说到控制血糖水平，大多数人会想到计算碳水化合物。但英属哥伦比亚大学的一项新研究表明，对一些人来说，考虑饮食中的蛋白质和脂肪可能同样重要。发表在《细胞代谢》(Cell Metabolism)杂志上的这项研究首次大规模比较了不同的人对碳水化合物(葡萄糖)、蛋白质(氨基酸)和脂肪(脂肪酸)这三种常量营养素产生胰岛素的方式。研究结果表明，血糖调节激素胰岛素的产生比以前认为的更加动态和个性化，同时首次显示了对高脂肪食物反应过度的人群的一部分。UBC细胞和生理科学教授、资深作者詹姆斯·约翰逊博士说:“众所周知，葡萄糖是胰岛素的驱动因素，但我们惊讶地发现如此高的可变性，一些人对蛋白质表现出强烈的反应，而另一些人对脂肪表现出强烈的反应，这是以前从未有过的特征。”“胰岛素在人体健康中发挥着重要作用，从糖尿病(胰岛素过低)到肥胖、体重增加，甚至某些形式的癌症(胰岛素过高)。这些发现为个性化营养奠定了基础，可以改变我们治疗和管理一系列疾病的方式。”在这项研究中，研究人员对140名已故男性和女性捐赠者的胰岛进行了测试，这些捐赠者的年龄跨度很大。研究人员将胰岛暴露在这三种常量营养素中，同时测量了胰岛素和其他8000种蛋白质的反应。尽管大多数供体的胰岛细胞对碳水化合物有最强的胰岛素反应，但大约9%的供体细胞对蛋白质反应强烈，而另外8%的供体细胞对脂肪的反应比其他任何营养物质——甚至是葡萄糖——都要强烈。“这项研究挑战了长期以来认为脂肪对每个人胰岛素释放的影响可以忽略不计的观点，”第一作者、UBC约翰逊实验室的研究助理耶琳娜·科利奇博士说。“通过更好地了解一个人产生胰岛素的个体驱动因素，我们可能会提供量身定制的饮食指导，帮助人们更好地控制血糖和胰岛素水平。”研究小组还检查了来自2型糖尿病供体的胰岛细胞亚群。正如预期的那样，这些供体细胞对葡萄糖的胰岛素反应较低。然而，研究人员惊讶地发现，他们对蛋白质的胰岛素反应基本保持不变。Kolic博士说:“这确实支持了富含蛋白质的饮食对2型糖尿病患者有治疗益处的观点，并强调了对蛋白质刺激胰岛素分泌的进一步研究的必要性。”研究小组对胰岛细胞进行了全面的蛋白质和基因表达分析，从而深入了解了影响胰岛素产生的分子和细胞特征。研究人员说，将来有可能利用基因检测来确定哪些宏量营养素可能会引发一个人的胰岛素反应。下一步，研究人员希望将他们的工作扩展到临床研究中，在现实环境中测试胰岛素对这三种常量营养素的反应，并根据研究结果开始开发个性化的营养方法。这项研究得到了加拿大卫生研究所和加拿大JDRF的支持。研究人员要感谢器官捐赠者和他们的家人，他们的捐赠使这项研究得以进行，通过人体器官采购和交换计划和Trillium生命礼物网络。

在一些网站和论坛上，我们经常看到有人问：如何判断孩子是否有数学天赋？下面的这项研究也许能带来一些启发。近日，斯坦福大学医学院的研究人员确定了似乎与儿童数学能力相吻合的大脑结构和相关基因表达特征，并预测了哪些儿童可能受益于更深入的辅导干预。研究人员谈到，幼儿时期获得的数学能力是在技术驱动的社会中取得成功的必要条件。然而，儿童的数学能力和学习成果存在个体差异，这背后的神经生物学机制在很大程度上仍不清楚。于是，他们首先评估了219名儿童（7-13岁）的MRI神经成像数据，分析了Brainnetome图谱定义的246个大脑区域的灰质体积。他们注意到，特定脑区灰质的增加或减少与儿童在标准化评估中的数学运算和数学推理表现相关。他们随后利用另91名相同年龄段儿童的大脑成像数据重复了这些结果，并根据基于成像的大脑表型分析线索提出了“数学能力相关的成像表型（MAIP）”。“这些结果共同表明，数学能力的个体差异与灰质体积在大脑中的不同分布模式有关，并提供了一种称为MAIP的指标，”作者在文中写道。基于此，研究人员开始寻找与成像表型相关的大脑基因表达谱，并引入了艾伦人类大脑图谱中246个大脑区域的15,600多个基因的表达数据。分析发现，大脑中与MAIP相关的表达模式与之前一项数学能力全基因组关联研究发现的基因重叠。“这些结果表明，与MAIP相关的基因在数学能力候选基因中的代表性特别高，但在阅读或工作记忆相关基因中的代表性却不高，”作者指出，“这意味着MAIP与数学能力候选基因的上调之间存在着明显的关联。”在后续分析中，研究人员还追踪了数百个大脑样本中与MAIP相关基因的表达轨迹，这些样本来自发育中大脑的15个区域，时间跨度从怀孕后8周到40岁。有意思的是，他们还开发出一种转录组相似性指数（TSI）来定量MAIP相关基因表达谱与个体灰质体积模式之间的一致性，并在两个队列中测试是否可通过TSI来预测儿童的学习结果。20多名7-10岁的儿童接受了为期八周的数学辅导。分析发现，TSI可以预测儿童在数学运算和数学推理方面的进步。随后，61名接受四周数学辅导的儿童的数学能力、大脑成像和TSI数据也证实了这些结果。“我们的研究揭示了大脑结构、基因表达和教育成果之间复杂的相互作用，并发现了基于转录组的预测因子，可以识别哪些儿童可能受益于更深度的干预，”作者总结道。“这些结果对个性化教育和干预措施的开发具有重要意义。”

睡眠中有一个悖论。它表面上的宁静与大脑的繁忙活动并存。夜是静的，但大脑远未休眠。在睡眠期间，脑细胞会产生电脉冲，这些脉冲会累积成有节奏的波——这是脑细胞功能增强的标志。但是为什么我们休息的时候大脑是活跃的呢?慢脑电波与宁静、清爽的睡眠有关。现在，圣路易斯华盛顿大学医学院的科学家们发现，脑电波有助于在睡眠时将大脑中的废物排出体外。单个神经细胞协调产生有节奏的波，推动液体通过致密的脑组织，在此过程中冲洗脑组织。“这些神经元是微型泵。同步的神经活动推动了流体流动和大脑碎片的清除，如果我们能在这一过程的基础上进一步发展，就有可能延缓甚至预防神经系统疾病，包括阿尔茨海默病和帕金森病。在这些疾病中，代谢废物和垃圾蛋白等过量废物在大脑中积累，导致神经退行性变。”第一作者、病理与免疫学系博士后研究员Li-Feng Jiang-Xie博士解释道。研究结果发表在2月28日的《自然》杂志上。脑细胞协调思想、感觉和身体运动，形成对记忆形成和解决问题至关重要的动态网络。但要完成这种需要能量的任务，脑细胞需要燃料。在这个过程中，它们从饮食中摄取营养物质会产生代谢废物。Jonathan Kipnis博士说:“大脑处理代谢废物是至关重要的，这些代谢废物可能会导致神经退行性疾病。我们知道，睡眠是大脑启动清洁过程的时候，大脑会排出清醒时积累的废物和毒素。但我们不知道这是怎么发生的。这些发现可能会为我们指明策略和潜在的治疗方法，以加速清除破坏性废物，并在其导致可怕后果之前将其清除。”但是清理密集的大脑并不是一件简单的任务。大脑周围的脑脊液通过复杂的细胞网进入并编织，在运输过程中收集有毒废物。在流出大脑时，受污染的液体必须通过一道屏障，然后流入硬脑膜中的淋巴管——硬脑膜是头骨下面包裹大脑的外层组织层。但是，是什么驱动液体进出大脑呢?Jiang-Xie解释说，研究人员在研究睡眠小鼠的大脑时发现，神经元通过以协调的方式发射电信号来驱动清洁工作，从而在大脑中产生有节奏的波。他们确定这种波推动了流体的运动。研究小组使特定的大脑区域沉默，这样这些区域的神经元就不会产生有节奏的电波。如果没有这些脑电波，新鲜的脑脊液就不能流经沉默的大脑区域，被困住的废物就不能离开脑组织。“我们睡觉的原因之一是为了净化大脑，如果我们能加强这种清洁过程，也许就有可能减少睡眠并保持健康。并不是每个人都有每晚8小时睡眠的好处，睡眠不足对健康有影响。其他的研究表明，那些天生睡眠较少的老鼠大脑更健康。可能是因为它们更有效地清理大脑中的废物吗?我们能不能通过提高人们大脑的清洁能力来帮助失眠患者，让他们少睡一点?”脑电波模式在整个睡眠周期中都会发生变化。值得注意的是，更高的脑电波振幅更大，移动流体的力更大。研究人员现在感兴趣的是了解为什么神经元在睡眠中以不同的节奏发射电波，以及大脑的哪些区域最容易受到废物堆积的影响。Jiang-Xie解释说:“我们认为大脑的清洁过程类似于洗碗。例如，你开始时要做一个大的、缓慢的、有节奏的擦拭动作，清理盘子上散落的可溶性废物。然后你减少运动的范围，增加这些运动的速度，以清除盘子上特别粘的食物垃圾。尽管你的手运动的幅度和节奏不同，但总体目标是一致的:从盘子中清除不同类型的废物。也许大脑会根据废物的类型和数量来调整清洁方法。”

人类的大脑有一种非凡的能力，可以迅速分辨出陌生人和熟人，甚至可以同时记住几十年来遇到的一个人的细节。现在，在小鼠的研究中，哥伦比亚大学祖克曼研究所的科学家们揭示了大脑是如何优雅地完成这两项任务的。“这些发现是第一个证据，表明单个神经元群体可以使用不同的代码来代表新的和熟悉的个体，”共同通讯作者Stefano Fusi博士说。在发表在《神经元》杂志上的一篇论文中，哥伦比亚大学的科学家们探索了社会记忆，即记住与他人相遇的能力。这种形式的记忆包括两个截然不同的心理过程——区分陌生的和熟悉的个体，以及回忆那些已认识的人的细节。“我们可以很容易地确定某人是否熟悉，但可能很难回忆起我们在哪里以及如何认识这个人的细节，特别是在断章断语的情况下。”先前的研究发现，考虑到这两项任务相互冲突的需求，很难确定大脑是如何完成这两项任务的。检测某人是否熟悉的能力必须适用于许多不同的地点和事件，而回忆则涉及记住与特定个体有关的许多具体经历。在这项新研究中，科学家们调查了一个名为CA2的大脑区域，它是海马体的一部分，海马体是一对海马形状的大脑结构，对记忆至关重要。西格尔鲍姆博士此前曾开创性地发现，CA2神经元对社会记忆特别重要。研究人员使用钙成像技术分析了老鼠的大脑，这种技术依赖于基因改变的细胞——在这种情况下，是在二氧化碳中——在活跃时迅速改变颜色。钙成像使该研究的第一作者之一Lara Boyle能够准确地知道他们正在检查哪些神经元。“这有助于消除以前研究中关于区分小鼠大脑对陌生和熟悉个体的反应的不确定性。”科学家们首先记录了啮齿类动物的CA2细胞在暴露于一对陌生人或一对熟悉的同伴时的反应。接下来，在Fusi博士的团队的领导下，他们使用计算方法分析了大约400到600个CA2神经元的活动模式。科学家们发现，对熟悉和不熟悉的个体进行记忆编码的神经元群是相同的。出乎意料的是，神经元使用不同的活动模式，这取决于一只小鼠对另一只啮齿动物的熟悉程度。当小鼠接触到其他不认识的老鼠时，CA2的活性相对简单，或者用科学家的话说，“低维”。Fusi博士解释说，这就好像一个管弦乐队的几个成员演奏了完全相同的音符。相比之下，接触熟悉的同伴会导致更复杂、高维的CA2活动，就好像音乐家都演奏不同的旋律一样。研究人员的计算和模拟表明，更复杂或更高维度的神经活动可以帮助大脑对过去与熟悉的人相遇的详细记忆进行编码。相比之下，更简单或更低维度的活动可以帮助大脑可靠地识别不同背景下的新个体。“当你遇到一个新的人时，你可能会用抽象的类别来描述他们-例如，那是一个棕色头发，红色背包的孩子，然后，随着你对他们的了解，他们就变成了一个特定的人和性格。”这一关于他人细节编码方式的基本发现可能会揭示影响记忆的疾病。“当我们观察患有精神分裂症或阿尔茨海默氏症等已知会影响记忆的人类疾病的不同小鼠模型时，我们现在可以更精确地询问支持熟悉度检测和回忆的神经活动是如何被改变的，我们的希望是，我们所学到的可能会让我们更好地理解能够挽救这些疾病中记忆缺陷的干预措施。”

吸烟的免疫系统特征在一个人戒烟后仍会持续许多年。一项对1000人免疫反应的研究表明，吸烟对免疫系统的影响在吸烟者吸完最后一口烟后仍会持续很长时间。这项分析发表在2月14日的《自然》杂志上，是确定为什么免疫反应在人与人之间差异如此之大的努力的一部分。除了吸烟，研究还发现，身体质量指数较高和以前感染过一种典型的良性病毒巨细胞病毒也会影响免疫反应。英国牛津大学(University of Oxford)的计算免疫学家杨洛(Yang Luo)说:“这凸显了不仅要考虑直接影响，还要考虑生活方式选择对免疫功能的长期影响的重要性。对疾病不屑一顾COVID-19大流行暴露了免疫反应的差异，一些人在感染SARS-CoV-2后病情严重，而另一些人则没有症状。先前的研究强调了性别、遗传和年龄在解释免疫反应多样性方面的重要性，但其他因素的作用尚未得到充分界定。巴黎巴斯德研究所的计算生物学家Violaine saint 和她的同事们分析了法国布列塔尼1000名健康人群的血液样本和调查问卷。研究人员将血液样本暴露在已知能激活免疫系统的分子、微生物和病毒中。然后，他们测量了每种分子对一种叫做细胞因子的蛋白质产生的影响，这种蛋白质调节身体的炎症反应。作者将这些结果与从人口统计、环境和临床数据中得出的136个个人特征信息结合起来。他们发现，有三个特征与细胞因子反应有着特别密切的联系:吸烟、体重指数和先前的巨细胞病毒感染。有关吸烟的数据尤其引人注目:吸烟对细胞因子反应的影响与年龄、性别和基因的影响一样大。这些影响在参与者戒烟后仍会持续数年。saint - andr 和她的团队发现，这些因素与被称为甲基的化学标签的模式相关，甲基被添加到细胞DNA的某些区域。这些甲基的加入可以改变基因的活性。        先天加后天“这是一项非常重要的工作，”荷兰奈梅亨内梅亨大学医学中心的遗传学家维诺德·库马尔(Vinod Kumar)说，这不仅是因为吸烟的具体结果，还因为追踪免疫反应变异来源的整体努力。研究发现，例如，个体环境因素可以在不同程度上影响不同的细胞因子。他说:“这让我想知道，当我们考虑靶向治疗或个性化医疗时，我们应该考虑多少细节。”但圣安德烈说，这项研究仍然需要重复，以确保结果是可推广的。而且，在未来，它应该包括一个更加民族和种族多样化的参与者群体。她说，该团队现在已经扩大了研究范围，纳入了来自塞内加尔和香港的参与者。研究人员还回到了最初的参与者身上，并在原始样本采集十年后从其中的415人身上收集了新鲜血液样本。罗说，更多地了解吸烟如何影响免疫细胞功能，进而了解人体对感染和疫苗接种的反应，将是有价值的。“这可能为吸烟对健康的更广泛影响提供有价值的见解。”

圣保罗大学的研究人员与澳大利亚同事合作，发现了一种独特的细菌蛋白，即使细胞有沉重的细菌负担，也能保持人体细胞的健康。这一突破为开发与线粒体功能障碍相关的各种疾病(包括癌症和自身免疫性疾病)的新疗法提供了潜力。线粒体是细胞的“发电站”，对提供细胞生化反应所需的能量至关重要。关于这项研究的一篇文章发表在《美国科学院院刊》上。研究人员分析了C. burnetii入侵宿主细胞时释放的130多种蛋白质，发现至少有一种蛋白质能够通过直接作用于线粒体来延长细胞寿命。在入侵宿主细胞后，C. burnetii释放出一种迄今未知的蛋白质，作者称其为线粒体coxiella效应F (MceF)。MceF与谷胱甘肽过氧化物酶4 (GPX4)相互作用，GPX4是一种位于线粒体中的抗氧化酶，通过促进抗氧化作用来改善线粒体功能，避免细胞损伤和死亡，这可能发生在病原体在哺乳动物细胞内复制时。“C. burnetii使用各种策略来阻止入侵细胞的死亡并在其内部繁殖。一种是MceF对GPX4的调制，这是我们发现并在本文中报道的机制。这些蛋白质在细胞线粒体中的重新分配使哺乳动物细胞即使在感染了非常大的细菌负担时也能活得更长，”Dario Zamboni说，他是这篇文章的通讯作者之一，也是里贝奥普雷托医学院(FMRP-USP)的教授。这项研究是在炎症疾病研究中心(CRID)与澳大利亚莫纳什大学教授Hayley Newton合作进行的，该中心是FAPESP的研究、创新和传播中心(RIDCs)之一。FAPESP还通过Zamboni协调的一个项目提供资金。“基本上，我们发现了C. burnetii使用的一种策略，可以在激烈复制的同时保持细胞健康更长时间。我们发现它的蛋白质MceF将GPX4重定向到线粒体，在那里它作为一种有效的抗氧化剂，为受感染的细胞解毒，防止细胞成分老化，同时允许细菌的复制，“Robson Kriiger Loterio说，他是该文章的第一作者，来自他的博士研究。C. burnetii是一种叫做Q热的严重感染的病原体，Q热是一种相对常见但很少被诊断出来的人畜共患病。这种细菌在人类中引起非典型肺炎，在牛、绵羊和山羊等一些动物中引起克希菌病。“深入研究这种细菌的兴趣恰恰在于它破坏细胞功能的能力。其他细菌只有在大量繁殖时才会致病，与之不同的是，一个C. burnetii就足以让一个健康的人生病。所以它能有效地调节它入侵的细胞。我们开玩笑地称它为杰出的细胞生物学家，因为它有能力调节宿主细胞中的一切，”Zamboni说。“它非常适合入侵和控制巨噬细胞和单核细胞，这些白细胞是生物体免疫防线的一部分，它们抑制宿主对感染的反应。”他补充说，C. burnetii另一个有趣的方面是，它可以在细胞中复制一周左右。相比之下，导致严重食物中毒的沙门氏菌会在24小时内导致宿主细胞死亡。观察C. burnetii是了解细胞功能的好方法。在这项研究中，它帮助我们了解了如何治疗线粒体功能障碍，并为人类程序性细胞死亡提供了见解。广告杰莱美高灵敏度荧光定量PCR，打造Kasp实验利器，欢迎试用及索取详细技术资料。为了分析这种细菌破坏巨噬细胞并直接作用于线粒体的能力，研究人员对大蜡蛾(Galleria mellonella)的幼虫进行了体外分析和实验。在研究的第一阶段，他们研究了80多种来自C. burnetii的新蛋白质，这些蛋白质有可能与宿主细胞相互作用并破坏其功能。Zamboni说:“我们最终专注于MceF，因为它直接作用于线粒体，而线粒体在细胞死亡过程中起着关键作用。”该小组现在将继续在两个方面进行研究，一个旨在更深入地了解其他感兴趣的蛋白质，另一个涉及生化研究，以发现更多关于MceF如何影响GPX4的信息。“这项研究的好处是，通过研究一种细菌，我们了解了很多关于细胞信号传导、细胞死亡和逆转线粒体功能障碍的新方法。我们不需要发明新技术。这个过程已经在细菌与宿主细胞的相互作用中发生了。”参考文献:“Coxiella co-opts the Glutathione Peroxidase 4 to protect the host cell from oxidative stress–induced cell death” by Robson K. Loterio, David R. Thomas, Warrison Andrade, Yi Wei Lee, Leonardo L. Santos, Danielle P. A. Mascarenhas, Thiago M. Steiner, Jéssica Chiaratto, Laura F. Fielden, Leticia Lopes, Lauren E. Bird, Gustavo H. Goldman, Diana Stojanovski, Nichollas E. Scott, Dario S. Zamboni and Hayley J. Newton, 28 August 2023, Proceedings of the National Academy of Sciences.

今天的许多药物都是小而简单的分子。它们通常通过调节与病理异常过程有关的蛋白质的活动来起作用——这正是使它们的发育极其复杂的原因。因此，必须为每种蛋白质开发出一种高度适应的分子，以适应相应的锁——蛋白质的活性中心——就像一把高安全性的钥匙。然而，积极参与病理脱轨过程的蛋白质只占疾病相关蛋白质的一小部分。因此，许多蛋白质仍然被认为在治疗上是“不可药物的”。癌症蛋白——并非不可药物?索取Thermofisher液相色谱-质谱联用技术检测双酚A及其替代物的解决详细资料领 取大多数不可药物的蛋白质是癌症研究中引人注目的目标。也许其中最突出的是小的Ras蛋白。Ras基因的一个微小变化就足以不可逆地打开细胞生长的开关，并带来严重的后果:细胞迅速而不受控制地增殖。近四分之一的肿瘤发生Ras突变。在2013年的一项开创性研究中，由多特蒙德MPI的Herbert Waldmann领导的一组研究人员开发了一种新的策略，使Ras(以前被认为是不可药物的)变得可药物化:研究人员没有直接针对Ras，而是使用一种专门开发的分子来阻止辅助蛋白PDEd，从而操纵Ras在细胞中的运输和活性。然而，研究人员并没有完全阻止Ras的致癌活性。双臂分子标记癌蛋白降解在Waldmann的工作仅仅两年后，美国研究人员开发了一种很有前途的新型药物来消除病理蛋白质:它们被称为PROTACs(靶向蛋白水解嵌合体)。这些化合物有效地劫持了人体自身的蛋白质废物清除系统。由两只手臂组成的大分子一边抓住目标蛋白，另一边抓住蛋白质废物系统的E3连接酶，促使废物系统处理病理蛋白。沃尔德曼说:“这是一项巧妙的、真正杰出的科学成就。”“在复杂的过程中，PROTACs不需要抑制靶蛋白的酶活性，而只需要高选择性地与靶蛋白结合。从理论上讲，这一原则普遍适用于所有蛋白质，包括我们的Ras转运体PDEd，正如我们在目前的工作中成功证明的那样，”他总结道。广告Xenium是一个由10x Genomics提供的端对端完整解决方案，帮助用户实现亚细胞分辨率的靶向基因和蛋白表达原位分 析，欢迎下载完整解决方案偶然的发现开启了新的可能性化学家Waldmann和Winter以及他们的团队，创造了一种新的PROTAC，由他们开发的PDEd抑制剂组成。他们将这种抑制剂与一种经过充分研究的分子联系起来，这种分子已知可以提醒另一种降解系统，这种降解系统也可以处理更大的细胞成分。“然而，我们的屏幕显示，我们的PROTAC并没有激活我们所说的巨噬，而是激活了蛋白质降解系统，”乔治·温特说。他接着解释说:“特别有趣的是，我们的PROTAC结合了一种新的连接酶，目前为止PROTAC策略还无法获得这种连接酶。”目前，实际上只有两种E3连接酶可以作为PROTACs的结合位点。然而，我们体内有600多种E3连接酶。其中一些只存在于特定的组织中。“组织特异性连接酶可用于特异性控制药物活性位点，”Waldmann展望未来说。“我们相当偶然的发现允许对我们发现的连接酶进行进一步的生物学和医学化学研究。这可能有助于扩大可用于制药的PROTACs的范围，并有一天使特定组织中的蛋白质靶向降解成为可能，”他总结道。

从历史上看，很少有研究致力于了解这些基本的身体感觉——也被称为内部感觉——当大脑接收并解释来自内部器官的输入时产生的感觉。现在，由哈佛医学院(Harvard Medical School)的研究人员领导的一个团队在了解内部器官感知的基础生物学方面取得了新的进展，这涉及到体内细胞之间复杂的级联通信。“我们的研究揭示了不同的内部器官如何在脑干中表现的基本原理，”该研究的第一作者、哈佛医学院细胞生物学研究员Chen Ran说。在8月31日发表在《自然》(Nature)杂志上的一项以小鼠为研究对象的研究中，研究小组使用高分辨率成像技术揭示了脑干神经元如何对内部器官反馈做出反应的空间地图。他们发现，来自不同器官的反馈激活了离散的神经元簇，不管这个信息在本质上是机械的还是化学的——这些代表不同器官的神经元群在脑干中是按地形组织的。此外，他们还发现，大脑中的抑制作用在帮助神经元选择性地对器官做出反应方面起着关键作用。这项研究只是阐明内脏器官如何与大脑沟通的第一步。然而，如果这一发现在包括人类在内的其他物种中得到证实，它们可以帮助科学家开发出更好的治疗策略，用于治疗饮食失调、膀胱过度活跃、糖尿病、肺部疾病和内部感知出错引起的高血压等疾病。哈佛医学院布拉瓦尼克研究所的细胞生物学教授、霍华德·休斯医学研究所的研究员Stephen Liberles说:“我认为，理解感官输入是如何被大脑编码的，是大脑如何工作的最大谜团之一。它为理解大脑如何产生感知和唤起行为提供了突破口。”研究不足，理解不足近一个世纪以来，科学家们一直在研究大脑如何处理外部信息，从而形成我们用来导航世界的基本视觉、嗅觉、听觉、味觉和触觉。随着时间的推移，他们整理了他们的发现，以展示大脑中各种感觉区域是如何组织起来，以代表不同的刺激。例如，在20世纪中期，对触觉的研究促使科学家们开发出了体感系统的cortex homunculus——这是一幅插图，描绘了卡通化的身体部位覆盖在大脑表面，每个部位的位置与它被处理的位置对齐，并根据灵敏度按比例绘制。1981年，哈佛大学教授David Hubel和Torsten Wiesel因视觉研究获得了诺贝尔奖。他们通过记录个体神经元对视觉刺激做出反应的电活动，系统地绘制了大脑视觉皮层的地图。2004年，另一对科学家因对嗅觉系统的研究而获得诺贝尔奖，他们在研究中识别了数百种嗅觉受体，并精确地揭示了气味输入是如何在鼻子和大脑中安排的。然而，到目前为止，大脑感知和组织来自内部器官的反馈，以调节基本生理功能，如饥饿、饱腹、口渴、恶心、疼痛、呼吸、心率和血压的过程仍然是一个谜。“大脑如何从身体内部接收输入信息，以及它如何处理这些输入信息，这方面的研究还远远不够，人们对它的理解也很差，”Liberles说。Ran教授补充说，这可能是因为内部感知比外部感知更复杂。他解释说，外部感官接收信息的方式往往是单一的。例如，视觉完全是基于对光线的探测。相比之下，内部器官通过机械力、激素、营养、毒素、温度等传递信息——每一种都可以作用于多个器官，并转化为多种生理反应。例如，当膀胱发生机械拉伸时，会发出需要排尿的信号，但当胃发生机械拉伸时，会转化为饱腹感，并触发反射来停止肺部的吸入。一群神经元在他们的新研究中，Liberles、Ran和同事们把重点放在了一个被称为孤束核(NTS)的脑干区域。据悉，NTS通过迷走神经接收内脏器官的感觉信息。它将这些信息传递到调节生理反应和产生行为的高阶大脑区域。通过这种方式，NTS充当了大脑的内部感官通道。研究人员使用了一种强大的技术，称为双光子钙成像，测量大脑中单个神经元的钙水平，作为神经元活动的代理。研究小组将这项技术应用于暴露在不同类型内部器官刺激下的小鼠，并使用显微镜同时记录了NTS中数千个神经元随时间的反应。产生的视频显示，神经元在整个NTS中发光，就像夜空中闪烁的星星一样。传统的成像技术，包括插入一个电极，在一个单一的时间点记录一小群神经元，“就像一次只能看到一个图像的几个像素，”Ran说。“我们的技术就像一次看到所有像素，以高分辨率显示整个图像。”研究小组发现，刺激不同的内部器官——例如，胃和喉头——通常会激活NTS中不同的神经元簇。与此相反，研究人员发现，在几个案例中，同一器官的机械和化学刺激常常引发相同的生理反应(如咳嗽或饱足)，激活了脑干中重叠的神经元。这些发现表明，特定的神经元群可能专门代表特定的器官。此外，研究人员发现，NTS的反应被组织成一个空间地图，他们将其称为“内脏侏儒（visceral homunculus）”，以呼应几十年前发展起来的类似的皮层侏儒。最后，科学家们确定，从内部器官到脑干的信号传递需要神经元的抑制。当他们使用药物来阻断抑制时，脑干中的神经元开始对多个器官做出反应，失去了它们的优先选择性。Ran教授说，这项工作为“系统地研究整个大脑内部感官的编码”奠定了基础。为未来打下基础这些发现提出了许多新的问题，其中一些是英国皇家海军研究小组想要解决的。Ran对脑干如何将内部感觉信息传递给产生饥饿、疼痛或口渴等感觉的高阶大脑区域感兴趣。Liberles想要探索内部传感系统是如何在分子水平上工作的。特别是，他想要确定在器官内检测机械和化学刺激的主要感觉感受器。未来研究的另一个领域是该系统在胚胎发育期间是如何建立的。Liberles说，新的发现表明，仅观察神经元类型是不够的;研究人员还必须考虑神经元在大脑中的位置。“我们需要研究神经元类型和它们的位置之间的相互作用，以了解电路是如何连接的，以及不同的细胞类型在不同的电路环境下做什么，”他说。Liberles还对研究结果对包括人类在内的其他动物的推广程度感兴趣。他指出，虽然许多感官通路在物种间是保守的，但也有重要的进化差异。例如，有些动物不会表现出咳嗽或呕吐等基本行为。如果能在人类身上得到证实，这项研究结果最终将有助于开发出更好的治疗方法，治疗因内部感觉系统故障而引起的疾病。Ran教授说:“通常这些疾病的发生是因为大脑从内部器官收到了异常的反馈。如果我们很好地了解了这些信号在大脑中是如何被不同编码的，我们也许有一天能够弄清楚如何劫持这个系统，并恢复正常功能。”

英国雷丁大学的科学家近日分析了大剂量维生素B6对年轻人的影响。他们报告称，连续一个月每天服用维生素B6补充剂后，他们的焦虑和抑郁情绪减轻了。这项研究发表在《人类精神药理学：临床与实验》杂志上。它提供了有价值的证据，支持使用补充剂来改变大脑活动水平，以预防或治疗情绪障碍。第一作者、雷丁大学心理与临床语言科学学院的David Field博士表示：“大脑的功能取决于传递信息的兴奋性神经元与防止失控活动的抑制性神经元之间的微妙平衡。”他指出，最近的一些理论将情绪障碍及其他的神经精神疾病与这种平衡的紊乱联系起来，通常是偏向大脑活动水平的提高。“维生素B6可帮助身体产生一种特定的化学信使，从而抑制大脑中的冲动。我们的研究将这种镇静作用与参与者的焦虑减少联系起来，”他解释说。虽然之前的研究已表明复合维生素或马麦酱（marmite，一种风味独特的酱）可以降低压力水平，但很少有研究发现具体是哪种维生素起到这种作用。这项新研究的重点是维生素B6的潜在作用。众所周知，维生素B6可以促使人体产生GABA（γ-氨基丁酸），这种化学物质可以阻止大脑中神经细胞之间的冲动。在这项试验中，400多名参与者被随机分配三个不同的组，每天随食物一起服用远高于推荐摄入量的维生素B6或B12补充剂或安慰剂，大约是每日推荐摄入量的50倍，连续服用一个月。研究表明，在试验期间，与安慰剂相比，维生素B12的效果甚微，但维生素B6产生了统计学上可靠的差异。试验结束时开展的测试证实，参与者在服用维生素B6后，体内GABA水平升高，这支持了B6有助于减轻焦虑的假设。研究人员发现了许多微妙但无害的变化，与大脑活动的受控水平一致。Field博士表示：“许多食物以及水果和蔬菜都含有维生素B6，包括金枪鱼和鹰嘴豆。不过，本试验中使用的大剂量表明，需要摄入补充剂才能对情绪产生积极影响。”“我们必须承认，这项研究还处于早期阶段，与药物治疗相比，维生素B6对焦虑的影响很小。然而，基于营养的干预产生的不良副作用比药物要少得多，因此在未来，人们可能更愿意将其作为一种干预手段。”“一种可能的选择是将维生素B6补充剂与认知行为疗法等谈话疗法结合起来，从而提高疗效，”他补充说。

来自加州大学圣地亚哥医学院的研究人员描述了一种潜在的生物机制，将这两种疾病联系起来，乳腺癌抑制胰岛素的产生，导致糖尿病和血糖控制恶化，从而促进肿瘤生长。　　2型糖尿病和乳腺癌似乎是两种截然不同的疾病，除了共同之处外别无他物。在美国，每8名女性中就有1人会在一生中患上侵袭性乳腺癌，使其成为仅次于各种皮肤癌的第二常见恶性肿瘤。超过10%的美国人患有糖尿病，预计五分之二的人会在人生的某个阶段患上这种慢性疾病。然而，之前的研究已经显示了这两种情况之间的联系。例如，患有糖尿病的女性患乳腺癌的风险增加了20-27%。胰岛素抵抗是糖尿病的一个主要特征，它与乳腺癌发病率的增加和生存几率的降低有关。根据人口研究，在乳腺癌确诊两年后患糖尿病的风险会上升，在确诊后的第一个十年结束时，乳腺癌幸存者的患病风险比未患病的同龄女性高20%。然而，这些流行病学联系并不明确或结论性的，其他调查也表明两者之间没有任何关系。来自加州大学圣地亚哥医学院的研究人员描述了一种潜在的生物机制，将这两种疾病联系起来，乳腺癌抑制胰岛素的产生，导致糖尿病和血糖控制恶化，从而促进肿瘤生长。这项研究最近发表在《Nature Cell Biology》杂志上。在分裂过程中捕获的乳腺癌细胞，红色为微管蛋白(一种结构蛋白);线粒体（绿色）;染色体（蓝色）。“没有一种疾病是一个孤岛，因为没有细胞是单独存在的，”该研究的相应作者、加州大学圣地亚哥医学院病理学教授Shizhen Emily Wang博士说。“在这项研究中，我们描述了乳腺癌细胞如何损害胰岛的功能，使其产生低于所需的胰岛素，导致乳腺癌患者的血糖水平高于未患癌症的女性。”Wang说，这项研究受到了Jerrold Olefsky医学博士的早期工作和指导的启发，他是加州大学圣地亚哥医学院内分泌和代谢学部的医学教授和科学事务副院长。Olefsky是这项研究的资深合著者。根据Wang和Olefsky的说法，罪魁祸首是细胞外囊泡(EV)——细胞分泌或脱落的中空球体，用于在细胞之间运输DNA、RNA、蛋白质、脂肪和其他物质，这是一种货物通信系统。在这种情况下，癌细胞被发现向囊泡分泌microRNA-122。Wang说，当小泡到达胰腺时，它们可以进入负责胰岛素生产的胰岛细胞，释放它们的miR-122货物，并破坏胰岛维持正常血糖水平的关键功能。“癌细胞喜欢吃甜食，”Wang说。“它们使用比健康细胞更多的葡萄糖来促进肿瘤生长，这是PET扫描用于癌症检测的基础。通过增加癌细胞很容易利用的血糖，乳腺肿瘤会制造自己喜欢的食物，同时也会从正常细胞中剥夺这种必要的营养。”这项研究是在小鼠模型上进行的，研究发现，在乳腺肿瘤存在的情况下，缓慢释放胰岛素颗粒或一种名为SGLT2抑制剂的降糖药物可以恢复对葡萄糖的正常控制，从而抑制肿瘤的生长。“这些miR-122抑制剂，是第一个进入临床试验的基于miRNA的药物，可能在乳腺癌治疗中有新的用途，”Wang说。

可穿戴式运动追踪器鼓励我们每天多走40分钟(约1800多步)，在5个月内平均减轻1公斤体重。南澳大利亚大学的研究人员回顾了近400项研究，涉及全球16.4万人，他们使用可穿戴活动追踪器(WATs)来监测他们的身体活动。他们的研究结果发表在今天的《柳叶刀数字健康》杂志上，强调了低成本干预措施的价值，以应对部分由缺乏锻炼导致的健康状况日益流行，包括心血管疾病、中风、2型糖尿病、癌症和精神疾病。UniSA首席研究员泰·弗格森博士说，尽管WATs很受欢迎，但人们普遍怀疑它们的有效性、准确性，以及它们是否会助长强迫行为和饮食失调，但证据是压倒性的积极。弗格森说:“我们审查的研究的总体结果表明，可穿戴活动追踪器对所有年龄段的人都有效，而且对很长一段时间都有效。”“他们鼓励人们定期锻炼，使其成为日常生活的一部分，并设定减肥目标。”减掉1公斤的体重似乎并不多，但研究人员表示，从公共健康的角度来看，这是有意义的。“请记住，这些不是减肥研究，而是生活方式的体育活动研究，所以我们不指望会有显著的减肥效果，”该综述的合著者、美国国立大学教授卡罗尔·马赫说。“一个人平均每年增重0.5公斤，所以在5个月内减重1公斤是很重要的，尤其是考虑到三分之二的澳大利亚人超重或肥胖。”2014年至2020年期间，全球可穿戴活动追踪器的出货量增长了近1500%，2020年全球支出达到28亿美元。除了WATs带来的额外体育活动和减肥，有一些证据表明，健身追踪器还有助于降低2型糖尿病和其他健康问题患者的血压和胆固醇。弗格森说:“另一个报道的好处是，WATs通过增加身体活动改善了抑郁和焦虑。”

一项新的研究发现，在一组低收入的非裔美国人样本中，睡眠更分散和睡前更长的清醒时间与较差的认知功能有关，比如注意力不集中。来自兰德公司和匹兹堡大学的研究人员对参与者进行了为期五年的研究，发现随着时间的推移睡眠减少的人在注意力、执行功能和视觉空间能力方面表现更差。      根据这项研究，更好的睡眠质量可能有助于预防老年痴呆症等痴呆症，并有助于减少其他健康不平等。这项研究结果最近发表在《阿尔茨海默病杂志》上。“过去的研究表明，与美国白人相比，非裔美国人出现一系列睡眠问题的比例更高，而且患阿尔茨海默病和相关痴呆症的比例更高，发病时间也更早，”该研究的主要作者、非营利研究机构兰德(RAND)的高级行为科学家温迪·特罗克塞尔(Wendy Troxel)说。“我们的研究结果表明，睡眠问题可能是导致认知衰老的一个重要可变因素。”这些结果促进了越来越多的研究表明，睡眠健康状况不佳是阿尔茨海默病和相关痴呆症的一个新出现的风险因素，它可能是一个重要的、尚未得到充分研究的生物行为途径，导致非裔美国人在痴呆症方面负担过重。这项新研究包括216名50岁及以上的成年人，他们是兰德公司一项名为PHRESH的长期研究的一部分，该研究在匹兹堡的两个以非洲裔美国人为主的社区进行，旨在研究社会和环境因素对人们健康的影响。研究参与者在2013年和2018年分别接受了睡眠监测。2018年，研究参与者接受了认知功能评估和认知障碍的临床判定。研究发现，睡眠效率(一种测量睡眠碎片的方法)和睡眠时清醒状态的水平及其随时间的变化与几个认知领域显著相关，包括注意力、执行功能、视觉空间能力和立即回忆。睡眠时长与任何认知结果无关。特罗克塞尔说:“虽然我们的样本量有点小，但这些结果对预防和干预具有重要的临床和政策意义，因为睡眠是一个可调整的风险因素，受到个人和更广泛的社会因素的影响，包括获得医疗保健的机会减少和暴露在对睡眠有负面影响的环境中。”“重要的是要关注多层次的决定因素，包括睡眠，以解决非裔美国人不相称的阿尔茨海默病和相关痴呆症的负担。”  研究人员说，这个问题需要通过更多的纵向研究来进一步解决，这些研究包括更大的样本，并利用生命过程的角度来更好地理解结构性种族主义的遗产是如何导致非裔美国成年人的睡眠问题和认知能力下降的不成比例的负担。为此，匹兹堡兰德大学的研究小组最近获得了美国国立卫生研究院的资助，继续研究结构性种族主义导致的不同来源的压力如何影响非洲裔美国老年人的睡眠，以及认知能力下降和阿尔茨海默病的风险。这项研究由美国国家心肺血液研究所、美国国家衰老研究所和美国国家癌症研究所资助。

细胞核有一个重要的功能:保护细胞DNA并使其能够正常使用。但如果细胞本身受到挤压和变形，例如在迁移或增殖的情况下，它可能会变形，甚至暂时破裂。这种压缩会导致DNA损伤。对健康细胞来说，其结果是加速衰老，对于肿瘤细胞来说，会引发乳腺肿瘤细胞的侵袭性。这一发现公布在Cell杂志上新研究表明，当细胞被压缩、细胞核暂时破裂时，DNA会与一种破坏DNA的酶——叫做TREX1——接触。TREX1的正常功能是通过降解感染细胞的病毒DNA来保护细胞，但在这些不寻常的条件下，它攻击细胞的DNA。在健康的组织中，细胞会显示出衰老的迹象并停止分裂。然而，研究小组观察到，在乳腺肿瘤中产生的后果是不同的：TREX1造成的破坏非但不会杀死癌细胞，反而会使它们更具侵袭性。例如，当肿瘤生长过度时，细胞被压缩，然后获得破坏其环境并入侵邻近组织的能力，从而增加转移的风险。这些结果揭示了TREX1酶在乳腺癌发展和衰老过程中的重要性。科学家们现在想要识别和测试能够阻止其活动的分子。由于TREX1在调节炎症和免疫中具有重要作用，这些抑制剂可能在治疗中有很多应用。文章要点：• 变形的细胞核和DNA 损伤在乳腺癌的微浸润灶富集• TREX1 在核膜破裂事件中导致变形核中的 DNA 损伤• TREX1 驱动正常细胞的衰老和癌细胞的侵袭性表型• 在人类肿瘤中观察到核膜破裂事件和 DNA 损伤文章摘要尽管导致核膜受损的突变会导致肌肉萎缩症或加速衰老等疾病，但机械诱导的核膜破裂的后果却鲜为人知。在这里，我们表明核膜破裂诱导 DNA 损伤，促进未转化细胞的衰老并诱导人类乳腺癌细胞的侵袭性表型。我们发现内质网 (ER) 相关的核酸外切酶 TREX1 在核膜破裂后易位到细胞核中，并且是诱导 DNA 损伤所必需的。在乳腺导管内，细胞拥挤导致核膜破裂，从而产生 TREX1 依赖性 DNA 损伤，从而推动原位癌进展到浸润阶段。 DNA 损伤和核膜破裂标志物也在人类肿瘤的浸润边缘富集。我们提出，受到机械攻击的细胞核中的 DNA 损伤可以通过调节正常细胞和转化细胞的增殖和细胞外基质降解来影响拥挤组织的病理生理学。

一段时间以来，研究人员一直将表观遗传学视为衰老过程的一个原因。表观遗传学研究的是基因信息和染色体的变化，这些变化不会改变基因本身的序列，但会影响它们的活动。一种可能是被称为组蛋白的蛋白质发生了变化，组蛋白将DNA包裹在我们的细胞中，从而控制了DNA的获取。Peter Tessarz的科隆研究小组现在已经研究了间充质干细胞的表观基因组。这些干细胞存在于骨髓中，可以生成不同类型的细胞，如软骨、骨骼和脂肪细胞。“我们想知道，为什么随着我们年龄的增长，这些干细胞产生的用于骨骼发育和维护的物质越来越少，导致越来越多的脂肪堆积在骨髓中。为了做到这一点，我们比较了年轻和年老小鼠干细胞的表观基因组，”该研究的第一作者安德洛machi Pouikli解释说。“我们可以看到表观基因组随着年龄的增长而发生显著变化。对骨骼生成很重要的基因受到了特别的影响。”表观基因组的再生研究人员随后调查了干细胞的表观基因组是否可以恢复活力。为了做到这一点，他们用含有醋酸钠的营养液处理小鼠骨髓中的分离干细胞。细胞将醋酸盐转化为一种结构块，酶可以附着在组蛋白上，增加与基因的接触，从而提高基因的活性。Pouikli说:“这种治疗令人印象深刻地使表观基因组恢复活力，提高干细胞活性，并导致更高的骨细胞产量。”为了澄清表观基因组的这种变化是否也可能是老年人骨折或骨质疏松风险增加的原因，研究人员研究了髋关节手术后患者的人类间充质干细胞。同样患有骨质疏松症的老年患者的细胞显示出与之前在小鼠中观察到的相同的表观遗传变化。一种新的治疗骨质疏松的方法?“醋酸钠也可以作为一种食品添加剂，但是，我们不建议以这种形式使用它来治疗骨质疏松症，因为我们观察到的效果对某些细胞非常特定。”然而，已经有干细胞治疗骨质疏松症的首次经验。这种醋酸盐治疗在这种情况下也能起作用。然而，为了排除可能的风险和副作用，我们仍然需要更详细地调查它对整个有机体的影响，”领导这项研究的彼得·特萨尔解释道。

华盛顿大学圣路易斯分校(Washington University in St. Louis)麦凯维工程学院(McKelvey School of engineering)机械工程与材料科学教授关建军(音)开发了一种水凝胶，可以向伤口输送氧气，从而减少炎症，帮助重塑组织，加速愈合。大约四分之一的糖尿病患者会患上疼痛的足部溃疡，由于受损血管造成的伤口含氧量低，炎症加剧，愈合速度很慢。这些伤口可以变成慢性的，导致生活质量差和可能的截肢。华盛顿大学圣路易斯分校(Washington University in St. Louis)麦凯维工程学院(McKelvey School of engineering)机械工程与材料科学教授关建军(音)开发了一种水凝胶，可以向伤口输送氧气，从而减少炎症，帮助重塑组织，加速愈合。这项在小鼠模型上进行的研究结果发表在8月28日的《科学进展》(Science Advances)杂志上。他们的水凝胶通过微球向伤口输送氧气，微球通过细胞表面的一种酶逐渐释放氧气，与细胞相互作用，将微球内部的物质转化为氧气。在大约两周的时间里，氧气被输送到伤口，炎症和肿胀减少，促进愈合。“氧气有两个作用:一是提高糖尿病创面低氧条件下皮肤细胞的存活;其次，氧气可以刺激皮肤细胞产生伤口修复所需的生长因子。”人体组织需要氧气才能生存，当组织受伤时，需要的氧气更多。虽然目前有几种治疗糖尿病患者慢性创伤的方法，但最常见的治疗方法是在高压氧舱中进行几十次治疗，但其有效性不一致，还包括氧中毒的风险。在小鼠身上，用含释氧微球的水凝胶处理的伤口愈合速度比只用这种凝胶处理的伤口或不使用这种凝胶处理的伤口愈合速度更快。到第16天，水凝胶处理的伤口减少到10.7%。只使用凝胶的受试者降至30.4%，未使用凝胶的受试者降至52.2%。此外，含释氧微球水凝胶处理的创面表皮在第8天最厚，第16天最薄，表明创面愈合，炎症减少。在过去的14年里，第一作者Guan Ya一直在开发这种凝胶，它有近70种不同的功能和化学结构。“在我们将凝胶放入皮肤组织之前，它是一种液体，所以它很容易与微球混合，”他说。“一旦我们将凝胶和微球的混合物放入伤口，它就会变成固体，因为它对温度敏感——在较低温度下它是液体，在体温下它是固体。”向伤口输送氧气的一个风险是输送太多的氧气，这会产生活性氧(ROS)，这会在高浓度下损伤或杀死细胞。Guan的水凝胶能够清除活性氧含量并摧毁它，消除任何风险。接下来，Guan的团队计划在大型动物模型中使用这种水凝胶，并期望在未来进行人体临床试验。Guan说:“这代表了一种新的治疗方法，可以在不使用药物的情况下加速慢性糖尿病伤口的愈合。它也有可能治疗其他低氧疾病，如外周动脉疾病和冠心病。”

维也纳医科大学实验室医学系的研究人员与瑞士洛桑大学(University of Lausanne)和英国剑桥大学的同事合作，确定了一种名为 Proliferation Inducing Ligand（APRIL)的细胞因子对动脉粥样硬化斑块的形成起着重要的保护作用，这项研究发表在Nature杂志上。研究人员发现，不表达APRIL基因的转基因小鼠出现了更多的动脉粥样硬化。他们进一步证实了这一发现：向小鼠注射了抗APRIL的中和抗体，这种抗体也会导致更大的动脉粥样硬化斑块的形成。“这些数据清楚地表明,APRIL 在动脉粥样硬化中的保护特性是由其与动脉中蛋白多糖结合的能力介导的,”文章通讯作者Christoph Binder教授说，Perlecan 先前已被证明可以促进 LDL 胆固醇的保留，根据本研究，APRIL 可以减轻这种情况。 此外，作者确定了一种特异性抗 APRIL 抗体，可增强 APRIL 与蛋白多糖的结合并减少小鼠的动脉粥样硬化。 Dimitrios Tsiantoulas 说：“增加 APRIL 与蛋白多糖结合的疗法的开发可能是动脉粥样硬化疾病的新治疗方法。”APRIL结合主要由B淋巴细胞表达的免疫受体，从而调节抗体的产生和产生抗体的细胞的存活。由于这些特性，人们正在探索将APRIL作为自身免疫性疾病的治疗靶点。“我们最初假设，APRIL对动脉粥样硬化斑块形成的保护特性是通过其调节在动脉粥样硬化中起关键作用的B淋巴细胞反应的能力介导的。然而，这个假设是错误的。随后，我们将重点放在了APRIL的一个未被重视的非免疫学特性上，即它与蛋白聚糖结合的能力。”维也纳医科大学检验医学系研究小组负责人、该研究的第一作者Dimitrios Tsiantoulas说。作者证明，在动脉内部，APRIL可以直接大量产生，在那里它与蛋白聚糖Perlecan(或硫酸肝素蛋白聚糖2)结合，这是一种装饰动脉内层的大分子。研究人员发现，在表达一种经基因工程改造的Perlecan (APRIL不能结合)的小鼠身上，给抗APRIL的中和抗体对动脉粥样硬化斑块的发展没有影响。此外，作者还研究了APRIL在人类动脉粥样硬化疾病中的相关性。利用洛桑大学Pascal Schneider开发的一些工具，研究人员发现人类血液中含有一种此前未知的APRIL形式，他们将其命名为nc-APRIL。与已知的APRIL相比，他们现在称之为canonical APRIL (c-APRIL)， nc-APRIL只与蛋白聚糖结合，不与免疫受体结合。“通过分析3000多名患者的血液样本，我们发现血液中nc-APRIL的水平可以预测心血管疾病的死亡风险，这提供了APRIL和蛋白聚糖的相互作用可能在人类动脉粥样硬化疾病中发挥作用的证据”。

星形胶质细胞是大脑中的细胞，长期以来被认为仅仅是神经元的支持细胞。近年来，对星形胶质细胞的研究日益增多，逐渐揭示了星形胶质细胞在脑功能中的重要性。Inserm、CNRS和法国生物跨学科研究中心学院的研究人员现在已经发现了它们在结束出生后大脑可塑性阶段中的关键作用，发现它们是感官和认知能力发展的关键。从长远来看，这些发现将使我们有可能设想出新的策略，在成人中重新引入大脑可塑性，从而促进脑损伤或神经发育障碍后的康复。这项研究已发表在《Science》杂志上。大脑可塑性是出生后的一个短暂的关键时期，在这一时期，大脑根据所接受的外部刺激（环境、相互作用等）重塑神经元的“线路”。这个时期的结束或“结束”标志着神经回路的稳定，与有效的信息处理和正常的认知发展有关。可塑性在未来仍然是可能的，尽管比生命开始时的水平要低得多。20世纪80年代的开创性研究表明，将不成熟的星形胶质细胞移植到成年动物的大脑中，会重新引入一段主要的可塑性时期。Inserm研究员团队和生物学跨学科研究中心从这一过程中获得灵感，揭示了迄今未知的导致可塑性闭合的细胞过程。大脑可塑期出现的问题可能会产生重大的长期后果。例如，如果一个人的眼睛状况使他不能正确地看东西，比如斜视（交叉眼），如果不及时治疗，相应的大脑线路就会永久性地改变。为了弥补这一点，研究人员试图通过确定一种治疗方法来重塑这种连接，这种治疗方法可以重新引入大脑的可塑性，即使大脑已经关闭。为了实现这一点，他们还试图更好地描述这种封闭背后的生物学机制。移植未成熟星形胶质细胞重建脑可塑性通过对小鼠视觉皮层的实验，研究人员表明，不成熟星形胶质细胞的存在是大脑可塑性的关键。随后，星形胶质细胞在可塑期参与中间神经元的发育成熟，最终导致其关闭。这种成熟过程是通过一种涉及连接蛋白30的新机制发生的，研究人员发现在成熟的星形胶质细胞中，连接蛋白30在闭合过程中水平很高。将星形胶质细胞移植到成年小鼠体内能重新引入大脑可塑性吗？为了找到答案，研究人员从幼鼠（1到3天大）的视皮层培养了不成熟的星形胶质细胞。这些不成熟的星形胶质细胞被移植到成年小鼠的初级视皮层，然后在单眼蒙蔽四天后评估视皮层的活动——这是一种用于评估大脑可塑性的标准技术。他们发现，与未接受移植的对照组小鼠不同，移植了未成熟星形胶质细胞的小鼠表现出高度的可塑性。这项研究提醒我们，在神经科学领域，我们不能只关注神经元。胶质细胞是星形胶质细胞的一个亚型，它调节着大脑的大部分功能。我们意识到这些细胞有积极的作用。神经胶质细胞比神经元不那么脆弱，因此是一种更容易作用于大脑的手段。胶质细胞占大脑细胞的一半以上。它们与神经元的细胞谱系不同，功能也有很大的不同。直到最近，它们还被认为是大脑的“清洁剂”，但研究人员意识到它们在释放分子方面也起着积极的作用。与神经元相比，它们发生在大脑发育的后期，不以同样的方式进行交流，并且占主导地位。

来自南安普顿大学抗体和疫苗组的科学家们获得了关于肿瘤坏死因子受体(TNFR)是如何被激活的一类重要免疫受体的新见解。这项研究发表在《Communications Biology》杂志上，研究了存在于免疫细胞上的一类名为TNFR的受体。这些受体，如CD40, 4-1BB和OX40，是帮助免疫系统对抗病原体和癌细胞的关键。因此，专门针对并激活这些受体的抗体药物(称为激动剂)已被开发用于癌症治疗。这些受体在细胞表面被激活的机制对于设计最佳药物形式很重要;然而，到目前为止，它还没有被完全理解。先前的工作表明，受体聚类，即分散在细胞表面的受体重新分布成局部的簇，对TNF受体激活是必不可少的，通常认为更大的簇诱导更有效的激活。当前的研究,由癌症免疫学中心的 Ben Yu博士和PMark Cragg教授领导，采用一组独特的试剂以CD40、4-1BB和OX40为靶点，以及通过Mark Benevolent基金资助获得的一种新的超分辨率显微镜，来研究不同受体聚集如何介导受体活性。研究结果证实，TNF受体激活绝对需要受体聚集，但有趣的是，这推翻了人们普遍认为的更大的聚集诱导更多的受体激活的观点。相反，该研究发现，诱导较小簇的激动剂——但具有更高的受体密度——比诱导较大簇的激动剂介导了更好的TNF受体活性。除了受体大小之外，研究还揭示了一种针对CD40的最有效的抗体激动剂诱导了一种新的杆状聚类结构，这可能解释了该抗体的超激动性质。这些发现增加了对TNF受体如何聚集介导免疫激活的重要见解，并将有助于指导未来针对TNF受体的治疗性抗体的开发。

铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）是一种机会致病菌，存在于许多生态位中，如植物的根部、积水甚至我们家的管道。它天生具有多种功能，可以引起急性和慢性感染，对免疫系统薄弱的人来说可能是致命的。临床环境中铜绿假单胞菌的存在是一个严重的威胁，它可以在呼吸器和导管中繁殖。此外，它对许多抗生素的适应性和耐药性使P. aeruginosa感染越来越难以治疗。因此，迫切需要开发新的抗菌药。来自瑞士日内瓦大学(UNIGE)的科学家在这种细菌中发现了一种以前未知的基因表达调节因子，没有这种调节因子，铜绿假单胞菌的感染能力及其危险性质就会显著降低。这些研究结果将发表在《Nucleic Acid Research》(核酸研究)杂志上，可能构成对抗这种病原体的一个创新靶点。RNA解旋酶通过结合和解旋各种RNA分子来实现其基本的调节功能。RNA解旋酶存在于几乎所有已知生物的基因组中，包括细菌、酵母、植物和人类;然而，它们根据被发现的生物体获得了特定的特性。UNIGE医学院微生物和分子医学系领导这项研究的研究员Martina Valentini解释说:“铜绿假单胞菌有一种RNA解旋酶，其功能尚不清楚，但在其他病原体中发现过。我们想了解它的作用，特别是与细菌的发病机制和它们对环境的适应有关。”毒性大大降低为此，日内瓦小组结合了生化和分子遗传学方法来确定这种蛋白质的功能。UNIGE医学院微生物和分子医学系副教授、本研究的第一作者Stéphane Hausmann报道说:“在没有这种RNA解旋酶的情况下，铜绿假单胞菌在37°C的液体和半固体培养基中正常增殖。为了确定细菌的感染能力是否受到影响，我们必须在活的生物体体内观察它。”然后科学家们继续他们的研究，使用一种研究宿主-病原体相互作用的模型昆虫大蜡螟（Galleria mellonella幼虫）。的确，昆虫的先天免疫系统与哺乳动物有重要的相似之处。此外，这些幼虫可以在5°C到45°C的温度下生存，这使得研究细菌在包括人体在内的不同温度下的生长成为可能。观察3组幼虫;在第一次注射盐水后，它的种群100%存活。在正常铜绿假单胞菌的存在下，不到20%的虫子在感染后20小时存活。相比之下，当P. aeruginosa不再拥有RNA解旋酶基因时，超过90%的幼虫存活了下来。“经过改造的细菌变得几乎无害，但仍然非常活跃，”Stéphane Hausmann说。抑制没但有杀死这项工作的结果表明，该调节剂影响了几种毒力因子在细菌的生产。Martina Valentini总结道:“事实上，这种蛋白质控制着许多编码毒力因子的信使RNA的降解。从抗菌药物策略的角度来看，关闭病原体的毒性因子，而不是试图完全消灭病原体，意味着允许宿主免疫系统自然中和细菌，并可能降低耐药性发展的风险。事实上，如果我们试图不惜一切代价杀死细菌，细菌将适应生存，这有利于耐药菌株的出现。”日内瓦团队目前正在继续其工作通过筛选一系列已知的药物分子,以确定他们是否有能力有选择性地阻止这种蛋白质,并详细研究的抑制机制的发展可以建立一个有效的治疗策略。

发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的一项新研究显示，一种实验室制造的实验性抗体可以完全防止非人类灵长类动物感染猴型艾滋病毒。这些结果将为未来的人类临床试验提供信息，评估leronlimab作为一种潜在的暴露前预防疗法(PrEP)，以防止人类感染导致艾滋病的病毒。“我们的研究结果表明leronlimab可能是对抗艾滋病流行的新武器，”该研究的首席研究员和这篇论文的共同通讯作者Jonah Sacha博士说，他是俄勒冈州健康与科学大学的教授，就职于俄勒冈州国家灵长类动物中心和疫苗与基因治疗研究所。“这项针对HIV共受体CCR5的临床前研究的结果有可能是开创性的，因为我们基本上拥有一种工具，可以模拟CCR5的基因突变，使一些人对感染免疫，并在一定程度上导致了两例HIV治愈病例，”另一位共同通讯作者、康奈尔大学医学免疫学教授Lishomwa Ndhlovu说。这种单克隆抗体由位于华盛顿温哥华的CytoDyn公司制造，通过一种叫做CCR5的表面蛋白阻止HIV进入免疫细胞。这种可注射药物已经在3期试验中进行了研究，作为与标准抗逆转录病毒药物联合使用时对艾滋病毒感染者的一种潜在治疗方法。CytoDyn正在向FDA提交信息，请求其批准该用途。这项研究着眼于预防HIV感染，进行了专门的研究。一些准备药物已经有了，但它们会导致肝脏、心脏和骨骼问题等不良副作用，一些人由于艾滋病毒的基因突变而对它们产生抗药性。现有的准备方案通常需要频繁使用，例如每天服用一片药片，或者必须在诊所进行输液。leronlimab是一种自行注射的药物。为了研究leronlimab作为一种潜在的PrEP药物的有效性，该研究小组在俄勒冈州的俄勒冈州国家灵长类动物研究中心创建了三组六只恒河猴。两组接受不同剂量的leronlimab，而第三组作为对照组，不接受实验药物。每隔一周接受50毫克每公斤体重的高剂量治疗的猴完全不受猴型艾滋病病毒的影响。相比之下，每周每公斤10毫克的低剂量给药组中有两只动物受到感染，而对照组中的每只动物都受到感染。研究人员得出结论，低剂量组的部分保护可能是由于猴子对人类抗体的免疫反应。根据这项研究的结果，CytoDyn计划在明年内进行一项早期临床试验，研究leronlimab作为一种潜在的药物制剂在人群中的应用。由于恒河猴细胞的表面CCR5蛋白含量高于人类，因此人类的剂量可能低于本研究中的剂量。与此同时，Sacha已经在努力使leronlimab更易于使用。他在2020年8月获得了一笔为期五年、价值300万美元的美国国立卫生研究院拨款，用于开发一种浓缩的、持久的leronlimab制剂，可以每三个月注射一次。减少注射频率可以增加药物方案的依从性，从而提高药物疗效。第一位被治愈的艾滋病患者Timothy Ray Brown于2020年9月29日去世，2007年居住在柏林的Brown为了治疗血癌接受了骨髓移植手术，这一过程消除了他体内的艾滋病病毒，因为他的捐赠者携带一个罕见的CCR5基因突变，而CCR5基因编码艾滋病病毒进入细胞的表面蛋白。Brown也是这篇论文的合著者，他的事迹激励了这项研究的科学家。

在过去的十年里，科学家们已经证明了胎儿的免疫系统比最初认为的要快得多，但是哪种抗原训练新生的免疫细胞以及它如何影响随后的发育仍然是一个悬而未决的问题。在6月1日发表在《细胞》(Cell)杂志上的一项研究中，研究人员确定，在妊娠中期的人类胎儿的全身组织中都存在能激活胎儿T细胞的活细菌。“让我兴奋的是，这篇论文提供了证据，不仅表明子宫内有微生物暴露……但它对胎儿免疫系统的教育是重要的，尤其是记忆T细胞，这对新生儿准备应对额外的抗原暴露、微生物暴露和可能的感染性致病暴露是重要的，”Indira Mysorekar说，他是华盛顿大学医学院的生物学家，他撰写的一篇评论文章将发表在《细胞》杂志上。“它支持了最近发表的其他研究，这些研究表明，胎儿在子宫内暴露，胎儿[免疫]教育在子宫内就开始了。”为了排除细菌DNA的来源是污染，研究人员将胎儿样本发给了以色列魏茨曼研究所(Weizmann Institute)的合作者，后者也发现了细菌DNA的证据。团队还测序的控制:缓冲区用来清洁工具在医院和在实验室里,拭子的手研究人员处理胎儿样本和感动任何表面胎儿组织可能有联系,和所有的试剂用于提取和DNA序列。2017年，新加坡A*STAR的免疫学家Florent Ginhoux及其同事发现，胎儿免疫系统在妊娠中期开始运作。他解释说:“看起来胎儿的免疫系统在早期就相当迅速地发挥了作用。”他补充说，这一发现与长期以来的假设相反，即婴儿在出生时就接受了第一个巨大的免疫挑战，并从阴道微生物群开始与外界接触。虽然其他研究小组已经证实了胎儿免疫系统在妊娠中期出现，但仍不清楚胎儿免疫细胞识别哪种抗原。为了回答这个问题，Ginhoux再次与新加坡杜克-新加坡国立大学医学院的Jerry Chan和Salvatore Albani，以及纳奥米·麦戈文(Naomi McGovern)合作。麦戈文曾是a *STAR的博士后，现在在英国剑桥大学经营自己的实验室。研究人员使用16S核糖体RNA对各种胎儿和胎盘组织进行测序——从妊娠中期流产中获得——表明在胎儿的肠道、肺部、皮肤和胎盘中都有微生物的痕迹。通过比较来自控制组和来自胎儿组织的信号，研究小组确定了一个与胎儿中存在的特定微生物相对应的遗传信号。Ginhoux说:“这是一个低生物量信号，但不太可能是噪音。”该团队从胎儿组织中培养出活细菌，包括一些在对照组中没有发现的特定微生物。然后，他们为扫描电子显微镜准备了胎儿肠道——除了皮肤之外，显示出最大微生物群落的组织。肠组织来自一个估计孕龄为10周的胎儿和三个估计孕龄为14周的胎儿。Ginhoux说，“让我们惊讶的是，我们可以在14周胎儿的肠道中找到微生物”，但10周胎儿却没有，这表明细菌在发育的某个阶段后会在肠道中定居。这些细菌只分布在肠腔的特定区域，其结构看起来好像与黏液(一种由上皮细胞释放的类似黏液的物质)绑定在一起。Cell，doi: 10.1016 / j.cell.2021.04.039, 2021年最后，研究人员发现，他们在胎儿体内发现的一些细菌物种可以激活从胎儿组织中分离出来的记忆T细胞。他们设计了一个体外系统来监测T细胞的激活和扩张。Ginhoux解释说:“我们在组织中发现的被激活的T细胞，其中一些可能已经被教育或被激活，以对分离出来的微生物做出反应。”研究结果表明，微生物是参与人类早期免疫发育的因素之一，“可能是人类终身健康和免疫力的基础。”哥伦比亚大学的免疫学家唐娜·法伯没有参与这项研究，她说:“想到你这么早就接触到细菌，这很有趣。”“那么问题来了，这些细菌来自哪里?””她问道。Ginhoux同意说:“母婴垂直传播微生物是一种完全未知的机制。”“在发育过程中，母亲和胎儿之间有很多沟通和交流。”据Mysorekar说，另一个悬而未决的问题是，子宫内接触微生物如何影响胎儿免疫发育。“启动教育的胎儿免疫细胞感觉到或接收到的信号是什么?””她问道。这项工作“推动了这个领域的开放，并真正强调了还有很多问题需要解决。”

病毒是完美的分子机器。它们的唯一目标是将遗传物质插入健康细胞中，从而繁殖。因此，以致命的精确度，它们可以导致导致数百万人死亡的疾病，并使世界处于紧张状态。这类病毒的一个例子是造成目前全球艾滋病流行的艾滋病毒，尽管目前讨论较少。尽管近年来取得了进展，但仅2019年就有69万人死于这种病毒感染。“如果你想了解敌人，你必须了解它所有的朋友，”奥地利IST舒尔小组的博士后Martin Obr说。因此，他与他的同事一起研究了一种与HIV同属一个家族的病毒——劳斯肉瘤病毒，一种在家禽中引起癌症的病毒。在它的帮助下，他对小分子在这类病毒的组装中所起的重要作用有了新的认识。在他们发表在《自然通讯》杂志上的研究中，该团队与康奈尔大学和密苏里大学的合作者共同关注了逆转录病毒复制的后期阶段。第一作者Martin Obr解释说:“从一个受感染的细胞到成熟的病毒颗粒感染另一个细胞还有很长的路要走。”一个新的粒子在不成熟、不受感染的状态下从细胞中萌发。然后，它在基因信息周围形成一个保护壳，也就是所谓的衣壳，变得具有传染性。这个保护壳由蛋白质组成，蛋白质由六聚体和一些五聚体组成。研究小组发现，一种叫做IP6的小分子在稳定劳斯肉瘤病毒的蛋白质壳层方面起着重要作用。助理教授弗洛里安·舒尔说:“如果保护壳不稳定，病毒的遗传信息可能会被提前释放并被破坏，但如果太稳定，基因组根本无法退出，因此变得无用。”在之前的一项研究中，他和他的同事能够证明IP6在HIV病毒的组装中是重要的。现在，研究小组证明了它在其他逆转录病毒中同样重要，显示了小分子在病毒生命周期中是多么重要。“制造一辆汽车时，你有所有这些大的金属部件，比如引擎盖、车顶和车门——螺丝连接着一切。在我们的研究中，主要部分是衣壳蛋白质，IP6分子是螺丝。”Obr说。意想不到的灵活性进一步发展冷冻电子断层扫描技术，科学家可以在自然状态下观察极其微小的样本，该团队能够看到衣壳蛋白质形成的形状是如何变化的。“现在我们问自己:为什么病毒会改变衣壳的形状?它在适应什么?”博士后Martin Obr说。同一种病毒的不同衣壳形状可能表明病毒颗粒的传染性存在差异。Florian Schur说:“无论发生什么，都有原因，但目前还没有明确的答案。”对科学家来说，进一步开发技术以深入了解这些高度优化的病原体，仍然是一项富有挑战性和吸引力的任务。

一种细菌蛋白质通过使转录DNA的细胞机制暂停在基因组中适当的位置，从而帮助停止转录。曼德尔说:“我们发现，一些固有终止位点依赖于NusA，一些依赖于NusG，一些依赖于NusA或NusG，还有一些需要两者兼有。”该研究论文发表在eLife在线杂志上这种名为NusG的蛋白质会在特定的DNA序列上暂停转录机制，以促进所谓的“内在终止”，并防止可能破坏细胞功能的不必要的转录。由宾夕法尼亚州立大学的研究人员领导的一项新研究表明，NusG和相关蛋白NusA共同促进了枯草芽孢杆菌中约88%的固有终止子的终止。理解这一过程扩展了我们对这一关键细胞功能的基本知识，并可能最终帮助开发瞄准和破坏细菌基因调控的抗生素。一篇描述该研究的论文发表在eLife在线杂志上。宾夕法尼亚州立大学研究生、论文第一作者扎卡里·f·曼德尔(Zachary F. Mandell)说，“细胞要获取存储在DNA中的遗传信息，首先必须通过一种叫做RNA聚合酶的酶把它转录成RNA。”“这一过程是高度协调的，以确保正确的基因在正确的时间和适当的水平上表达，使细胞正常运作。我们对让细胞在基因组的精确位置停止转录的机制很感兴趣。”基因表达的适当调控发生在三个基本阶段。首先，转录是由RNA聚合酶启动的，RNA聚合酶在被转录序列的开始与DNA结合。在延伸过程中，NusA和NusG与RNA聚合酶结合，生成DNA序列的RNA拷贝。最后，转录必须在基因组中适当的位置终止。Paul Babitzke说:“转录的终止在细菌中尤为重要，因为基因在基因组上紧密排列，如果不能在正确的位置终止转录，就可能导致不恰当的基因表达。”他是宾夕法尼亚州立大学生物化学和分子生物学教授，也是该研究团队的领导者。传统上，细菌的终止机制被归类为“因子依赖”(依赖于一种称为Rho的蛋白质)或“内在终止”(被认为是“因子独立”)。内在终止依赖于产生的RNA分子中形成的RNA发夹结构，这导致RNA从转录机制中释放出来。NusG和NusA都是被归类为帮助调节基因表达的转录因子的蛋白质，它们是蛋白质复合体的一部分，在延伸过程中读取和转录DNA。NusA与产生的RNA分子相互作用，NusG可以结合到DNA上暂停延伸。根据以往的研究，NusA通过协助RNA发夹的形成，被认为在内在终止中发挥作用，但NusG在终止中的作用尚未确定。为了进一步探索这两种蛋白在内在终止中的作用，本研究团队制备了缺NusA、缺NusG以及NusA和NusG都缺的菌株。然后他们使用了他们发明的一种叫做“Term-Seq”的技术，在这项技术中，他们可以保存和识别在他们的菌株中产生的所有RNA分子的末端。突变株的RNA末端可以与NusA和NusG功能正常的细菌的RNA分子进行比较。曼德尔说:“我们发现，一些固有终止位点依赖于NusA，一些依赖于NusG，一些依赖于NusA或NusG，还有一些需要两者兼有。”“我们对这两种蛋白质在内在终止中扮演的重要角色感到有些惊讶。总计88%的固有终止位点在一定程度上依赖于NusA或NusG。内在终止显然不是完全‘因素独立’的。”研究人员仍在调查Nus蛋白在转录终止中的确切作用。Babitzke说:“我们认为NusA直接帮助形成内在终止所需的发夹，而NusG在终止位点暂停延伸，给发夹额外的形成时间。”

海洋中不断增加的塑料数量所带来的影响是复杂的，目前还没有完全弄清楚。基尔GEOMAR Helmholtz海洋研究中心的科学家们现在第一次证明，浮游动物对微塑料的吸收即使在低浓度下也会对海洋生态系统产生显著影响。这项发表在国际期刊《自然通讯》上的研究进一步指出，由此产生的变化可能是造成海洋缺氧的原因，而不仅仅是全球变暖造成的。海洋中的塑料碎片对大型海洋哺乳动物、鱼类和海鸟来说是一个众所周知的问题。这些动物会把塑料制品(如塑料袋)误认为类似的食物(如水母)。微小的浮游动物也会误把非常小的塑料颗粒当成食物，并偶然或偶然地(当塑料颗粒与有机颗粒结合时)吞下它们。人们对摄入这种微塑料对浮游动物的直接影响知之甚少，但对浮游动物用塑料取代部分食物对生态系统的更广泛影响的了解就少得多。现在，一个研究小组第一次使用地球系统模型来模拟摄入微塑料的浮游动物如何影响海洋食物网和养分循环的基础。目前发表在国际期刊《自然通讯》(Nature Communications)上的研究结果表明，即使是低浓度的微塑料也会对生态系统产生强烈影响。“这种影响已经足以影响全球营养循环，”该研究的主要作者卡琳·克维尔博士说。“这些发现意义重大，因为科学界长期以来一直怀疑海洋中的微塑料浓度是否高到足以影响营养循环，”卡琳·克维尔博士说，“我们的研究表明，即使海洋中目前存在的微塑料浓度，如果浮游动物用微塑料取代它们的一些天然食物，情况可能已经如此了。如果浮游动物吃了微塑料，从而吸收的食物更少，这可能会产生深远的生态影响，例如，可能会通过减少喂养压力导致藻类大量繁殖，这几乎与气候变化一样影响海洋的氧气含量。”Kvale继续说道。这些发现指出了人类导致海洋变化的一种新的潜在驱动力，而这种驱动力以前从未被考虑过。然而，Kvale指出，这些结果是“非常初步的”，因为对于食物网的基础是如何与微塑料污染相互作用的，我们还知之甚少。她说，这一课题还需要进一步研究，但这项研究为扩大地球系统模型的容量提供了强大的动力，将污染影响作为海洋变化的新驱动力纳入其中。

莫纳什大学生物医学研究所的研究人员在理解高风险免疫基因与类风湿性关节炎（RA）的发展相关的作用方面取得了突破。该发现发表在Science Immunology杂志上，是由莫纳什大学领导的七年合作的结果，该合作涉及美国的詹森研究院系与瑞典的卡罗林斯卡研究所。被称为人体白细胞抗原HLA-DR4的免疫系统基因，会导致对RA的敏感性增加。在这项研究中，研究小组使用转基因小鼠表达人类HLA-DR4分子，在分子和细胞水平上研究了T细胞如何识别这些HLA-DR4分子。研究小组还表明，表达这些HLA分子的“RA易感”人群中也存在高度相似的T细胞受体，可能具有相似的识别特性。领导研究的Hugh Reid博士说：“这表明可能存在类风湿性关节炎发展的免疫信号，为诊断性发展提供了潜在途径或为治疗性发展提供了机会之窗。”在澳大利亚同步加速器的帮助下，研究人员确定了在T细胞受体和与HLA-DR4结合的改变的关节蛋白之间相互作用期间形成的分子复合物的结构。有了这些信息，他们就能弄清楚在这种有害的T细胞反应中什么是重要的。Reid博士说：“这项研究是一个很好的例子，说明了学术和工业合作伙伴之间的合作努力如何能够导致基础科学领域的突破，从而为开发更好的常见疾病疗法提供途径。”类风湿关节炎是一种自身免疫性疾病，影响了世界约百分之一的人口。它的特点是关节肿胀，疼痛，僵硬，因此患者活动受限。通过研究T细胞如何识别与“易感性” HLA分子复杂的关节蛋白，科学家们提高了我们对这些HLA分子如何使个体易患疾病的能力的理解。提供的见解可以极大地帮助实现生产个性化药物和/或治疗RA的临床前干预措施的长期目标。  

棕色脂肪是一种独特类型的脂肪，可响应低温而被激活。它的主要作用是产生热量以帮助维持体温，并通过燃烧卡路里来实现这一目标。这提高了这种卡路里燃烧可以转化为体重减轻的前景，特别是在肥胖的情况下。棕色和米色脂肪细胞燃烧燃料和产生热量的能力，特别是在暴露于寒冷的温度下，长期以来一直使其成为治疗肥胖和其他代谢紊乱的有吸引力的目标。然而，冷诱导的棕色脂肪细胞的确切起源和作用机制仍然是一个谜。这些能量燃烧脂肪细胞的来源以前被认为仅与表达受体Pdgfrα（血小板衍生生长因子受体α）的细胞群有关。但是，更广泛的证据表明可能存在其他来源。识别这些其他来源将为治疗开辟潜在的新目标，这些目标将绕开一些不舒服的使用寒冷的温度来试图治疗肥胖症。Joslin糖尿病中心的研究人员发现了一种新的能量消耗棕色脂肪细胞来源，他们说这指向肥胖的潜在新治疗选择。根据Nature Metabolism发表的新报告，关键在于表达一种名为瞬时受体电位香草酸亚型1(TRPV1)的受体，这是一种对钙离子有高渗透性的非选择性阳离子通道，由于能被辣椒素激活也叫辣椒素受体。具体而言，作者指出表达Trpv1受体的平滑肌细胞是燃烧能量的棕色脂肪细胞（脂肪细胞）的新来源。该小组最初研究了在不同温度和时间长度下饲养的小鼠棕色脂肪组织的一般细胞组成。值得注意的是，他们采用现代单细胞RNA测序方法试图鉴定存在的所有类型的细胞。作者说，这避免了潜在偏向一种特定细胞类型的问题，这是以前研究的一个弱点。共同作者Matthew D.Lynes说：“单细胞测序与先进的数据分析技术相结合，使我们能够在计算机上对棕色脂肪的发展做出预测。通过验证这些预测，我们希望为代谢研究开辟新的细胞靶标。”对小鼠模型的进一步研究证实，Trpv1阳性平滑肌细胞产生棕色能量燃烧形式的脂肪细胞，特别是当暴露于低温时。另外的实验还显示Trpv1阳性细胞是受到冷刺激的白色脂肪中米色脂肪细胞的来源，进一步扩大了表达Trpv1的前体细胞的潜在影响。通讯作者Yu-Hua Tseng说：“这些发现显示了血管平滑肌谱系的可塑性，并扩大了可用于增强棕色脂肪功能和促进代谢健康的细胞来源库。将Trpv1表达细胞鉴定为冷诱导的棕色或米色脂肪细胞的新来源表明，通过开发重现细胞水平冷暴露影响的药物，有可能改进低温治疗肥胖，”Tseng说。作者指出，Trpv1在检测多种有害刺激物（包括辣椒素）中起作用，并且先前的研究表明在人和动物中施用导致食物摄入减少和能量消耗增加。Tseng补充说：“现在计划进行下一步的研究，以解决Trpv1通道及其配体的作用，以及是否有可能将这些细胞靶向增加生热脂肪细胞的数量，以此作为治疗肥胖症的方法。”

一项针对70-80岁人群的最新研究表明，喝甜菜根汁可以促进口腔细菌向使血管和大脑功能更加健康的方式发展。甜菜根以及莴苣、菠菜和芹菜等其他食物含有丰富的无机硝酸盐，许多口腔细菌在将硝酸盐转化为一氧化氮方面发挥了作用，这有助于调节血管和神经传递（大脑中的化学信息）。结果显示，高水平的细菌与良好的血管和认知健康有关，低水平的细菌与疾病和炎症有关。老年人的一氧化氮生成量较低，这与血管（血管）和认知（大脑）健康状况较差有关。在埃克塞特大学的新研究中，26名健康的老年人参加了两个为期10天的补充计划：一组是富含硝酸盐的甜菜根汁，另一组是不含硝酸盐的安慰剂汁，他们每天喝两次。饮用甜菜根汁后，收缩压平均下降了5个点（mmHg）。主要作者Anni Vanhatalo教授说：“我们对这些发现感到非常兴奋，它们对健康衰老具有重要意义。以前的研究比较了年轻人和老年人的口腔细菌，健康人和有疾病的人的口腔细菌，但我们是第一个用这种方法测试富含硝酸盐的饮食的人。“我们的研究结果表明，在饮食中添加富含硝酸盐的食物——在这种情况下是通过甜菜根汁——仅仅十天就可以显著地改变口腔微生物群（细菌的混合物）。”长期保持这种健康的口腔微生物群可能会放慢速度与衰老相关的负性血管和认知变化。研究人员进行了测试，以确定口腔细菌的集群（或称“模块”），这些集群（或“模块”）倾向于在类似条件下共同生长。补充硝酸盐后，与炎症相关的模块（Prevotella Veillonella）减少，包括艰难梭状芽胞杆菌的减少（艰难梭状芽胞杆菌可感染肠道并引起腹泻）。Vanhatalo教授强调，需要更多的研究来证实这一发现，看看是否在其他人群中也发现类似的效果。她说：“我们的参与者是健康、活跃的老年人，血压一般都很好。饮食中的硝酸盐平均降低了他们的血压，我们很想知道在其他年龄组和健康状况较差的人群中是否也会发生同样的情况。“我们正在与埃克塞特大学医学院的同事合作，调查口腔细菌和认知能力之间的相互作用，以更好地了解如何利用饮食来延缓老年人的认知能力下降年龄。”关于健康肠道微生物群的益处进行了大量研究，但对口腔微生物群落的了解却少得多，因为口腔微生物群落在“激活”富含蔬菜的饮食中的硝酸盐方面起着至关重要的作用。

一种有害的农业害虫在数百万年前窃取了植物的一个基因，成就了它的成功。这项发现，发表在3月25日的《Cell》上，是第一个已知的从植物转移到昆虫的天然基因例子。这也解释了为什么烟粉虱（Bemisia tabaci）如此善于在作物上大口大口地吃东西的一个原因：它从植物身上掠过的基因使它能够中和一些植物产生的一种来抵御昆虫的毒素，为防治害虫提供了一条可能的途径。伊利诺伊州芝加哥大学研究植物与害虫相互作用的 Andrew Gloss说：“这揭示了一种机制，通过这种机制，我们可以使天平向有利于植物的方向倾斜。这是研究进化如何为作物保护等应用提供新方法的一个显著例子。”与蚜虫的关系比与苍蝇的关系更为密切的小型粉虱在世界各地造成了农业灾难。 烟粉虱是最具破坏性的植物害虫之一：粉虱分泌数百种植物的含糖汁液，同时分泌一种称为蜜露的粘性甜味物质，作为霉菌的繁殖地。粉虱也是上百种致病性植物病毒的载体。有些种类的粉虱的捕食能力可能部分归功于来自其他生物基因，这并不完全令人惊讶，因为基因盗窃在植物和害虫之间的军备竞赛中很常见。千百万年来，植物和昆虫都大量借用微生物基因组，有时利用新获得的基因来制定防御或进攻策略，掠夺微生物基因，从难以消化的植物细胞壁中提取更多营养，小麦的一个野生亲戚盗取了一个真菌基因来抵御一种叫做赤霉病的真菌病。但是现在还不知道植物和昆虫会互相偷窃。北京中国农业科学院昆虫学家Youjun Zhang及其同事正在搜寻烟粉虱基因组寻找偷窃基因，当时他们发现一种似乎不是在其他昆虫或微生物中进化而是在植物中进化的基因。进一步的研究表明，该基因可以将一个化学基团转移到称为酚类葡萄糖苷的防御性化合物上。这些化合物由包括西红柿在内的许多植物制成，以抵御害虫。但是由粉虱基因引起的修饰使化合物无害。为了验证这一假设，该团队设计了番茄植物来产生能够关闭粉虱基因表达的双链RNA分子。几乎所有随后食用番茄植物的粉虱都死亡了。德国耶拿马克斯普朗克化学生态研究所的化学生态学家Jonathan Gershenzon说，这一结果表明了一种针对粉虱的新方法。他说：“这提供了一个很好的具体机会。你可以阻止粉虱离开，但不会伤害传粉媒介等有益昆虫。”植物害虫战斗瑞士Neuchâtel大学化学生态学家Ted Turlings说，物种间的基因转移可能难以证明。为此，Zhang，Turlings及其同事分析了植物中相似基因的序列，并确定粉虱基因是他们的进化亲属。该小组还进行了分析，表明该基因已整合到粉虱基因组中，而不是植物DNA污染样品的结果。马克斯·普朗克化学生态研究所的分子昆虫学家Yannick Pauchet说，结果令人惊讶，但令人信服。他说：“根据他们提供的数据，水平基因转移是最简约的解释。”但是粉虱如何设法偷窃植物基因尚不清楚。Turlings说，一种可能性是病毒作为一种中间体，将植物中的遗传物质穿梭到粉虱基因组中。Gloss说，随着研究人员对更多基因组进行测序，他们可能会发现更多植物和动物之间基因转移的例子。他说：“从植物本身获取基因的昆虫只是我们尚未发现的‘军备竞赛’的冰山一角。在生命之树上，到处都充满了植物与其害虫或病原体之间的战斗”

哥伦比亚大学研究人员的一项新研究表明，缓解炎症的疗法可以有效预防出现普通衰老相关血液问题的人群患上心脏病。研究人员发现了这种被称为克隆性造血（clonal hematopoiesis）的病症是如何恶化动脉粥样硬化的，他们的发现表明，一种之前在更广泛心血管疾病患者中测试过的抗炎药物，如果用于克隆性造血的患者，可能是一种有潜力的药物。相关研究成功公布在3月17日的Nature杂志上。文章作者，Alan Tall博士说，“我们的研究指出，动脉粥样硬化性心脏病患者如果出现克隆性造血，那么抗炎治疗可能尤为有效。”衰老会导致心脏病尽管降低胆固醇的他汀类药物等疗法在减少动脉粥样硬化性心脏病方面已经取得了很大进展，但心血管疾病仍在增加。“多年来，研究人员已经了解到衰老过程本身是导致心血管疾病的主要因素，但衰老本身如何导致心脏病，以及如何预防，目前还不太清楚。”常见的血液状况会增加心脏病的发病率在这项新研究中，研究人员仔细研究了一种常见的血液状况，称为克隆性造血，它与衰老有关。在70岁以上的人群中，约有10%发生克隆造血，大多数人没有症状。但研究人员最近意识到，由于未知的原因，这种情况会使患心脏病的风险增加40%。克隆性造血发生在造血干细胞获得突变时。随着年龄的增长，每个造血干细胞都发生了基因突变，尽管这些突变大多没有影响。但在克隆造血过程中，一些突变会使干细胞超负荷运转，从而产生比其他干细胞更多的血细胞。对小鼠的研究揭示了心脏病风险的额外来源当四种特定基因中的一种发生突变时，通常会发生克隆性造血作用。研究小组特别关注了JAK2，这种基因给过早患冠状动脉疾病带来了最大的风险。在动脉粥样硬化中，被称为巨噬细胞的白细胞在斑块中聚集，并随着斑块的增长而增殖。在对小鼠的研究中，研究人员发现JAK2突变导致巨噬细胞的大量变化，增加了巨噬细胞的增殖，也增加了动脉粥样硬化斑块的炎症，导致了斑块的坏死核心。“我们知道在人类中，这些区域与不稳定的斑块有关，这些斑块可能破裂，导致心脏病发作或中风。”研究人员还追踪了导致这些变化的分子机制，包括AIM2炎症小体的激活增加，这是一种诱导炎症的蛋白质复合物。针对炎性小体可能降低心血管风险抑制炎症小体的各种成分可以改善斑块的稳定性，正如抑制炎症小体的产物IL-1β一样。虽然在临床试验中，一种名为canakinumab (IL-1β)的抑制剂减少了心血管事件，但该药物与较小的感染风险有关，而且尚未上市。“如果我们采取精确的医学方法，只使用canakinumab治疗JAK驱动的克隆造血，这可能会带来治疗心血管疾病的好消息。”

深入的跨学科研究表明，染色质调节酶是常见类型肺癌的关键驱动因素。靶向酶的药物可以改善这种特定癌症的治疗和存活率。阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）结构生物学家Lukasz Jaremko与斯坦福大学和美国德克萨斯大学MD安德森癌症中心的同事一起领导了这项研究，他说：“鳞状细胞癌占人类所有肺癌的近三分之一，我们的联合结构和动力学研究，包括酶活性研究，基因分析，小鼠模型和人类细胞结果都指出组蛋白赖氨酸N-甲基转移酶（NSD3）是癌症的主要驱动因素。作为调查的一部分，Jaremko实验室成员Vladlena Kharchenko博士使用核磁共振波谱实验评估了正常NSD3和涉及驱动肺鳞状细胞癌的高活性突变体的结构和动力学。Kharchenko说：“这种突变似乎并未影响酶的静态结构。然而，利用动态的质子进动效应，我们能够证明过度活跃的突变导致了NSD3酶部分的流动性变化，使其能够更容易地催化在染色质的组蛋白尾部添加两个甲基分子，这最终解除了某些形式肺癌中促癌基因的管制。”科学家们早就意识到8号染色体特定区域内的许多基因可能参与癌症的形成。特别是一种基因FGFR1作为肺癌的潜在驱动因素受到了很多关注。但是抑制该基因编码的蛋白质的临床试验令人失望。Jaremko说：“我们的研究解释了NSD3酶活性亢进的分子基础，即其死亡之舞，并明确证实NSD3，而不是先前怀疑的FGFR1，是肺鳞状细胞癌的主要驱动力。”合作研究还发现，NSD3易受一类称为溴区结构域抑制剂的抗癌药物的影响。但是仍然需要专门针对NSD3的抑制剂，使其成为药物筛选活动的主要目标。该团队希望提高对NSD3在染色质和细胞中功能的分子水平理解。”我们的研究表明，癌症研究的分子动力学方面是复杂和迷人的，“Kharchenko说。”它还表明，在我们开发有效的NSD3特异性疗法之前，还需要在原子水平上了解NSD3的功能。”