复性危机如今，我们正处于所谓的重复性危机中，越来越多的研究变得难以重复，甚至不可能重复。据估计，单单就美国而言，每年花在无法重复的生物研究上的费用高达280亿美元。除了经济成本之外，不可重复的研究还造成药物开发的延误，阻碍疾病疗法的开发。在设计实验和决定使用哪种技术时，重复性仍然是人们主要考虑的因素。可靠的方法通常是许多人的首选，比如RNA测序。然而，以色列特拉维夫大学的研究人员开展的荟萃分析表明，RNA测序的数据分析过程中存在技术偏倚，可能造成数据的错误解释和大量错误结果1。RNA测序无法重复？在分析了35个公开的RNA测序数据集之后，研究人员注意到某些基因反复呈现基因表达的变化。这些数据来自近年发表的人类和小鼠研究，覆盖了多个生物过程。他们对此感到困惑，想了解这一现象背后究竟是真实的生物学现象，还是实验过程引入的人为误差。在其中30个数据集中，研究人员发现特别长或特别短的基因往往表现出最明显的基因表达水平变化。大多数短基因编码了组成核糖体的蛋白质，而许多长基因则编码了与细胞外基质有关的蛋白质。经过进一步的研究，他们发现这种现象源于实验的人为因素，而不是天然的生物反应。在比较相同条件下的重复样本后，他们发现这种模式是由于技术偏倚，似乎与基因的长度有关。此外，若统计分析中存在缺陷，人们往往将检测到的偏倚错误地标为细胞反应，特别是与核糖体或细胞外基质有关的反应。在许多常用的数据归一化方法中，这种偏倚并未得到校正，因此可能已包含在许多数据集中。这种效应被称为样本特异性长度效应（sample-specific length effect），之前已在文献中提到过。许多研究人员已经意识到这一问题，但没有积极地解决它。在此次分析的数据集中，未经校正的数据比例仍然很高。不要低估统计分析的重要性尽管乍一看让人担忧，但结果似乎也不是那么严重。在文中，研究人员还介绍了如何克服和消除这种偏倚，从而过滤掉错误的结果，保持生物学上的相关性。将基因长度视为样本特异性的协变量，可以明显减少假阳性结果的数量。目前还不清楚哪些因素能够淡化样本特异性的长度效应，可能还需要进一步研究。作者建议研究人员在自己的研究中注意这种偏倚，并将建议的数据归一化方法作为默认步骤，应用在RNA-seq数据分析的标准实践中。美国北卡罗来纳大学教堂山分校的生物统计学家Michael Love表示：“这篇文章很好地证明了质量控制的重要性。”他指出，还有一些偏倚也会影响RNA测序数据的质量，比如GC含量偏倚，各个研究团队在分析过程中应始终考虑这些因素。他本人并未参与此项研究。这项研究强调称，所有技术都不是100%可靠的，因为偏倚的可能性始终存在。随着各个研究领域的重复性危机浮出水面并获得关注，这项工作强化了准确开展统计分析的必要性。