分化机制

以色列希伯来大学哈达沙医学院的分子生物学家霍华德• 塞达尔教授和癌症研究专家伯格曼教授，发现了使胚胎干细胞分化为不同组织和器官细胞的机制。 　　他们研究发现，胚胎干细胞分化过程受一个称为G9a基因的影响，该基因可使让胚胎干细胞分化为不同组织和器官的基因关闭，从而使其无法发挥作用。据认为，该研究成果对今后的干细胞治疗具有重要意义。 　　胚胎干细胞是早期胚胎中尚未分化的全能细胞，它们与成体细胞不同，具备发育为各种组织和器官的潜力。负责这项研究的塞达尔教授解释说，当胚胎在子宫中着床后，细胞的分化过程即开始了。此时，细胞内有两种控制机制发生作用，一种使细胞保持其全能状态的基因被关闭，另一种使细胞发育为肌肉等特定组织的基因被启动。胚胎干细胞一旦开始分化为不同的组织细胞，便失去其全能性。 　　目前，一些科学家用成体细胞培育干细胞取得了一定进展，但这项研究也面临较大难度，主要是成体细胞已经失去了胚胎干细胞的特有潜力，很难通过重组使其达到胚胎干细胞的程度。塞达尔教授的这项研究成果为今后干细胞治疗带来了新的希望。科学家将来或许可以利用胚胎干细胞分化机制培育出新的组织和器官，用于取代人体中的病变部分。

David Schaffer是加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的化学和生物分子工程、生物工程和神经科学教授，在那里他还担任伯克利干细胞中心(Berkeley Stem Cell Center)主任和QB3-Berkeley主任。David实验室致力于了解生物学和探索干细胞的治疗潜力，尝试用组织工程学控制干细胞的能力并用于疾病治疗。他们致力于发现新的信号通路，并解释和实现这些信号的生物网络的计算和实验分析，最终将这些信号整合到生物材料微环境中以实现最优的干细胞控制。多能干细胞的可扩展和分化可以极大地受益于许多生物学应用，包括细胞替代治疗、疾病建模、体外器官形成和药物筛选。David实验室是PerkinElmer高内涵的老用户，自2018年开始，陆续基于PerkinElmer的高内涵系统发表了5篇文章，包括一篇Cell Report，一篇Science Advances。在6月份的推送《就发了5篇SCI！老凡尔赛如何用高内涵阐明神经细胞分化机制（上）》中，我们已经分享了David实验室建立的2D神经分化体系，此次，我们来分享3D神经干细胞研究体系。《High-throughput 3D screening for differentiation of hPSC-derived cell therapy candidates》于2020年8月发表于Science Advanced杂志，该工作系统性的构建了3D神经分化研究方法，建立高通量3D培养平台，用于系统地筛选1200种不同剂量、持续时间、动力学和信号组合的培养条件，寻找能从人多能干细胞(hPSCs)分化出少突胶质细胞祖细胞和中脑多巴胺能神经元的条件并确定关键因子。该研究揭示了以前未被发现的， Wnt、维甲酸和sonic hedgehog信号对细胞分化的复杂作用，这可能揭示了人类中枢神经系统发育中新的关键机制。该研究的发现有助于一些神经类疾病的细胞替代疗法（cell replacement therapies (CRTs)）的优化。首先，少突胶质前体细胞OPC的体外分化过程见上图，在3D培养条件下，要经过复杂的诱导过程，PSC细胞才能够分化成为OPC细胞，而这一过程如何规范化如何可控，正是神经系统类基本细胞替代疗法最关心的问题，作者就针对这一过程展开了筛选。上图为作者筛选体系示意图，该体系将细胞悬浮在3D水凝胶中的微柱芯片压印到含有隔离介质条件的互补微孔芯片上，然后芯片被悬空培养在800nl培养介质的微孔中，经过一段时间的培养，该微流控板直接用PerkinElmer高内涵系统进行成像和分析。这样，在培养基中加入不同成分，就能够筛选不同剂量和时间的组合。作者共筛选了1200个组合培养条件，共计4800个独立样本，同时消耗的试剂体积不到相应96孔板格式的0.2%。这是一个非常高效的筛选体系。接下来，作者进行了各个关键因素多维度的筛选，筛选的表型为各个分化时期OPC的不同标记物，如Olig2、Tuj1、Nkx2.2等，这些标记物的成像和定量都是通过PerkinElmer高内涵系统完成的。这些多维度筛选的关键因素包括：接种细胞密度对早期分化过程的影响RA，SHH和 Wnt三个信号通路的组合效应3种信号通路抑制剂和拮抗剂的组合效应，IWP-2（Wnt通路抑制剂）、GANTT61（SHH通路拮抗剂）、DAPT（Notch通路拮抗剂）RA和SAG处理不同时间的影响之后，作者拟合了广义线性模型，将Olig2、Nxk2.2和Tuj1的表达和共表达与本研究涉及的12个培养参数中的单个输入参数以及它们之间的132个成对相互作用关联起来。并发现，RA是对Olig2和Nkx2.2表达影响最大的参数之一，特别是第0天和第1天和第4天和第10天剂量控制至关重要。此外，该分析确定了两种培养参数（第0-2天高剂量的RA+第4-10天高剂量的SAG，GANT剂量的增加+CHIR持续时间的延长）以协同方式相互作用以促进OPC分化的情况。最后，作者还用该模型筛选了hPSC细胞分化成tyrosine hydroxylase+mDA神经细胞的过程，也找到了该过程的重要调控因素，描述了该过程的可控性操作方法。这部分内容由于篇幅不再展开，感兴趣的同学请阅读原文。综上本文建立了一个很好的3D神经细胞分化研究体系，该体系基于高内涵成像与分析系统，能够在作者设计的微芯片上，同时分析神经细胞分化过程中诸多因子的作用。作者也借助该体系，详细的分析了两种神经细胞分化过程中关键因子是如何作用的，这些发现对于神经系统疾病的细胞替代疗法的过程设计尤其重要。在本文中，PerkinElmer高内涵系统包揽了所有的成像和分析工作，在作者自行设计的微芯片上灵活自如，对各种芯片和孔板有极强的包容性，实在是不可缺少的筛选小助手啊！参考文献Riya Muckom , XiaopingBao, et al, High-throughput 3D screening for differentiation of hPSC-derived cell therapy candidates. Sci Adv. 2020 Aug 7 6(32): eaaz1457.

近日，重庆大学附属肿瘤医院李咏生教授团队在《Signal Transduction and Targeted Therapy》杂志（影响因子：38.104）发表了题为《线粒体丙酮酸载体：调控T细胞分化的代谢-表观遗传学检查点》的研究亮点，阐述线粒体丙酮酸载体作为代谢-表观遗传检查点调控T细胞分化的分子机制，及影响肿瘤免疫的临床意义。细胞毒性CD8+ T细胞是抗癌免疫反应中最强大的效应细胞。在抗原刺激下，CD8+ T细胞可增殖并分化为效应T细胞（Teff），其中大部分是终末分化的短寿命效应细胞 (SLEC)，具有强大的细胞毒性潜力；而其余的部分则是记忆前体效应细胞 (MPEC)，可进一步分化为长寿的、可自我更新的记忆CD8+ T细胞（Tmem）。代谢重编程对CD8+ T细胞的分化和功能具有重要调控作用，其中糖酵解，包括乳酸发酵和丙酮酸氧化，均可促进CD8+ T细胞向Teff的分化。然而，线粒体丙酮酸载体（MPC）控制的线粒体丙酮酸摄取和代谢如何影响T细胞功能和命运仍不清楚。今年五月，来自瑞士洛桑大学的Mathias Wenes团队在Cell Metabolism上发表了题为 The mitochondrial pyruvate carrier regulates memory T cell differentiation and antitumor function的论著，他们发现，MPC缺陷的CD8+ T细胞具有向记忆型分化的倾向，机制研究表明，MPC受抑制的CD8+ T细胞可利用环境中的谷胱甘肽和脂肪酸氧化产生乙酰辅酶A，进而促进组蛋白H3K27位点乙酰化，并导致转录因子RUNX1下游的Tmem分化相关细胞因子（如IL-2，CD40）的表达上调。 此外，该团队还发现，在营养缺乏的肿瘤微环境（TME）中，乳酸来源的丙酮酸是维持CD8+ T细胞抗肿瘤活性的重要能源物质。由于谷胱甘肽和脂肪酸含量较少，在肿瘤微环境（TME）浸润CD8+ T细胞中敲除MPC并不会导致其向Tmem分化，但CD8+ T细胞内mTOR信号受到了显著抑制，进而引起H3K27位点甲基化水平上调，最终导致其抗肿瘤免疫活性降低。近年来，过继细胞转移（ACT）疗法成为了临床上最主要的抗肿瘤免疫治疗策略之一，其通过生成大量的带有基因修饰受体（嵌合抗原受体CAR）的肿瘤特异性CD8+ T细胞（也就是CAR-T 细胞）来增强抗肿瘤效应。然而，由于CAR- T细胞在患者体内的存活率、增殖能力和活力持续性较低，对部分患者的抗癌效果不佳。研究表明，低分化的CD8+ Tmem细胞在ACT疗法中具有更好的抗肿瘤治疗效果。同样，在ACT疗法中，使用MPC抑制剂预处理的CAR-T细胞具有更强的抗肿瘤效应。李咏生教授团队指出，在临床转化应用中，对MPC调控CD8+ T细胞分化和肿瘤免疫抑制的研究表明了靶向MPC可成为激活肿瘤浸润T细胞乳酸利用和抗肿瘤疗效的新途径。并且抑制MPC增强了CAR-T细胞的抗肿瘤作用、记忆表型和持久性，可能是未来临床试验中改善CAR-T细胞免疫治疗的潜在策略。据悉，重庆大学附属肿瘤医院肿瘤内科助理研究员陈瑜和陆军军医大学新桥医院消化内科博士生王景纯为共同第一作者，重庆大学附属肿瘤医院肿瘤内科李咏生教授为通讯作者。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41392-022-01101-z陈瑜重庆大学附属肿瘤医院肿瘤内科助理研究员。长期从事肿瘤微环境中MDSC免疫抑制功能及其脂质代谢的基础研究工作，主要研究方向为肿瘤免疫与脂质代谢。近年来共参与发表SCI文章9篇，其中以第一/共同第一作者在Signal Transduction and Targeted Therapy和Theranostics杂志共发表SCI论文3篇；参编Elsevier出版社的英文著作1部；主持重庆市科技局课题1项，参与重庆市科技局课题2项。王景纯陆军军医大学新桥医院消化内科博士生，从事肿瘤治疗耐药及肿瘤干细胞领域研究。近年来共参与发表SCI文章11篇，其中以第一/共一作者在Signal Transduction and Targeted Therapy和Theranostics杂志共发表SCI论文3篇；参与重庆市科技局课题1项；2019年获得“世界医学生论坛”冠军；获评陆军军医大学“优秀共产党员”及“优秀毕业生”。李咏生重庆大学附属肿瘤医院肿瘤内科主任、教研室主任、I期病房主任，博士、教授、主任医师、博士生导师、结直肠癌和恶性肿瘤临床试验首席专家，美国哈佛医学院博士后，国家高层次引进人才，国家自然科学基金重点国际合作项目首席科学家，国家自然科学基金重点、国合、优青、海外优青项目评审委员，重庆英才•创新领军人才，重庆市杰出青年科学基金获得者，重庆市学术技术带头人，重庆市高校创新研究群体负责人，重庆市青年专家工作室领衔专家，中国抗癌协会肿瘤代谢专委会免疫代谢学组组长，肿瘤与微生态专委会常务委员，重庆市免疫学会代谢免疫专委会主任委员，重庆市医药生物技术协会肿瘤罕见病疑难病专委会主任委员，重庆市医学会肿瘤学分会化疗学组组长，重庆市医学会精准医疗与分子诊断专委会副主任委员，重庆市免疫学会、重庆抗癌协会、重庆市医药生物技术学会常务理事。兼任《中国医院用药评价与分析》副主编，STTT等杂志编委，Cell Metabolism、Advanced Science、Cancer Research等杂志审稿人。专注于“肿瘤免疫代谢”研究，主持国家高层次引进人才计划、国家自然科学基金重点国际合作研究项目、国家临床重点专科等项目20余项，发表SCI论文70余篇，总影响因子大于500，被引用大于4000次，以第一/通讯作者在Immunity、STTT、Ann Rheum Dis、Sci Adv、Nat Commun、Cancer Res等杂志发表SCI论文40余篇，单篇影响因子大于30的论文4篇，大于10的论文12篇，截止2022年7月的H指数36。获得国际发明专利1项，国家发明专利2项，国家实用新型专利2项。主编和参编Springer Nature、Elsevier等出版社英文专著4部。以PI身份参研临床试验共计48项，其中I期36项，II期5项，III期7项，以组长单位牵头全国多中心临床研究7项，其中注册类6项。当选中国临床肿瘤协会首批35岁以下最具潜力青年肿瘤医生，获树兰医学青年奖提名，获中国抗癌协会青年科学家奖，入围中国细胞生物学学会青年科学家奖。

2023年3月18日，《Cell Stem Cell》期刊以封面文章的形式在线发表了中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、神经科学国家重点实验室陈跃军研究组题为《人神经分化过程中跨时间段的克隆谱系追踪》的研究论文，该研究通过建立能够跨分化阶段高通量谱系示踪新技术-SISBAR，解析了人多能干细胞分化为人腹侧中后脑神经细胞的单细胞谱系，发现了许多新的谱系分化路径和分子调控机制，研究进一步展示了基于SISBAR技术的新发现在改进帕金森症细胞治疗策略中的应用。SISBAR技术有望为干细胞研究带来新的突破。发育与干细胞生物学中的一个基础性问题是如何解析生物体内不同细胞类型之间的发育谱系关系。解析这些谱系关系能够更加深入地解析生命体的正常发育过程以及病理状态（包括癌症与发育障碍）下的分子机制，为操纵在体细胞分化命运，优化体外细胞分化方法，以及促进基于细胞替代疗法的再生医学的发展提供线索。然而，经典的正向谱系追踪和逆向谱系追踪方法，主要用于解析同一个分化/发育时间点不同细胞类型之间的谱系关系，而不能同时提供在上一个阶段与它们有亲缘关系的前体细胞的身份特征。如何持续地追踪细胞在多个分化/发育时间点的细胞状态，从而描绘更完整的细胞发育路径，是发育学领域中亟待解决的问题。针对以上问题，团队成员通过结合病毒介导的细胞条形码标记技术、单细胞测序技术，以及克隆分离策略，开发了SISBAR技术，并应用在基于人多能干细胞的神经分化模型中。SISBAR技术可以跨分化阶段追踪单个前体细胞衍生的谱系克隆，同时获取该前体细胞的单细胞转录组信息（图A）。研究团队一直致力于人多能干细胞神经分化技术的开发和神经系统疾病的细胞治疗研究，建立了将人多能干细胞分化为人腹侧中脑和后脑细胞的方法，其中包含能够用于帕金森症细胞替代疗法的关键细胞类型–中脑多巴胺能神经元（2016 Cell Stem Cell； 2021 Cell Stem Cell； 2022 JCI）。团队成员把SISBAR技术应用于人腹侧中后脑的体外分化体系，并建立了“潜能视角”和“起源视角”的谱系分析方法来分别解析由转录组定义的不同细胞类型的分化潜能及分化起源，从而构建了一个多层级的谱系树来描绘整个分化过程（图B）。这一多层级谱系树揭示了中后脑细胞分化过程中许多之前未被报道过的发散型和汇聚型跨阶段谱系分化路径。团队的研究还揭示了跨分化阶段的群体水平谱系和克隆水平谱系之间的关系：在发散型谱系关系中，发现同种类型的前体细胞（单细胞转录组定义的细胞簇）中单个前体细胞的命运可以不同；不同前体细胞差异的分化命运的集合代表了该前体细胞类型在群体水平的分化命运。在汇聚型谱系关系中，发现同种类型子代细胞中的单个细胞可以有不同的谱系起源，并且这些不同来源的子代细胞会带有其亲代细胞独特的基因印迹（图C-D）。研究团队进一步展示了基于SISBAR技术的跨分化阶段谱系关系和相关分子调控机制的解析在神经系统疾病细胞治疗中的应用。利用SISBAR技术，研究团队发现中脑多巴胺能神经前体细胞具有至少三种命运分化潜能，包括中脑多巴胺能神经元、中脑谷氨酸能神经元、血管软脑膜样细胞（VLMCs）。研究团队还鉴定了早期中脑多巴胺能神经前体细胞的特异性表面分子标记物APCDD1（图E）。将表达APCDD1的神经前体细胞进行流式分选并移植到帕金森病模型小鼠的纹状体后，移植物中目的细胞-中脑多巴胺能神经元的比例得到了显著提高（图F）。并且，与通过SISBAR技术发现的中脑多巴胺能神经前体细胞多分化潜能的结果一致。研究团队在APCDD1分选的移植物中检测到了中脑谷氨酸能神经元和一种血管软脑膜样细胞的存在，这一结果展示了SISBAR技术在改进细胞治疗策略和预测移植细胞体内分化命运中的应用。基于人多能干细胞的细胞替代疗法在治疗许多用传统药物难以治愈的疾病（如帕金森症）方面具有广阔的应用前景。然而，人多能干细胞分化得到的供体细胞（细胞药物）存在显著的异质性，这将导致供体细胞和移植物中目的细胞的低比例和细胞组成的不稳定性，阻碍了细胞替代疗法在临床上更广泛地应用。可以预见的是，作为一种通用型技术，SISBAR能够广泛地应用于包括神经分化在内的基于人多能干细胞的体外分化系统中，构建整个分化过程的谱系发育树，解析谱系分化的分子调控机制，使我们更好地理解目的细胞和非目的细胞在分化过程中产生的机制，从而改进细胞治疗策略，获得更安全稳定的细胞治疗结果。同时，SISBAR还为我们解析细胞分化/发育过程中的谱系关系提供了新的方法和视角，是经典谱系追踪方法的重要补充。本研究中群体水平谱系和克隆水平谱系关系的解析，为我们理解细胞分化分过程中复杂而精确的细胞命运决定事件提供了重要的理论基础。该研究由中科院脑智卓越中心博士研究生游致文与中科院营养健康所王露悦博士，在脑智卓越中心陈跃军研究员和临港实验室魏武研究员的指导下完成，中科院脑智卓越中心何慧博士、吴子彦博士、章馨月、薛帅翔、许培博博士，职工张晓、刘兵，中科院营养与健康所洪延泓，复旦大学脑科学研究院熊曼研究员，复旦大学附属肿瘤医院胡欣研究员为本研究提供了重要帮助。本研究得到了中科院、科技部、基金委和上海市科委的资助。

美国密歇根大学研究人员近日通过在新型细胞基质上培养成体干细胞的实验，发现了一种可以预测干细胞是如何进行分化并形成何种组织的方法。研究成果刊登在8月1日的《自然—方法学》(Nature Method)上。　　　 　　相关仪器及方法：NSR2005i9步进式投影曝光装置 Prometrix P-10表面轮廓仪 6320FV扫描电镜 Samdri-PVT-3D临界点干燥仪 XL20扫描电镜 ABI 7300实时PCR系统 Axiovert 200M倒置显微镜 新型干细胞基质(支架) 　　完成人：克里斯托弗陈课题组 　　实验室：美国宾夕法尼亚大学生物工程系 密歇根大学生物工程系与机械工程系 台湾成功大学医学院骨关节研究中心 　　这是细胞培养实验开始第二天的人体间叶细胞的干细胞免疫荧光图。图中，红色部分为“微柱”，绿色部分为细胞，蓝色部分为细胞核。这个细胞在后期分化为了骨细胞。(图片提供：Michael T. Yang (University of Pennsylvania)) 　　这是人体间叶细胞的干细胞扫描电镜图。该细胞被放置在长度为13微米的长“微柱”上生长。在细胞培养实验第二天，细胞产生向心力，这可以从“微柱”的弯曲程度看出。这个细胞在后期分化为了脂肪细胞。(图片提供：Jianping Fu (University of Michigan)) 　　这是人体间叶细胞的干细胞被放置在短“微柱”上培养的扫描电镜图。细胞培养实验第二天，这些细胞开始伸展，其伸展程度和施加在“微柱”上的力均大于在长“微柱”培养的细胞。这些细胞在后期分化为了骨细胞。(图片提供：Jianping Fu (University of Michigan)) 　　干细胞转变为其他种类细胞的过程称为细胞分化。而要想发展以干细胞为基础的再生治疗技术，关键在于充分了解细胞分化。 　　“我们首次证明了，在细胞分化起始阶段，我们就能预测细胞下一步的分化过程。”Jianping Fu说。Fu是密歇根大学机械工程与生物医学工程的助理教授，同时也是文章的第一作者。“通常情况下，要了解掌握干细胞分化的趋势，需要数周甚至更长的时间。我们的研究成果则可以加速这一过程，这在药物筛查和再生医学方面有很大的应用前景。采用我们的方法，可以较早预测干细胞的分化，以及其在新药治疗中将转变成何种细胞类型。” 　　在这项研究中，Fu和他的同事发现，干细胞对它们附着的基质会施加一定的力。这种力很有可能与细胞分化有关，但对其的研究还不及对化学触发的研究那么广泛。研究人员在文章中说，培养干细胞所用基质的刚性确实有助于测定干细胞会转变成何种类型。 　　“经过研究，我们可以肯定地说，和化学因素一样，力学因素在控制细胞分化方面起着同样重要的作用”，Fu说，“而在这以前，干细胞生物学家在很大程度上忽略了这种力学因素”。 　　研究人员构建了一种新型的干细胞基质(支架)，其刚性可调节，而无需改变其化学成分，传统的干细胞生长基质则无法做到这点。这种新型的基质支架看起来像是一种微型地毯，上面布满了类似于头发的突起物——“微柱”，由聚二甲基硅氧烷这种弹性聚合物制成，而聚二甲基硅氧烷是橡皮黏土的重要成分，Fu说。研究人员可以通过调节微柱的高度来调节这种基质的硬度。 　　工程师在实验中对骨髓和其他连接组织(比如脂肪)进行提取，得到人体间叶细胞组成的干细胞。干细胞在坚硬的基质中生长，最后分化转变成了骨细胞，而在较软的基质中生长，则分化转变成了脂肪。当研究人员通过这种基质的力学性能观察到了细胞分化之后，他们决定在整个细胞培养过程对细胞的这种附着力进行跟踪测定，看是否能预测到这些细胞的分化。 　　研究人员使用荧光显微镜测量微柱的弯曲程度，从而对细胞这种附着力进行定量分析。“我们的研究表明，如果干细胞要进行分化，那么它们的附着力会比那些没有分化的干细胞要大许多，而干细胞分化成不同类型的细胞，其附着力也会有很大差异。”Fu表示，“我们证明了，可以通过观察这种附着力的变化来提早预测干细胞分化。” 　　制成这种新基质的成型工艺成本很低，研究人员也表示，任何对此有兴趣的科研人员都可以获得这种成型工艺。“我们觉得，这种工艺为整个科研领域提供了一种新的、切实可行的方法。”Fu表示。

科技日报讯 美国西北大学开发出一种新型电穿孔微流控装置，能对分化中的干细胞进行电穿孔操作，在细胞生命的最重要阶段能够进行分子输送。这提供了研究神经元等原代细胞所必要的条件，为探索神经疾病致病机制打开了一扇门，可能会引发新一代的基因疗法。 　　电穿孔技术是分子生物学中强有力的技术手段。利用电脉冲在细胞膜上创建一个临时的纳米孔洞，研究人员就能将化学品、药物和DNA(脱氧核糖核酸)直接输送到单个细胞中。 　　但是，现有的电穿孔技术要用很高的电场强度来保持细胞悬浮在溶液中，打断了细胞通路，使敏感的原代细胞处在恶劣的环境中。因此，研究人员要在细胞持续分化和扩大过程中研究细胞的自然属性几乎没有可能。 　　据物理学家组织网近日报道，这个新型装置的英文缩写为LEPD，适用于在人工衬底而非自由浮动的培养基中生长的贴壁细胞，这类细胞的生长必需有可以贴附的支持物表面，细胞依靠自身分泌的活培养基中提供的贴附因子才能在该表面上生长和繁殖。 　　研究人员说：&ldquo 不破坏分化却能推送分子进入贴壁细胞的能力，是生物技术学研究者进一步了解相关基础知识的必要条件，尤其有利于进行最先进的干细胞研究。在生物学和医学研究领域，对细胞进行正确环境下的无损操作是非常关键的技术。&rdquo 　　相关成果发表在《英国皇家化学学会》杂志上。

王振义： 　　1924年11月生于上海，祖籍江苏兴化。1948年毕业于震旦大学获医学博士学位。1994年当选为中国工程院院士。曾任上海第二医科大学校长(现上海交通大学医学院)，瑞金医院上海血液学研究所所长，现为上海交通大学医学院附属瑞金医院终身教授，上海血液学研究所名誉所长。 　　“您的工作不仅指出应用一种简单的方法可以治疗一种特异的疾病，而且更新了可以应用单一药物通过诱导分化治疗癌症的概念。”在美国哥伦比亚大学举行的2001届毕业典礼上，校长乔治鲁普这样评价王振义。在这次仪式上，王振义获得该校荣誉科学博士学位，成为我国第一位获此殊荣的科学家。 　　对于当时已77岁高龄的中国工程院院士、上海第二医科大学(现为上海交通大学医学院)附属瑞金医院上海血液学研究所名誉所长王振义来说，他为自己能代表祖国前去大洋彼岸领奖而自豪，但他更愿意看到台下一双双渴求知识的眼睛、一群群朝气蓬勃的毕业生，期待着他们能成长为更成功、更优秀的科学家。 　　在王老的客厅里挂着一幅《清贫的牡丹》。“我认为这幅画表达的是清静向上的意思，做人要有不断攀高的雄心，但又要有一种正确对待荣誉和自我约束的要求和力量，对名利看得很淡，对事业看得很重，这是出于对生命的珍惜。我相信做人最本质的东西：胸膺填壮志，荣华视流水。”这位被世界医学界誉为“癌症诱导分化第一人”、名噪全球血液学领域的学者对于所获得的荣誉，喜欢用一幅画来简单诠释。 　　这印证了王振义为学、为人、为医、为师的人生观和价值观，也揭示了这位德高望重的医学科学家的成功之道。 　　从医的理想起源于家庭教育和刨根问底的天性 　　王振义1924年11月30日出生在上海，祖籍江苏兴化。他自幼勤奋好学，刨根问底的天性在孩童时代显露无疑，凡事总有问不完的“为什么”。在8个孩子中，排行老三的他是个很好学也很会玩的孩子，因此严厉的父亲对他责备甚少，由于学习成绩优秀，父亲的“戒尺”从没落在他手心。溜冰、“造房子”、打“墙球”，这些孩提时代的游戏，他样样喜欢 毽子从来都是他亲手制作的，踢起来更是得心应手 打乒乓球是他最热衷的，工作后在当时的广慈医院还拿过乒乓球比赛第一名。 　　在王振义7岁那年，祖母不幸患了伤寒，病势凶险，虽然请到了一位沪上知名的医生前来诊治，但限于当时的医疗水平，祖母最终还是未能得到救治。父亲是由祖母一人抚养长大的，自然是悲痛欲绝，从此也寄希望于子女中有一人能够从医，对家人有所照顾。 　　祖母是王振义最爱的老人，当时只有7岁的王振义已经在思考：“为什么这个病不能治呢?怎么会得这个病呢?难道就真的没有办法了吗?”一个接一个的问号，在王振义心中链接成一种对医学知识探求的渴望和从医的萌动。 　　王振义的幼年及青少年时代也是祖国饱受外国列强欺凌的时代。在这一时期，“只有奋发读书，有了技术才能救国”的思想也在他脑海中形成。父母的家教很严，他们教育子女要做一个正直、有一技之长、对社会有用的人。 　　殷实的家境允许王振义从小学一直念完大学，1936年他毕业于上海法租界所办的萨坡赛小学(现卢湾区第一中心小学)。1937至1942年在震旦大学附属中学念完中学，1942年免试直升进入震旦大学，在“医生是一份崇高职业”的思想及家庭支持的情况下，王振义选择了攻读医科。 　　挑战疑难疾病屡获佳绩 　　1948年，王振义从震旦大学医学院毕业，获医学博士学位，因成绩优异，被留任广慈医院(瑞金医院的前身)住院医师。1952年，上海第二医学院成立，口腔系就设在广慈医院。1953年广慈医院的内科已分专业，他从事血液病的诊治工作。 　　王振义发现不少口腔病患者小手术后(如拔牙)出血不止，原因不明，一般止血疗法无效。为此，王振义搜阅大量文献，并了解到国外有同类病案的报道。这种被称为“轻型血友病A”的病人血浆中凝血因子Ⅷ的水平为正常的5%～25%，平时并不出血，小手术后出血不止，一般实验室检验无法发现，需要用凝血活酶生成试验。 　　此外，鉴别血友病类型(A或B)也只有依靠这种试验。但做该试验时，需要将硅胶涂在玻璃管壁上，当时国内无此材料。一向喜欢钻研的他用石蜡代替硅胶，成功地在国内首先确立了检测方法，并做出血友病A、B的分型及其轻型的诊断，解决了这种不明原因出血的诊断和治疗问题。这一论文先后在1956～1959年发表在《中华医学杂志》(中文、外文版)及《中华内科》等杂志上。1956年，鉴于国内缺少一本有关出血性疾病的参考书，他与夫人合译由Stefanini编写的《出血性疾病》一书，1958年由上海科技卫生出版社出版，这是当时国内在这方面唯一可供参阅的书籍。 　　将先进的医学理念和技术用于临床是王振义孜孜不倦的追求。1979年他与卫生部上海生物制品研究所教授张天仁合作，由邵慧珍等具体操作，在国内首先提纯因子Ⅷ相关抗原(即vW因子)，并制成抗血清应用于临床，在国内推动了血管性血友病(vWD)和血友病携带者等的研究，有关论文发表在《中华血液学》杂志上，1982年，这项成果获卫生部科研成果乙等奖(第一完成人)。1986～1988年，他的第一位博士研究生赵基从中药蒲黄中提纯了4种有效成分，并从出凝血、纤溶、内皮细胞水平，阐明了生蒲黄防治家兔食饵性动脉粥样硬化的机制。基于此项贡献，他于1989年再获国家教委科技进步奖二等奖。 　　王振义的学术成就也得到了国际学术界的认可和尊重。1982年，他指导研究生开展免疫性血小板减少的研究，以后又开展肝素对血小板和巨核细胞刺激作用的研究。1997年，他应邀在Bailliere’s Clinical Hematology(International Practice and Research)与沈志祥合写了《巨核细胞与血小板在免疫性血小板减少性紫癜中的变化》一章，这是中国学者第一次受邀在这一国际刊物上撰写有关血液学的论文。他与李家增、阮长耿，以后又有王鸿利、韩忠朝、宋善俊参加主编的《血栓与止血》1988年第一版、1996年第二版及2004年第三版，已成为我国在该领域中的代表性专著。 　　攻克白血病的尝试 　　国际同行对王振义的研究有3个评价：一是在癌症研究史上第一次发现了如何使用自然物质，而不是有毒的化学物质，将癌细胞改造为正常细胞——这一研究不仅仅停止了在体外和动物身上进行实验，而且在治疗运用中取得了成功 其二，初步弄清了全反式维甲酸在白血病患者体内是如何起作用的 其三，他治白血病不是用传统的化学、放射疗法，不是用杀灭细胞的方法，而是把癌细胞改造成正常细胞，并且把传统的中国理论与现代医学实践相结合，为治疗癌症提供了全新的途径。 　　早在1959年，王振义就开始负责白血病的病房工作，希望在短期内攻克这种“可怕”的疾病。他以极大的热情投入了病房工作，可是在短短的半年时间内，数十例急性白血病病人仍然离开人间。这一活生生的事实，使他明白他单有热情而没有过硬的本领是挽救不了病人生命的，这也激发了他攻克白血病的雄心壮志。 　　王振义经常教育学生：“科学研究最忌讳的就是浮躁，清贫与寂寞常常是科学家最好的朋友。”这也是他自己坚守的信念。1978年，他与血液科孙关林、陈淑容、蔡敬仁等研究白血病的治疗，并进行临床研究。 　　当时，治疗白血病有两条研究途径可循，一是用化疗的方法杀死白血病细胞，二是诱导分化，将恶性的白血病细胞转变为良性细胞。当时国际科学界曾有过相关报道，但仅停留在研究阶段。1971年，英国的Friend等报道小鼠红白血病细胞能被二甲亚砜诱导分化。1980年及1983年，美国的Breitman等报道人类髓系白血病细胞株HL-60和U937及新鲜急性早幼粒细胞白血病(APL)细胞在13顺维A酸(13顺RA)及全反式维A酸(ATRA)作用下，可以向正常细胞逆转。 　　在儒家“改邪归正”思想的影响下，王振义率领的研究组选择了诱导分化治疗白血病的途径。他的研究组证明ATRA在体内可使新鲜APL细胞向成熟细胞分化。1980年，ATRA批准在临床上使用，用于治疗某些皮肤病。在没有13顺RA的情况下，取得病人和家属的同意，他试用ATRA治疗晚期或化疗无效的APL患者，取得惊人效果。 　　王振义回忆道：“我到现在还想着1986年一个才5岁的小女孩，是我用全反式维甲酸治疗的第一个病人，晚期急性早幼粒细胞白血病，当时她出血严重，家人已经绝望了。我用新疗法治了7天后，症状明显好转，一个月后达到完全缓解，20多年过去了，她还活着。在首批治疗的24例病人中，完全缓解率达到九成多。这是我最感欣慰的。” 　　1988年以他的学生黄萌珥为首总结了24例APL的治疗结果，23例完全缓解(CR)。他很快将该疗法向国内外推广，并提供ATRA(那时只有国内可提供)。1992年，我国544例APL用ATRA治疗的结果，84%获完全缓解。世界各国都先后证实了这种疗法的效果，如法国Fenanx(1993年54例，完全缓解率91%)，美国Warrell(1995年79例，完全缓解率86%)，日本Kanamaza(1995年109例，完全缓解率89%)。 　　1989年王振义的硕士研究生陈竺、陈赛娟从法国获博士学位回国工作，他们用先进的思路和分子生物学技术，开展ATRA治疗APL的作用机制研究，取得许多创新性进展。ATRA治疗APL的研究成果1993年获国家科技进步奖二等奖。 　　同行对这一治疗方法的评价是，急性早幼粒细胞白血病应用ATRA治疗的病例早期完全缓解率高达85%～90% ，这种方法副反应少、不抑制造血、不引起出血、使用方便(只要口服)、价格低廉。这不仅为过去被认为治疗困难、死亡率高的急性白血病找到了一种新的治疗方法，而且还为肿瘤可以通过诱导分化治疗的理论和治疗途径提供了一个成功的范例，引起国内外学者广泛重视。目前联合应用ATRA、砷剂及化疗，APL患者的5年存活率已高达95%，成为第一种可以治愈的急性白血病。 　　他培养了一批顶级血液学研究俊才 　　除了医学家和科学家，王振义还是一名成功的老师。学生们评价说，他的学识丰富渊博、逻辑思维缜密、治学态度严谨。无论是基础理论课，还是临床病例讨论分析，他的授课、他的精辟分析都给学生和同道留下深刻印象。更重要的是他的为人之道引领了一大批优秀的血液学专家。现在这些弟子均已成长，他们都以自己的老师为榜样，学习他的为人，对医学的理论和临床精益求精，在各自的医学领域中为人类健康奉献、奋斗。 　　传世育人，识才用才。卫生部部长、中科院院士陈竺，1978年时以专业考分第一名的佳绩成为王振义的硕士研究生，而王振义那年招收的另一名研究生就是后来成为陈竺妻子的陈赛娟。陈竺夫妇不会忘记，是王振义手把手地指导他们进行血液病理生理的实验，耐心为他俩补习专业外语，后来又一起撰写论文。令他们意想不到的是，王振义每一次都坚持把他们列为论文的第一、第二作者，而把自己排在了最后!这对当时论资排辈已经习以为常的中国学术界来说，是破天荒的惊人之举。 　　也正因为这样，使当时年仅31岁的陈竺脱颖而出，陈赛娟亦获得了迅速成长的助推力，对白血病发病的细胞遗传学和分子机制的研究作出了很大贡献，成为杰出的女科学家，现在她已经是中国工程院院士、上海血液研究所所长。1984年，王振义力荐陈竺夫妇赴法留学，1989年，夫妇俩学成回国，继续在导师指导下工作，并最终开辟出一块令人瞩目的基因研究新天地。“我一直以这两名学生为荣，看到学生超过自己，这是当老师最大的欣慰。”王振义感慨道。 　　陈竺的研究日臻成熟，王振义的高兴与自豪是难以言表的。此时的他，并没有考虑名利的得失和地位的动摇，1996年，王振义主动把代表中国血液学研究最高水平的上海血液学研究所所长的位置交给了陈竺，他看准了陈竺渊博的学识、大度的气量、出众的才能，一定能将血研所带向新的成功与辉煌。 　　那一年陈竺42岁。曾有人问王振义当时的想法，他说：“现代医学科技发展非常快，但我却越来越老了，如果我们不看到发展，还是用原来的方式管理这个研究所，用原来的学术水平领导这个研究所，这个所是会走下坡路的。早在1993年，我就有了退下来的想法。陈竺非常有进取心，是世界一流的人才，交班给这样的学生，我放心。我退下来了，可以做些咨询工作，虽然我不是非常高明的理论家，但至少在我一生中累积了很多经验和教训。事实证明我当初的选择是明智的。” 　　学生们眼中，王振义是一位谦逊、豁达的长者，是一位严谨求实的学者，是一位爱才惜才的老师。“973”计划项目最年轻的首席科学家、上海第九届十大杰出青年陈国强是王振义的另一位得意门生。 　　“博士研究生我还是要考王振义教授的!”回忆当年报考研究生的情形，陈国强说，“那瞬间的选择，源自于王教授修改我硕士研究生论文的整个过程。”在写论文还不用电脑的年代，导师一遍遍修改，学生就要根据修改的内容，重新整理、抄写，陈国强的硕士论文给王振义先后改了10遍，陈国强将近2万字的论文也抄了10遍。王振义时任二医大校长，白天工作繁忙，只有利用晚上的时间修改学生论文，他多次把陈国强叫到家里一起吃晚饭，一放下碗筷，师生两人就一头“扎进”了论文。多少个夜晚，多少次交流，长者的谆谆教诲深深地刻在了陈国强心中，这位长者甘为人梯的品格更时时激励着陈国强向更高、更险的医学高峰迈进。 　　陈国强现已成为上海交通大学医学院院长、博士生导师。“我深深懂得，这些成绩是站在我的导师王振义、陈竺两位院士的肩膀上，在同事们的支持帮助下取得的。今后，我一定继承传统，不断创新，为解除人们的病痛、促进人类健康作出更大努力!” 　　黄萌珥、董硕……年轻的学生们只要提到王振义，心中涌出的除了崇敬，更多的是对恩师的感谢。 　　他是学生心中的领航者 　　1950年，王振义的老师邝安堃教授在设备十分简陋的条件下，成功地研究了应激情况下肾上腺皮质的功能，论文发表在《中华医学》杂志英文版上。王振义体会到的是“热爱科学，不断探索和进取，不计较条件，刻苦钻研”，这也成为他的学生心中的座右铭。在60多年行医的生涯中，王振义将基础学科与临床实践密切结合，将祖国医学和现代西医理论合二为一，将中国古代哲理思想与当代科学思想融为一体，引领着我国血液学研究冲向一个个巅峰。 　　王振义能为许多重危病人带来生机和希望，这源于他善于思考，善于提出探索性、创新的治疗思路，这种秉性也体现在他培养学生的过程中。学生说：“他经常和学生探讨学术问题，对学生的教导从来不是居高临下、高高在上的，他关注细节，连多媒体制作中颜色是否协调、英文论文中哪个单词用得不确切、英语口语中的语音纠正都是他关心的内容。其他诸如分子生物学的结构、显微镜下观察细胞、X片显影结果，即便是再小的环节遇到难以解释的结果，老师都会要求学生再做一次。” 　　2002年，王振义指导的课题组在研究中发现有一个抗白血病药物的水溶性差，实验效果很不理想，课题组陷入了实验停滞期。听说郑州大学的教授在这方面有深入研究，于是课题组决定向他们求教。按照常理，可以用电邮或是电话联系，即便是要登门造访请实际操作的年轻人去也无妨。但当时78岁高龄的王振义却执意坚持亲自上门请教，因为他认为在科学研究中一个人不可能永远是第一，即便是院士，在自己不懂的问题上就是一个学生。郑州大学的接待同志听了随行人员介绍，怎么都不敢相信眼前这位朴素和蔼的老人就是大名鼎鼎的王振义。他们真的很难相信一位著名的医学家能这么虚心地上门求教。这是一次愉快的合作，王振义的诚意打动了对方所有的专家学者，当然也令学生们领略一位科学家虚怀若谷、诚实谦逊的大家风范和品格。 　　周光飚是王振义的“关门弟子”，跟随王振义的这几年让他时刻感受着这位长者虚怀若谷、实事求是的大医精神。周光飚至今还清晰地记得博士毕业时，他正在为留在科研单位还是到临床做医生、是留在国内还是到国外去的抉择徘徊，是导师的一番话为他指明了方向：“科学研究是很清贫的，也很枯燥，但是你正在从事的研究是很有前途的，只要你努力，我相信你一定能在这里作出很好的成绩。”周光飚留下后，王振义又主动关心他的生活条件，住处解决了吗?待遇怎样了?老师的关心让这位只身在上海拼搏的年轻人备感亲切。 　　毕业后的几个月中，动物实验结果毫无进展，周光飚和同事们陷入了困惑之中，王振义观察到这一情况，语重心长地对他们说：“科学研究必须尊重客观规律与结果，不要急躁也不要钻牛角尖，我们所做的一切对临床都是至关重要的，如果不能客观反映就会对临床造成误导，我们的病人就将吃足苦头啊!”导师的一席话就像一剂“清醒剂”，年轻人又开始重新整理研究思路。 　　穿上白大褂让他感觉一生幸福 　　“我觉得生活的乐趣就在穿上白大褂的那一刻，所以我还坚持每周查房。”现年86岁的王振义说得似乎很轻松，事实上，他把挽救病人的生命当成自己毕生的事业，他将查房视为自己不断更新知识、开拓创新和不断进行医学教育的机会和场所。 　　一年前，瑞金医院血液科收治了一位从哈尔滨来的淋巴细胞性白血病病人，经过几个疗程病情仍未得到控制。这位50多岁的男性患者沮丧万分，如果上海也治不好，生存的希望真的就很渺茫了，当病人得知王振义要来参加第二天的病例讨论会，兴奋得一整夜没有睡。“这是罕见的‘带有淋标记的单核细胞白血病’。”根据这样的诊断，医院调整了治疗方案，患者病情终于得以控制了。此刻，学生们在感叹，一个生命的脆弱与重生和科学的发展、知识的积累联系得如此紧密! 　　如果说诊断疑难病例凭的是多年经验，那么洞察新事物、掌握新知识，靠的是什么呢?王振义70多岁开始学习计算机、掌握网络技术。曾有一次疑难病例讨论时，王振义的诊断令与会的所有医师诧异，“分泌IgG淋巴浆细胞样白血病”——从没听说过的新名词，他直言是在网上查阅到的，此型白血病仅有英国发表过一篇论文，这个病例的临床表现和实验室检查结合起来分析，就是此型白血病。果然，他采用的治疗方法收到了很好的效果。如今，王振义又自创了“开卷有益”式的查房，每周四上午由学生对他进行提问，他对疑难病例进行分析和答疑，这种做法不仅培养了学生的诊断思路，更为病人带去了福音。 　　桃李不言，下自成蹊。如果说瑞金医院和上海血液研究所是一块沃土，他的学生陈竺、陈赛娟这一代年富力强的科学家就是四季苍翠的树枝，陈国强等一批科学新秀则无疑是郁郁葱葱的枝芽。王振义，这位在血液学研究领域不辍追求的老人就是这棵大树的坚强脊梁。

近日，有报道称，20世纪70年代男性平均每毫升精液有9900万个精子，到了2011年，这一数量降至4700万个，降幅高达53%。美国西奈山伊坎医学院环境医学和公共卫生学教授Shanna Swan因此预测，照这一趋势持续下去，到2045年时，男性或将“绝精”。这一说法是否耸人听闻我们还无法下结论，但男性不育症已成为一个全球性的健康问题。全世界至少15%的夫妇受到不孕不育的困扰，其中一半是男性。男性不育的原因包括遗传缺陷、环境毒剂、损伤或治疗后遗症，如碱化化疗。目前还没有治疗不育症的方法。近日，发表在《Fertility and Sterility Science》上的一项研究中，来自美国佐治亚大学领导的研究团队首次利用非人灵长类动物的胚胎干细胞在体外分化出功能性精子细胞。该研究是生殖和发育生物学领域的重大突破，有望在男性无法生成活精子的情况下治疗不育症。在此前的研究中，该研究团队、华东师范大学团队等已经证明利用小鼠干细胞分化出高级生精细胞的能力，但啮齿类动物精子的生成过程与人类截然不同。在这项工作开始之前，研究人员还不清楚这项技术能否应用于人类。由于恒河猴与人类具有相似的生殖机制，而且它们的精子发生在动力学上也与人类更类似，这使其成为探索基于干细胞技术的男性不育疗法的理想和必要模型。在这项新研究中，研究人员通过恒河猴实验首次表明功能性单倍体精子可以完全在体外从非人灵长类多能干细胞分化出来。这一结果代表了在体外生成雄性生殖细胞的重要一步。然而，研究人员表示仍存在一些问题。他们注意到精原干细胞介导的生殖细胞分化不会使TET3基因（通常在成熟精子中表达）表达提升到在恒河猴精子中观察到的水平。也就是说，生成的精子样细胞，就像灵长类动物体内的圆形精子一样，是不成熟的。因此，不能自行激活成熟的卵母细胞。为了克服受精这一障碍，研究人员发现，加入激活因子和纯化的TET3蛋白可以提高生成健康胚胎的效率。总之，这项研究证明了非人灵长类多能干细胞可以分化成生精细胞系，包括可以使非人灵长类卵母细胞受精并发育到囊胚阶段的精子样细胞，该研究还强调了一些减数分裂机制参与了在体外生成单倍体圆形精子细胞样细胞。研究人员表示，可以通过深入了解男性不育症患者精子发生停止的原因，来帮助弥合生殖和发育生物学领域的问题。该研究负责人、佐治亚大学公共卫生学院首席研究员Charles Easley教授说：“这项研究是表明干细胞技术具有可转化性的重要一步。我们正在使用一种与我们更近的物种进行研究，并且在创造健康胚胎方面我们已取得了成功。”今年秋天，研究人员计划进行下一个关键步骤，将这些胚胎植入代孕恒河猴体内，以检查这些体外生成的精子细胞是否能产生健康胚胎。如果这一步成功，研究团队将使用源自恒河猴皮肤细胞的精子样细胞复制这一过程。论文链接：https://www.fertstertscience.org/action/showPdf?pii=S2666-335X%2821%2900066-5

近日来自美国乔治亚大学的一项新研究首次绘制出了一幅蓝图，揭示了干细胞是如何连接到一起对不断受到的外部信号分子做出响应的。这一研究发现使多年来自世界各地实验室相互矛盾的实验结果趋于一致，并使科学家们获得了精确调控干细胞发育或分化为特异细胞类型的能力。 文章的主要作者是乔治亚研究协会著名分子生物学学者、乔治亚大学富兰克林艺术与科学学院教授Stephen Dalton 。Dalton 表示：&ldquo 我们可以利用该研究中的信息作为指南书来调控干细胞的行为，这样就能够将这些干细胞以更有效和更加可控的方式分化为治疗细胞类型。&rdquo 举个过去的例子，某些信号分子单独作用就可激起一连串调控细胞命运的事件。从另一方面，Dalton的研究揭示了几种分子之间复杂的相互作用调控了一种重要的&ldquo 开关&rdquo ，决定了干细胞是维持自我更新状态或是分化为某种特殊的细胞类型，例如心脏、大脑或胰腺细胞等。 美国国家卫生研究院国立普通医学科学研究所干细胞生物学基金监管人Marion Zatz说：&ldquo 干细胞研究中面临的最大挑战之一就是如何调控干细胞转变为一种特异的细胞类型，这项工作涉及到了这一点。在这篇文章中，Dalton博士将几道谜题拼合到了一起，为了解多重信号通路如何协同作用操纵干细胞分化为特异的细胞类型提供了一个模型。这一研究不仅加深了对于胚胎发育的基础了解，还将推动再生医学中干细胞的应用。&rdquo 过去在干细胞分化研究中，科学家们对于一种称为Wnt的信号分子的作用持各种相反的观点。有一半发表的研究结果认为Wnt的作用是关闭分子开关，使干细胞维持在未分化状态。而另外一半的研究则提出了相反的结论。 那么相同的Wnt分子是否有可能导致双重结果？事实证明，答案确实是如此。Dalton发现少量的Wnt信号可使按细胞维持在多能状态，而大量的Wnt信号则起相反作用，促进细胞分化。 然而Wnt并非单独发挥功能。其他一些分子，诸如胰岛素样生长因子（IGF），成纤维生长因子（FGF2）和Activin A都能在其中发挥作用。这些信号分子相互放大彼此，使得在一种情况下放大2倍的信号，在另一种情况下被放大到10倍，从而使得情况变得更为的复杂。同时，信号进入的时机也会产生影响。 Dalton 说：&ldquo 让我们感到惊讶事情之一是所有这些信号均相互沟通。你不可能在调控IGF信号通路时不影响FGF2信号通路，你也不可能在调控FGF2信号通路不影响Wnt。它就像纸牌搭的房子，所有的一切完全是相互关联的。&rdquo Dalton和他的研究小组通过五年的艰辛努力，构建了一些关于这些信号分子如何发挥功能的假说，并对它们进行了验证。在面临着意料之外的结果时，他们不断重建假说，重复验证。持续这一过程直至解决了整个系统。 他们的研究发现使科学家们更深入地了解了干细胞分化第一步，Dalton相信相同的方法还可用于理解随胚胎内细胞分裂形成越来越特化的细胞类型，后续的发育步骤。

iPSC简介2006年Takahashi和Yamanaka突破性发现使终末分化、谱系受限的成体细胞：如皮肤活检来源的成纤维细胞、外周血来源的T淋巴细胞、毛囊细胞等，通过转录因子OCT4、SOX2、KLF、c-MYC、NANOG和LIN28的强制异位表达直接将其重编程为多能状态的细胞，这些细胞被称为诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSC)。iPSC与胚胎干细胞(Embryonic Stem Cells, ESC)有相似的基因表达、表观遗传谱和分化潜能，可产生任何类型的体细胞。并且避免了ESC基于使用胚胎来源细胞和可能导致异常发育的体外受精胚胎的伦理问题，因此iPSC在医疗领域里具有更好的应用和产业化发展前景。iPSC应用和挑战描述任何人类疾病和药物发现的病因学和病理生理学的主要关键组成部分是需要一个生理相关的疾病实验模型，无论是体外还是体内或两者，需要忠实地概括各自的病理生理学和临床表现。因此基于人类iPSC的疾病模型可以无限供应临床相关的表型细胞、以及它们具有的衍生潜力，可以加速阐明生物医学研究中疾病的病因机制，应用于新药发现、药物效价测试、预测药物安全性药理学/毒理学研究，以及基于iPSC的再生细胞疗法，有望治疗心脏病、帕金森、视网膜和角膜疾病、肝脏衰竭、糖尿病、脊髓损伤等疾病。然而将iPSC治疗方法真正有效转化为临床环境，保证患者安全，还需解决：临床级iPSC的衍生和通用细胞系的生物库建立；需要定义iPSC及其差异化治疗细胞产品可接受质量属性；致瘤性问题；免疫排斥反应；选择同种异体或自体 iPSC 以获得更有效的细胞治疗的难题；iPSC 谱系表型细胞和细胞系变异的异质性；基于iPSC的多基因、散发性和迟发性疾病的患病模型的挑战；需要大量的患者iPSC以实现更有效的病因学和临床转化；iPSC衍生的表型细胞缺乏成熟度；遗传的不稳定性等挑战。iPSC-CM研究和面临的问题心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)作为全球主要的死因之一，每年会导致约1790万人死亡，所以迫切需要可以延缓疾病进展并且可以改善心脏功能和预防衰竭的治疗方法。而目前的药物、介入或手术方法可能会改善临床结果，但由于无法促进心脏组织修复和再生，因此使这种治疗方法的成功率得不到提升。人类诱导多能干细胞(hiPSC)技术的出现以及随后在培养物中分化和建立心肌细胞（cardiomyocytes，CMs)的能力，为实现人类心脏再生疗法创造了可能性。作为分化CMs的连续和生物学相关来源，hiPSC-CM是心血管研究界的宝贵工具，不仅可用于治疗CVD，还可用于模拟人类心脏发育和疾病、研究潜在机制以及筛选具有疗效和心脏毒性的新药。由于hiPSC-CM由不同的细胞亚群组成，这些细胞亚群是异质的、未成熟的、表达胎儿基因表达谱，并且与成人心肌细胞相比收缩力减少，因此hiPSC-CM疾病模型的准确性和实用性仍然有限。此外，随着hiPSC-CMs的成熟和蛋白质表达动态的波动，大量样品分析的分辨率变得不足。由于其异质性导致心室样、心房样和节点样亚群，需要严格表征hiPSC-CM，并应对其成熟度、身份和功能进行筛选。为此，需要进行单细胞分析模式以了解这种异质性。细胞异质性研究方法虽然单细胞测序技术在分析单细胞转录组学和基因组信息的通量和规模方面取得了进步，但由于任何一个细胞中存在的蛋白质含量非常低，因此难以满足对定量、单细胞蛋白质组学技术的需求。此外，蛋白质组的复杂性和广泛的浓度范围（fM到高nM）带来了额外的挑战。为了在单细胞水平上进行生化蛋白质表征分析，高灵敏度工具是必不可少的。来自ProteinSimple的单细胞蛋白质分子技术：Milo是一种基于微流体的芯片电泳技术。可以克服单细胞蛋白质组学方法面临的障碍。Milo操作流程将细胞悬浮液加载到Milo芯片上，这样单个细胞就可以安放在芯片上的各个微孔中。然后Milo裂解细胞，产生单细胞裂解物，通过分子量电泳分离每个单细胞裂解物中的蛋白质，然后使用紫外线在Milo芯片中捕获蛋白质。然后，对目标蛋白进行一级抗体和荧光二级抗体进行免疫荧光捕获。通过使用开放格式的微阵列扫描仪对芯片进行成像，并使用Scout™ 软件对图像进行分析，以进行定量的自动数据分析。Milo追踪定量不同iPSC-CM亚型与免疫荧光和流式细胞术等其他单细胞分析系统不同，单细胞Western Blot技术Milo可以提供分子量大小信息，以及在单细胞水平测量蛋白质表达时的免疫结合信息，赋予额外的特异性。这种分子量分级步骤可以分辨不同物种的不同蛋白质亚型或区分脱靶抗体结合。为了表征CMs亚型标志物，通过Milo检测了肌球蛋白调节轻链2心房亚型（MLC2A或MYL7）及其心室亚型（MLC2V或MYL2）的蛋白质表达。可以观察到Milo鉴定了三个亚群，这些亚群由MLC2A或MLC2V的单一表达或共表达组成。Milo检测到hiPSC-CM亚型特异性心室和心房标记物MLC2V和MLC2A，在45秒的电泳运行时间内，迁移到总泳道长度的60%（图A）。使用Milo-Scout™ 软件通过找到典型峰形与源自原始荧光图像的一维强度图的卷积的局部最大值来识别峰中心。检测到的MLC2A、MLC2V和GAPDH峰的峰中心位置也由泳道指数显示（图B），显示出单个Milo芯片上所有孔的峰迁移的均匀性。为了评估芯片位置（图C）是否影响峰面积量化，比较了空间不同块之间计算的峰面积方差：每个块区域之间的差异小于2.5%（图D）。应用优化的Milo的检测方法研究hiPSC-CM随时间的异质性，观察整个分化时间线中蛋白质表达的变化。在第17、23和30天从培养物中提取hiPSC-CM细胞，检测MLC2A和MLC2V蛋白质表达。结果显示，共表达MLC2A和MLC2V阳性细胞的比例在整个分化过程中增加，而仅表达MLC2A(MYL7+)的细胞比例随时间减少。且三个亚群中每个亚群中的细胞百分比在所有芯片中一致重现。为了了解在整个分化过程中每个标记物的表达水平在hiPSC-CM亚群中的变化，在hiPSC-CM分化的第17、23和30天对MLC2V和MLC2A的表达进行了量化。随着分化的进行，MLC2A的总水平略有增加。然而，MLC2V表达在第23天和第30天之间增加了近三倍（图C）。为了了解驱动MLC2V表达增加的细胞亚群，三个亚群（MLC2A+、MLC2V+和共表达MLC2A+和MLC2V+）被进一步分层（图D）。MLC2V的水平在共表达MLC2A+和MLC2V+亚群中显着增加，以及在单独的MLC2V+亚群中增加。为了进一步了解导致hiPSC-CM分化过程中MLC2V表达显着增加的机制，对先前从三个iPSC系产生的hiPSC-CM进行了Milo分析，其中转录因子NR2F2 (NR2F2GE)、TBX5 (TBX5GE) 的外显子)和HEY2 (HEY2GE) 被CRISPR/Cas9编辑删除。利用这些品系来验证NR2F2、HEY2或TBX5缺陷在单细胞蛋白质水平上对MLC2V表达的影响。结果显示，TBX5GE和HEY2GE hiPSC-CM中MLC2V的单细胞表达显着降低（图E）。此外，MLC2V表达的显着下降归因于共表达MLC2A和MLC2V亚群（图F）。鉴于共表达MLC2A和MLC2V的亚群增加了MLC2V的表达，推测单独表达MLC2A的未成熟hiPSC-CM会随着时间的推移共同表达MLC2V，从而变得更像心室。同时使用预测调节MLC2V（HEY2或TBX5）的转录因子缺陷的两种细胞系时，我们仅观察到MLC2V在共表达MLC2A和MLC2V亚群中表达降低。这可能表明单独表达的MLC2V群体代表了一个独特的细胞亚群，并且该亚群中MLC2V的表达受替代转录因子的调节。结论：随着在基础和转化心脏研究中的应用，hiPSC-CM正被用于心血管疾病和心脏发育研究。然而，由于hiPSC-CM由不同的细胞亚群组成，并且hiPSC-CM蛋白表达动力学随着成熟而波动，一些蛋白分析方法可能因为分辨率不足而无法检测单细胞蛋白异质性，因此hiPSC-CM的单细胞蛋白质组学可能受到依赖抗体结合检测而无法评估脱靶结合技术的限制。单细胞蛋白质分析技术Milo，通过靶点分子量差异和抗体识别特异性蛋白标记物，避免了抗体脱靶结合的现象，同时能够跟踪单细胞亚群蛋白表达随时间的变化，从而能够识别并量化hiPSC-CM中不同的异质性亚群，应用于疾病建模和再生医学治疗研究。参考文献：1 Current Challenges of iPSC-Based Disease Modeling and Therapeutic Implications.2 Human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes: insights into molecular, cellular, and functional phenotypes.3 Single-cell protein expression of hiPSC-derived cardiomyocytes using Single-Cell Westerns.

众所周知，端粒是染色体末端的特殊“帽子”结构，作用是保持染色体完整性和控制细胞分裂周期。弗朗西斯• 克里克研究所（Francis Crick Institute）的研究人员近日在《Nature》杂志上发表了一项新成果，突出了干细胞与众不同的端粒保护机制。在健康细胞中，端粒的保护作用非常有效，但随着年龄的增长，端粒逐渐缩短，最终失去了某些保护功能。这会导致我们的健康状况随着年龄的增长而下降。不过，端粒缩短也能够避免肿瘤发展。癌细胞必须突破这层障碍，才能实现无限增殖。在体细胞内，端粒结合蛋白TRF2发挥着端粒保护作用。它结合并稳定端粒末端的t环（t-loop）结构，从而阻止染色体末端被识别为DNA损伤。在去除TRF2蛋白后，t环无法形成，染色体末端融合在一起，形成意大利面状的染色体，最终杀死细胞。然而，在这项最新的干细胞研究中，研究人员发现TRF2的端粒保护作用是可有可无的。从小鼠胚胎干细胞中去除TRF2蛋白后，t环继续形成，染色体末端仍然受到保护。这也就是说，即使TRF2不存在，干细胞在很大程度上不会受到影响。随着胚胎干细胞分化成体细胞，这种独特的末端保护机制却消失了。t环和染色体末端保护都依赖于TRF2。这表明体细胞和干细胞采用完全不同的方式来保护染色体末端。文章第一作者、DNA双链断裂修复机制实验室的Philip Ruis表示：“现在，我们知道干细胞中t环的形成并不需要TRF2，我们推断肯定有其他因素在起到相同的作用，或这些细胞采用不同的机制来稳定t环。我们也想深入了解。”研究人员发现，胚胎干细胞中t环的形成不依赖于TRF2，这也说明了为什么在多能性阶段TRF2的保护作用是可有可无的。“从根本上说，我们证明了干细胞以与众不同的方式保护其染色体末端，但仍需要t环，”通讯作者Simon Boulton说。多年来，人们一直在争论t环本身是否在保护染色体末端上起作用。此次研究有助于平息这场争论。研究人员发现，在带有t环但缺乏TRF2的干细胞中，端粒仍受到保护，这表明t环结构本身具有保护作用。研究人员表示，更好地了解端粒如何工作，以及它们如何保护染色体末端，这有助于人们深入了解早衰和癌症等过程。未来，他们将继续这项研究工作，深入解析体细胞和干细胞的端粒保护机制。

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。”

多能干细胞是个体发育的基础，也是再生医学的重要种子细胞之一。由于发育地位特殊，多能干细胞基因组具高度稳态（如小鼠胚胎干细胞的基因组变异率仅为胚胎成纤维细胞的1/100）。尽管多能干细胞较分化细胞具更强的基因组稳态维持能力，大量扩增培养、持续的DNA复制及特殊的细胞周期往往导致基因组变异，破坏其分化潜能，并产生致瘤风险，成为多能干细胞走向临床应用的首要障碍。研究多能干细胞维持基因组稳态的特殊机制，有助于解决应用中大量扩增培养产生的基因组变异难题，并能为体内胚胎发育失败或缺陷研究提供新思路。　　中国科学院昆明动物研究所研究员郑萍课题组长期研究多能干细胞基因组稳态特征和独特调控机制。在前期工作中，鉴定了多能干细胞基因组稳态特异关键调控蛋白因子Filia和Floped，并阐述了其作用机制及体内重要生理功能（Cell Stem Cell 2015,16(6):684-698；Cell Research 2018,28(1):69-89；PLoS Biology 2019,17(10):e3000468；Science Advances 2020,6:eaba0682）。　　长链非编码RNA（long noncoding RNA, lncRNA）能通过相变，和蛋白因子形成condensates，有效增强蛋白因子浓度，从而显著提高工作效率。研究人员推测，多能干细胞很可能存在一些特异表达的lncRNAs，在其高效调控基因组稳态中起重要作用。为此，该研究对小鼠胚胎干细胞进行不同种类的DNA损伤处理，结合RNA-seq分析，筛选到了10多个表达响应损伤处理的干细胞特异lncRNA。针对其中1个尚未注释、表达变化最为显著且具物种保守性的lncRNA（命名为Discn，DNA damage-induced stem cell specific noncoding RNA）进行了深入的功能和机制分析。发现Discn对维持多能干细胞基因组稳定性至关重要，并揭示了其作用机制。Discn定位于核仁，和核仁蛋白NCL结合，阻止NCL在DNA损伤情况下迁移到核质和RPA形成蛋白复合体，从而增强自由RPA含量。自由存在的RPA是DNA代谢（复制、修复和重组）的关键调控因子。因此，Discn-NCL-RPA轴能高效调控DNA复制和修复。Discn也广泛表达于神经干细胞、精原干细胞等成体干细胞中，提示其有重要生理功能。研究人员还构建了Discn基因敲除小鼠，发现Discn基因敲除可导致新生致死及神经发育异常，这些表型主要是由体内DNA损伤产生的严重炎症反应引起。该研究揭示了多能干细胞中lncRNA介导的基因组稳态调控新机制，研究结果以A novel lncRNA Discn fine-tunes replication protein A (RPA) availability to promote genomic stability为题，于近日发表在Nature Communications上。　　该研究获得国家自然科学基金、国家重点研发计划的资助。 　　论文链接

p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 据最新一期《发育细胞》期刊报道，加拿大研究人员发现了一种在发育神经系统中产生细胞多样性的机制。 /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 为了繁殖并产生新的组织，干细胞分裂成两个并不一定相同的子细胞，这些子细胞能够分化形成适当组织功能所必需的各种细胞类型，亦即细胞多样性。 /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 为了解释这一现象，蒙特利尔大学临床研究所和多伦多大学组成的研究团队提出了一个假设——干细胞分裂的方向会影响细胞的多样性。他们假设桌上有一个顶红底绿的苹果，如果以垂直方式切开，分成两半的苹果将拥有相同的红色和绿色部分；如果以平行方式切开，分成两半的苹果将呈现完全不同的一红一绿。 /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 研究人员证明，一个名为SAPCD2的基因会影响细胞分裂的方向，分裂方向则控制着体内子细胞的命运。研究人员对小鼠的视网膜干细胞进行了基因改造，使其能够表达或不表达SAPCD2基因。在不存在SAPCD2基因的情形下，大部分分化改变方向，此时产生的子细胞是不同的。在存在该基因的情形下，产生的子细胞则是相同的。因此，是该基因控制着干细胞分裂的方向，进而影响细胞的多样性。 /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 此项发现或可改善编程干细胞以产生特定细胞类型的能力，这些特定细胞植入患者体内后就能重建受损组织。此外，该研究也将有助于设计出更有针对性的方法来延缓肿瘤生长。 /p p br/ /p

性别决定过程中会出现X染色体失活（X chromosome inactivation，XCI）现象，其中涉及到一个非常关键的长非编码RNA Xist，在XCI过程中Xist由两条X染色体中的一个转录出来，覆盖在X染色体之上对X染色体进行沉默【1,2】。Xist通过招募染色质修饰蛋白、转录沉默因子以及其他的RNA结合蛋白，启动基因沉默并对X染色体进行大规模的重塑，形成非活性X染色体中心（inactive X chromosome，Xi）【3,4】。但X染色体上需要被沉默的基因有一千多个，而Xist只有几十个，并不与需要沉默的基因数量级相对应，因此X染色体的沉默的具体机制还不得而知。2021年11月4日，美国加州大学洛杉矶分校Kathrin Plath研究组与Tom Chou研究组以及Yolanda Markaki（第一作者）合作发文题为Xist nucleates local protein gradients to propagate silencing across the X chromosome，揭开了Xist通过对局部蛋白进行成核作用，促进Xist以及相关蛋白在X染色体上的覆盖，从而导致X染色体失活的分子机制。为了检测Xist如何介导X染色体失活，作者们将雌性小鼠胚胎干细胞分化形成外胚层类似细胞（Epiblast-like cells，EpiLCs），此时会促进Xist的表达以及X染色体失活的诱导（图1）。在分化培养的第二天D2到D4是基因沉默的关键时期。通过RNAs-seq，作者们对所有的X染色体相关的基因进行了检测，确认D2-D4是Xist发挥作用的时间框，与其相互作用蛋白一起促进了基因的逐渐沉默。因此，作者们将D2时期的X染色体称为pre-Xi，而将D4时期的染色体称为Xi。图1 外胚层类似细胞中Xist诱导X染色体失活通过对D2-D4转换过程中Xist覆盖体积的统计，作者们发现pre-Xi与Xa的体积相似，而D4的时候Xi的体积与体细胞中凝缩程度相似。而且通过原位杂交实验，作者们发现pre-Xi到Xi的过程中结构出现了显著变化，因此X染色体失活过程中出现了染色体高阶结构的不同。那么首先作者们想知道X染色体失活过程中Xist的数量具体是多少，为此作者们使用三维结构照明显微镜（Three-dimensional structured illumination microscopy，3D-SIM）对Xist的数量进行了统计，利用MS2-MCP实验系统【5】作者们发现Xist的数量大约是50个，每个点中包含两个Xist分子，在pre-Xi到Xi的过程中Xist的数量也没有出现显著的变化。但Xist点联合起来将X染色体上1000多个基因进行了沉默，Xist与被沉默的基因之间庞大的数量差引起了作者们的兴趣。能做到这一点的其中一个可能性是靶标基因之间可以通过快速扩散和瞬时的相互作用而被沉默。为了对这一假设进行检测，作者们检验了Xist点的移动性。作者们惊讶地发现，Xist点的位置几乎没有明显的融合和分裂，说明Xist点的信号位置是被严格限制的，而且主要位于开放的A-compartment之中。图2 Xist招募蛋白效应因子促进超复合体的形成那么Xist是如何做到沉默X染色体上的基因的呢？为此作者们想知道Xist点是否是通过招募其他的效应因子蛋白而导致在X染色体上的沉默的。作者们诱导基因沉默的效应因子蛋白进行检测，发现Xist点会招募其他效应因子比如SPEN等在Xist存在的局部区域形成大分子复合体（图2），增加局部蛋白质浓度形成Xi。SPEN能够形成大分子复合体依赖于其中存在内在无序序列【6】，通过敲除该内在无序序列，作者们发现SPEN蛋白招募进入Xist形成的复合体中也依赖于其内在无序序列，同时该序列对于X染色体失活过程也是非常关键的。Xist与形成的超复合体逐渐对X染色体进行塑形，促进X染色体上基因的沉默，形成X染色体失活中心区域（X-inactivation center，Xic），该区域包含正是Xist基因所存在的区域。图3 工作模型总的来说，该工作发现X染色体失活并非Xist通过扩散到整个染色体上促进基因沉默的，而是通过招募相关的效应因子蛋白形成大规模的、动态的蛋白质复合体（图3），促进X染色体高阶结构变化，逐渐凝缩并最终导致X染色体上的基因沉默。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.10.022

2022年6月20日，清华大学时松海课题组在 Nature Neuroscience 期刊在线发表了题为：Metabolic lactate production coordinates vasculature development and progenitor behavior in the developing mouse neocortex（乳酸代谢调控小鼠大脑新皮层血管生长和神经前体细胞行为）的研究论文。该研究揭示了大脑新皮层发育过程中的早期增殖型放射状胶质前体细胞（Radial glia progenitor，RGP）具有更强的糖酵解代谢能力并大量合成和分泌乳酸，进而调节血管生长及其自身增殖分裂特性。大脑新皮层是神经系统的最高级中枢，理解大脑新皮层的发育组装及工作机制是脑科学乃至整个自然科学的终极目标之一。研究大脑新皮层的发育及其调控机制有助于更好地理解其细胞组成和结构特性，进而推动生理功能和运行工作机制的认知，同时对相关疾病的诊断治疗有着至关重要的意义。大脑新皮层是进化的末期产物，其发育是一个高度复杂且受到多种因素的共同调节的生物学过程，这也为系统性研究其内在机制带来了诸多挑战。为此该研究从细胞最为基本特征—细胞代谢的角度出发，揭示了细胞代谢方式及相关产物在调控大脑新皮层发育过程中的关键作用和机制，为更好的理解大脑皮层发育机制提供了重要的理论补充。放射状胶质前体细胞（RGP）是大脑发育最为关键的一种神经前体细胞，其分裂产生大脑皮层几乎所有的神经元和胶质细胞。在小鼠发育早期（E10.5-E11.5），大脑新皮层中几乎没有血管生长，此时 RGP 以对称分裂进行增殖。伴随着血管的生长，RGP 也随之改变其分裂方式，以不对称分裂进行神经细胞产生。基于单细胞代谢状态分析，该研究首先发现大脑新皮层发育过程中，随着 RGP 谱系发生过程的进行，RGP 及其子代细胞具有不同的代谢状态，并呈现出不同的代谢特征。在此基础上，结合基因表达分析、细胞代谢类型分析以及碳代谢流分析多方面研究，进一步发现进行对称分裂的增殖型 RGP 具有更强的糖酵解代谢能力，并大量合成和分泌乳酸，而进行不对称分裂的分化型 RGP 具有更强的氧化磷酸化代谢能力，并积累高浓度的乙酰辅酶A。图1: 单细胞代谢状态分析揭示神经细胞代谢特征为深入探讨细胞代谢方式与大脑新皮层发育的相互关系，研究团队考察了具有强糖酵解代谢能力的增殖型 RGP 对早期大脑新皮层发育的影响，发现当抑制增殖型 RGP 的乳酸合成或分泌，导致大脑新皮层中乳酸浓度降低，血管生长出现缺陷。进一步分析发现，乳酸可以通过调节趋化因子配体 CXCL1 的表达来调节血管内皮细胞的迁移和增殖。此外，研究团队发现抑制增殖型 RGP 的乳酸合成代谢会系统性改变其基因表达谱并重塑细胞代谢方式，导致 RGP 过早分化。为探讨这一内在机制，研究者发现与分化型 RGP 相比，增殖型 RGP 呈现出更长的线粒体形态，抑制或阻断乳酸合成或分泌都会导致线粒体长度大幅度缩短，进而导致 RGP 分化。该结果表明增殖型 RGP 通过加强乳酸合成来影响线粒体形态，进而保持其对称分裂增殖特性。图2: 乳酸合成代谢调控早期大脑新皮层发育清华大学生命科学学院时松海教授为本文通讯作者，清华大学生命科学学院2017级博士董晓翔为本文第一作者。清华大学生命科学学院张强强博士和马健博士、清华大学生命科学学院博士研究生于翔宇和王玎，以及美国达特茅斯学院本科生马嘉明为本文共同作者。该研究得到了清华大学实验动物中心和生物医学测试中心的大力协助和支持。该研究获得了国家自然科学基金委创新群体基金、国家科技部脑科学与类脑研究基金、北京市教育委员会卓越青年科学家计划、北京市科技委员会科技计划、北京生物结构前沿研究中心、生命科学联合中心和北京脑科学与类脑研究中心的资助。

科技日报讯 （记者赵汉斌）新基因是生物表型进化和物种形成的动力和源泉。记者近日从中国科学院昆明植物研究所获悉，研究人员近期研究发现，基因融合是水稻及其近缘种新基因产生的重要机制，这意味着新基因研究取得了又一项重要进展。相关研究结果发表在著名国际期刊《基因组生物学》上。　　“由两个或两个以上基因形成的融合基因，不仅可以绕过漫长而又低效的位点突变带来的有害步骤，又可以通过序列重排而将远源相关或者不相关的功能结构域进行组合，极易产生新的结构特征和新的功能，从而助推物种的适应性演化。”论文通讯作者之一、中国科学院昆明植物研究所研究员章成君介绍，基于此，由他领衔的专题攻关组自主开发了基于系统发育框架的动态鉴定融合新基因的流程。　　此次研究中，章成君、周艳丽等人利用我国最主要的粮食作物中稻属的多个基因组数据，在最年轻的分支上选取了4个目标物种，共鉴定到310个融合基因。其中粳稻、籼稻、非洲栽培稻和短舌野生稻分别含有80、62、67和43个物种特异的基因。通过基因组重测序分析，他们发现这些物种特异基因在群体中的固定频率分别为31.8%、15.4%、21.5%和93.3%，这可能对物种的适应性演化起着至关重要的作用。　　研究人员进一步以粳稻为例，分析发现约有三分之一的融合新基因与其母基因有相似的表达模式，约三分之一的融合新基因具有分化的新表达模式。用基因编辑技术CRISPR/Cas9敲除实验表明，无论表达模式分化与否，融合基因都能介导表型效应，从而影响物种的适应性。　　此项工作有望在大数据时代为融合基因的研究奠定方法和理论基础，并对未来优质水稻育种产生重要影响。

针对肿瘤的单克隆抗体疗法在很大程度上是通过触发巨噬细胞吞噬癌细胞来驱动癌细胞的清除。然而，癌细胞逃避吞噬作用的机制尚不完全清楚。近日，来自美国的科学家团队在《Nature》杂志发表题为“Inter-cellular CRISPR screens reveal regulators of cancer cell phagocytosis”的文章，详细探讨了癌细胞逃避吞噬作用的机制。　　研究人员对阻碍抗体依赖性细胞吞噬（ADCP）的因素进行鉴定。发现在癌细胞中除了簇分化抗原47（CD47）等已知因子外，还存在包括酶脂肪细胞质膜相关蛋白（APMAP）在内的许多对ADCP易感性调节因子。APMAP的缺失与肿瘤抗原靶向单克隆抗体和/或阻断CD47的单克隆抗体协同发挥作用，在多数癌细胞类型中显著增加吞噬功能。APMAP的缺失还可以与几种不同的肿瘤靶向单克隆抗体协同抑制小鼠肿瘤生长。使用全基因组反筛选技术，研究人员发现巨噬细胞中G蛋白偶联受体84介导了对APMAP缺陷癌细胞的吞噬增强作用。　　该研究揭示了一种抗体驱动易化吞噬作用的肿瘤内在调节因子，扩展了我们对肿瘤抵抗巨噬细胞吞噬作用机制的认识。 　　论文链接：　　https://www.nature.com/articles/s41586-021-03879-4

p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(153, 153, 153) " img alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/uepic/82c9aaba-ed82-497a-975e-02a6c6f477b0.jpg" / br/ /span /strong /p p 　　TGF-β超家族信号通路参与了广泛的生物学过程，对调控早期胚胎发育、细胞的生长、干细胞的自我更新、肿瘤的发生发展等具有十分重要的调控作用。作为TGF-β超家族信号通路中抑制性的SMADs(Inhibitory SMADs， I-SMADs)，Smad7过去一直被认为是TGF-β信号通路重要的负反馈调节因子，然而对于Smad7是否有不依赖于TGF-β信号通路的重要功能并不十分清楚。 /p p 　　9月5日，浙江大学生命科学研究员冯新华教授课题组在PNAS杂志在线发表了题为“Smad7 enables STAT3 activation and promotes pluripotency independent of TGF-β signaling”的研究论文，揭示了Smad7能够通过TGF-β非依赖的方式与STAT3信号相互作用来调控干细胞的自我更新与分化，有力的拓展了Smad7全新的功能，并且暗示了这一全新的分子机制极有可能在炎症反应以及肿瘤中有更为广泛的影响。 /p p strong span style=" color: rgb(204, 0, 0) " /span /strong /p p 　　 strong 论文解读： /strong /p p 　　人基因组编码了33个转化生长因子-β(TGF-β)超家族成员，包括TGF-β/Activin/Nodal以及BMP，它们对于维持干细胞的全能性以及在发育过程中决定细胞命运都至关重要【1，2】。TGF-β超家族需要依靠细胞内的R-Smads蛋白传递信号，比如TGF-β/Activin/Nodal能够激活Smad2和Smad3，BMP能够激活Smad1、Smad5和Smad8( SMAD 家族蛋白共有 8 个，细分为三类：受体激活型 SMAD，R-SMADs 通用伴侣型 SMAD，Co-SMAD) 抑制型 SMAD， I-SMADs)。Smad7能够被TGF-β超家族的所有成员诱导表达，并且在多个水平上抑制TGF-β信号通路，所以它被认为是TGF-β信号通路重要的负反馈调节因子【3】(图1)。 /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(153, 153, 153) " img width=" 464" height=" 400" title=" " style=" width: 464px height: 400px " alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/uepic/c753e3d5-d435-40c6-9623-3900456424f0.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / br/ /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(153, 153, 153) " 图1 & nbsp Smad7反馈抑制TGF-β信号通路& nbsp & nbsp /span /p p 　　Smad7最主要的作用机制是通过招募E3连接酶Smurf1/2或者Nedd4-2到 TGF-β受体，导致受体的泛素化降解。另外，Smad7可以被其它细胞因子(如EGF、IFN-γ、IL-1以及TNF-α)诱导表达，从而抑制TGF-β/BMP信号，它也可以调控TNF-α/NF-κB、JNK/p38以及Wnt等其他重要的信号通路【4】。不过Smad7对其他信号通路的调控基本都是通过抑制TGF-β/BMP信号间接实现的。另外，有关Smad7在胚胎干细胞(ESC)中的功能也有报道。比如，Smad7可以控制人ESC向端脑方向分化【5】，促进小鼠造血干细胞的自我更新【6】。但是，Smad7是否能够通过TGF-β非依赖的方式来调控干细胞的自我更新与分化，这个问题目前并不清楚。 /p p 　　早前的研究表明，白血病抑制因子(LIF)对于维持小鼠ESC的全能性至关重要。LIF属于IL-6细胞因子家族，能够通过共同受体gp130以及STAT3传递信号【7】。当LIF与异源二聚受体复合物(gp130和LIFR)结合后，偶联在受体胞内段的酪氨酸激酶JAK被激活，并且磷酸化gp130胞内段的酪氨酸残基，从而为STAT3蛋白的SH2结构域提供了锚定位点。当STAT3结合到受体之后，被JAK磷酸化从而二聚化，进而转运入核，激活靶基因的转录。磷酸酶SHP2可以通过去磷酸化gp130【8】，E3连接酶SOCS3可以通过负反馈机制抑制 STAT3激活【9】，从而终止 STAT3信号通路。LIF激活的STAT3可以和转录因子Oct4、Sox2、Nanog以及Smad1/5/8协同作用，共同维持小鼠ESC的全能性【10】。另外，STAT3可以促进TGF-β1【11】以及Smad7【12】的表达，并且与Smad3相互作用抑制TGF-β信号通路。虽然STAT3和TGF-β都可以诱导Smad7的表达，但是Smad7是否与STAT3信号通路存在直接的crosstalk，从而影响ESC的全能性，还有待阐明。 /p p 　　在冯新华课题组的这项研究中，研究人员首先发现Smad7在未分化的小鼠ESC中高表达，随着细胞的分化，其表达水平逐渐下降。在拟胚体(EB)分化实验中，过表达Smad7能够有效遏制干性基因的下降，从而维持细胞的全能性。而敲减Smad7会显著抑制小鼠ESC的自我更新，并且促进ESC向外胚层和中胚层分化。更重要的是，Smad7还会影响小鼠体细胞向iPSC重编程的过程。研究人员发现，在重编程的过程中，伴随着全能性基因的表达，Smad7的表达水平也会上升。如果敲减掉Smad7会明显减少iPSC克隆的形成。所以，不管是维持小鼠ESC的自我更新，还是提高体细胞的重编程效率，Smad7都起到了关键的调控作用。 /p p 　　考虑到Smad7最经典的功能就是TGF-β/BMP信号的抑制因子，所以一开始研究人员很自然地想到，Smad7很有可能是通过抑制TGF-β信号从而促进ESC的自我更新的。然而实验结果却很意外。通过使用TGF-β/BMP特异性的抑制剂，以及Smad7丧失其抑制TGF-β/BMP能力的点突变，都证明Smad7对ESC全能性的调控是不依赖于TGF-β/BMP信号通路的，这表明很有可能存在着一种全新的分子机制。 /p p 　　研究人员通过质谱方法分析了Smad7在小鼠ESC中潜在的相互作用蛋白，发现Smad7可能和gp130-STAT3信号通路存在直接的crosstalk。实验发现，Smad7果然能够在ESC中增强LIF激活的STAT3信号，并且同样也不依赖于TGF-β/BMP。那么，Smad7究竟是通过什么机制促进LIF-STAT3的呢?研究人员接下来又利用免疫共沉淀(Co-IP)的方法对gp130-STAT3信号通路中重要的蛋白进行了筛选，确认Smad7与共受体gp130存在直接相互作用。并且，Smad7在gp130上的结合区域恰好与gp130-STAT3的负调控因子SHP2/SOCS3的结合位点(Y759)重合。进一步的体外体内实验也都表明Smad7确实能够抑制SHP2/SOCS3与gp130的结合。最后还通过一系列实验证明了Smad7通过拮抗SHP2/SOCS3对LIF-STAT3信号通路的抑制作用，从而增强STAT3信号，维持ESC的自我更新(图2)。 /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(153, 153, 153) " img alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/uepic/788a24ab-41dd-434d-a720-fd0f26c21ef1.jpg" / br/ /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(153, 153, 153) " 图2 & nbsp Smad7增强gp130-STAT3信号的分子机制 /span /p p 　　综上所述，该研究揭示了Smad7与STAT3信号的相互作用对于维持小鼠胚胎干细胞全能性的关键作用。我们知道，除了影响干细胞的全能性，TGF-β-Smad与gp130-STAT3信号通路的相互作用还存在于许多重要的生理病理过程。所以我们相信，这一全新的分子机制极有可能在炎症反应以及肿瘤中有更为广泛的影响。 /p p strong 冯新华教授简介 /strong /p p style=" text-align: center " strong img alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/uepic/554e2711-ac5f-4eae-b779-3648256593f2.jpg" / br/ /strong /p p 　　冯新华，博士，国家特聘专家，现任浙江大学生命科学研究院教授 、首席研究员、院长 。1983年毕业于武汉大学生物系，1986年在中国科学院遗传研究所获得遗传学硕士学位，1992年在美国马里兰大学(University of Maryland-College Park)获得植物学博士学位。1993至1999年在美国加州大学旧金山分校(UCSF)先后从事博士后训练和担任研究助理教授，1999年底起在美国贝勒医学院(BCM)外科学系、分子与细胞生物学系担任助理教授 ，2003年获任为副教授(tenured)，2007年升为教授(tenured)，并兼任Duncan 癌症中心、STaR干细胞与再生医学中心、炎症生物学中心研究员。2009年底起回到浙江大学组建生命科学研究院，同年入选中组部“千人计划”。冯新华长期从事信号转导网络和蛋白质翻译后修饰在正常组织器官发育、干细胞维持和分化以及癌症发生和转移中的功能与机制研究，在国际上享有极高的学术声誉，尤其在TGF-β信号领域的研究处于国际领先地位。先后获得过Keck Distinguished Young Scholar、American Cancer Society Research Scholar、Leukemia & amp Lymphoma Society Scholar、Michael E. DeBakey Excellence in Research、AAAS Fellow、长江学者讲座教授以及浙江省有突出贡献中青年专家等重要学术奖项。先后担任国际主流学术杂志JBC 等6个学术杂志编委或副主编。回国后受到国家自然科学基金重大项目和科技部重大研究计划等资助。 /p

p 　　 strong span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 导读： /span /strong span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 受Frontiers in Immunology杂志邀请，陆军军医大学第二附属医院(新桥医院)临床医学研究中心李咏生教授与肿瘤科朱波教授一起主编了“Metabolism of Cancer Cells and Immune Cells in the Tumor Microenvironment”专题，于2019年3月21日正式发表。本专题旨在汇集一系列肿瘤免疫代谢的优秀论文，回顾癌细胞和免疫细胞代谢的进展和前景，激发研究人员对未来肿瘤免疫代谢的研究，以及为临床癌症治疗提供线索。 /span /p p 　　免疫编辑协调肿瘤的发生和发展。尽管最近免疫疗法的进展令人鼓舞，并且无数患者已经从中显著获益，但由于肿瘤微环境(tumor microenvironment，TME)的复杂性和多样性，大部分患者仍然对免疫疗法反应较弱。探索TME驱动的肿瘤发生和发展的潜在机制对于开发癌症治疗的潜在精确方法是亟待解决的科学问题。 /p p 　　细胞需要能量来维持其存活，并且多种代谢物自身也具有生物活性。代谢调节细胞的表型和生物学功能已被广泛认知。在TME中，肿瘤细胞和免疫细胞重编程其代谢模式以适应缺氧、酸性和低营养的微环境。例如，肿瘤细胞显示增强的有氧糖酵解(Warburg效应)但减少氧化磷酸化(OXPHOS)。巨噬细胞倾向于M2极化，表现出上调的脂肪酸合成和β-氧化。细胞毒性T淋巴细胞显示出下调的糖酵解，但OXPHOS增强。因此，肿瘤微环境中各种细胞的代谢重编程对肿瘤免疫编辑具有重要意义。了解肿瘤细胞和免疫细胞的代谢重编程将为调节肿瘤免疫提供新的方向。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201903/uepic/4c17f871-5c6d-449f-bdda-7274907c4744.jpg" title=" 1.png" alt=" 1.png" width=" 460" height=" 600" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 460px height: 600px " / /p p style=" text-align: center " strong 《肿瘤免疫代谢》专题电子书封面 /strong /p p 　　在这种背景下，受Frontiers in Immunology杂志邀请，陆军军医大学第二附属医院(新桥医院)临床医学研究中心 strong 李咏生 /strong 教授与肿瘤科 strong 朱波 /strong 教授一起主编了“ strong Metabolism of Cancer Cells and Immune Cells in the Tumor Microenvironment /strong ”专题，于2019年3月21日正式发表(电子书链接: a href=" https://www.frontiersin.org/research-topics/5072/metabolism-of-cancer-cells-and-immune-cells-in-the-tumor-microenvironment" target=" _self" https://www.frontiersin.org/research-topics/5072/metabolism-of-cancer-cells-and-immune-cells-in-the-tumor-microenvironment /a )。本专题旨在汇集一系列肿瘤免疫代谢的优秀论文，回顾癌细胞和免疫细胞代谢的进展和前景，激发研究人员对未来肿瘤免疫代谢的研究，以及为临床癌症治疗提供线索。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201903/uepic/661bc123-fa6c-4ca4-b61b-6a30f3023e23.jpg" title=" 2.png" alt=" 2.png" / /p p style=" text-align: center " strong 电子书内容目录 /strong /p p 　　缺氧有助于致癌基因的激活和肿瘤抑制因子的丧失，这些抑制因子构成了Warburg效应的主要调节因子和许多其他代谢途径，例如谷氨酰胺酶水解。缺氧诱导因子通过增加血管内皮生长因子促进血管生成并调节TME中的细胞表型。 strong Sormendi和Wielockx总结了目前在癌症发展过程中缺氧重编程TME中癌细胞和免疫细胞代谢的进展及机制。内皮细胞(EC)介导血管新生用于向肿瘤组织输送氧气和营养物质。Zecchin等讨论了EC如何调整其代谢以在TME中形成血管。 /strong /p p 　　免疫和线粒体彼此紧密相关。线粒体是细胞能量代谢最重要的细胞器。它们调节免疫细胞的活化，分化和存活，以及释放信号，如线粒体DNA(mtDNA)和线粒体ROS(mtROS)，以调节免疫细胞的转录。 strong Angajala等讨论了线粒体协调驱动不同免疫反应的潜在机制。 /strong /p p 　　甲羟戊酸代谢常由糖酵解推动，它是癌症干细胞和免疫细胞的关键代谢途径，可调控免疫监视。 strong Gruenbacher和Thurnher讨论了激活和分化诱导的代谢重编程如何影响免疫和癌细胞中胆固醇生物合成的甲羟戊酸途径。他们得出结论，虽然抑制肿瘤细胞中甲羟戊酸代谢可能会减弱生长和增殖，但先天免疫细胞如巨噬细胞中的甲羟戊酸途径可能有助于肿瘤免疫。 /strong /p p 　　芳烃受体(AhR)是一种重要的胞浆中配体依赖性转录因子，并且在癌症的起始、进展、侵袭和转移中起关键作用。AhR和免疫系统之间的相关性已被认识并被建议作为免疫抑制效应物。 strong Xue等综述了AhR在肿瘤免疫中的作用及其在TME中的潜在机制。 /strong /p p 　　T细胞是抗肿瘤免疫的主要成分。他们动态的代谢程序决定了其分化、激活和功能。目前，操纵T细胞代谢途径的重编程是一种治疗方法，特别是用于抗肿瘤免疫。 strong Kouidhi等介绍了一些与T淋巴细胞功能和分化有关的潜在细胞代谢途径。他们还总结了T细胞亚群特定的代谢需求和信号通路的前沿进展。 /strong /p p 　　总之，构成该专题的八篇文章提供了对TME中癌细胞和免疫细胞代谢的关键机制的见解。该专题将有助于激发研究人员探索代谢免疫学的问题，并有助于在临床癌症治疗中制定有效的策略。 /p p 　 span style=" font-family: " times=" " new=" " 　References /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　1. https://www.frontiersin.org/research-topics/5072/metabolism-of-cancer-cells-and-immune-cells-in-the-tumor-microenvironment /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　2. Garaude J. Reprogramming of mitochondrial metabolism by innate immunity. Curr Opin Immunol. 2018 Oct 1 56:17-23. /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　3. Stienstra R, Netea-Maier RT, Riksen NP, Joosten LAB, Netea MG. Specific and Complex Reprogramming of Cellular Metabolism in Myeloid Cells during Innate Immune Responses. Cell Metab. 2017 Jul 5 26(1):142-156. /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　4. Biswas SK. Metabolic Reprogramming of Immune Cells in Cancer Progression. Immunity. 2015 Sep 15 43(3):435-49. /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　5. Kelly B, O& #39 Neill LA. Metabolic reprogramming in macrophages and dendritic cells in innate immunity. Cell Res. 2015 Jul 25(7):771-84. /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　6. Li Y, Wan YY, Zhu B. Immune Cell Metabolism in Tumor Microenvironment. Adv Exp Med Biol. 2017 1011:163-196. /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " ------------------------------- /span /p p style=" text-align: center " strong span style=" font-family: " times=" " new=" " 欢迎关注 3i生仪社 公众号，了解更多生命科学资讯! /span /strong /p p style=" text-align: center " span style=" font-family: " times=" " new=" " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201903/uepic/1ed19b9c-4c7b-4e26-81bb-7d9c586dfca6.jpg" title=" 3i生仪社二维码.jpg" alt=" 3i生仪社二维码.jpg" / /span /p

中央财政近日下拨2014年专项资金30.45亿元，支持259个国家重点实验室的创新与发展。包括开放运行和自主选题研究经费21.87亿元，仪器设备购置和升级改造经费8.58亿元。 　　据财政部相关负责人介绍说，同时还建立了仪器设备购置与全国科技资源清查结果相衔接的机制，避免重复购置。 　　对于仪器重复采购、资源利用率低的现象，此前已有多位相关部门领导及业内专家发声并建言献策。 　　在日前召开的第二届国产仪器推介会上，科技部国家科技基础条件平台中心副主任吕先志表示，大型科学仪器的利用率与一些发达国家相比，处于中偏下，尤其高校情况普遍。对此，国家科技基础条件平台中心的主要工作之一就是推动大型科学仪器的共享开放。 　　今年4月，中科院山西煤炭化学所研究员徐耀曾在仪器信息网发表文章称，国家的科技资源分配模式造成贫富分化，有钱的重复购置，缺仪器的却总是没钱购置，这大大阻碍了科研进展。重复购置、共享不足、维护不善、低使用率、高端仪器的低水平使用等等问题，只能导致一个结果&mdash &mdash 不断给仪器公司送钱。 　　中国科学报去年也曾发表文章《贵重仪器缘何&ldquo 深锁春闺&rdquo 》，该文作者赵广立表示，造成科研仪器设备闲置的主要原因就是购置设备的盲目性和专业技术人员配备不足。有人称这些贵重仪器设备有&ldquo 三低&rdquo ：管理水平低、共享程度低、使用效率低。那么，如何解决&ldquo 三低&rdquo 的问题呢? 　　赵广立建议：首先，要加强仪器购置前的调研，特别是对于购置价格较高的单件或成套仪器设备,对重大设备平台严重荒废的情况，应加强问责。其次，要加强对科技支撑部门和专业技术人员的重视。此外，相关机构要大力推进大型科学仪器协作服务平台的建设。 （编辑：刘玉兰）

干细胞分化成肝类器官并且进行串联培养方案1 实验目的 该 SOP 描述了由肝癌细胞系（HepaRG）和原代人肝星状细胞 （SteCs） 组成的肝球体的培养，形成肝脏类器官。此外，还描述了将肝脏类器官整合到 MOC 中，可以与其他类器官串联起来共培养。肝球体的生长大约需要 3 小时。从 384 孔微孔板中去除肝球体大约需要 2~5 小时，具体取决于所需的肝球体数量。将肝球体整合到 MOC 中至少需要 1 小时，这也取决于所需 MOC 的数量及所需的肝球体数量。应计算准备细胞培养的额外时间（约 1 周）以及 MOC 的交付时间。 本 SOP 深入描述了 Corning® Spheroid Microplate 384 孔板（参考号 3830）的装载、这些肝球体的后续收集和计数以及它们与 MOC 的集成以进行进一步的动态培养。 所有描述的工作步骤都应在无菌操作条件下执行。应特别遵循正确洗手以及始终使用手套。 2 负责人 主要负责人：Alexandra Lorenz SOP 作者：Naomia Sisoli-Sambo、Juliane Hübner 与本 SOP 中描述的工作步骤的偏差必须立即报告给 Alexandra Lorenz 女士。如果更改获得批准，则必须相应地修改 SOP。 3 多器官芯片（MOC） 的无菌处理 为避免污染，必须遵守无菌实验室工作的通用准则。在将 MOC 放入生物安全柜之前，应先喷洒经批准的杀菌剂（例如 80% 乙醇）对其进行消毒，然后用无菌纸巾擦拭（建议使用浸泡在消毒剂中的市售纸巾）。必须特别注意引入的任何部件（注射器适配器、组织培养小室支架和泵连接端口）它们的连接和盖子。掉在地上的部件必须用无菌、高压灭菌的备件更换。因此，在运行 MOC 时，必须始终提供适当数量的无菌备件。 除离心、细胞计数和培养（37°C，5% CO2）外，所有工作步骤均应在超净工作台中进行。 4 所需材料 名称备注分化的HepaRG细胞8 mio cells/vial HPR116NS, Biopredic星状细胞 （SteCs）SC-5300 （Provitro）ScienCellSteCs培养基SC-5301 （Provitro）ScienCell80%乙醇消毒组织例如 Bode Chemie GmbH（德国）的 Bacillol AF 纸巾HepaRG 培养基Williams E基础培养基（500 ml） 不含酚红，含 2.24 g/L NaHCO3），例如PAN-Biotech P04-29510 或 HIMEDIA AL240-500ML 10% FCS （50 ml）；5 x 10-5mol/L 氢化可的松半琥珀酸盐（500 µ l 来自 25 mg/ml 原液）；5 µ g/ml 胰岛素（250 µ l 来自 10 mg/ml 储备液），例如PAN P07- 04300 2mM 谷氨酰胺（5 ml 来自 200 mM 原液）；5 µ g/ml 硫酸庆大霉素（50 µ l 来自 50 mg/ml 原液）；0.25 µ g/ml 两性霉素 B（500 µ l 来自 250 µ g/ml 原液）；分化培养基含 2% DMSO 的 HepaRG 培养基Trypsin/EDTA 5x用于收集 HepaRGs0.25% 胰蛋白酶/2.21mM EDTA，例如康宁 25-053-CITrypsin/EDTA 1x用于收集 SteCs0.05% 胰蛋白酶/0.53mM EDTA，例如康宁 25-052-CIPBSw/o Ca 和 Mg，例如康宁 21-031-CVR Gilson Platemaster 96 道移液器用于 384 孔板的 Gilson Platemaster 适配器移液器吸头试剂容器灭菌Axygen RES-SW96-HP-SI 或 RES-SW12-HP-SI用于 15/50ml 管的离心机二氧化碳培养箱显微镜细胞计数装置泵控制单元TissUse 有限公司泵管2 毫米 x 1.6 毫米聚氨酯泵管，SMC（美国）扳手 1扳手尺寸 7 毫米 （ISO 272）扳手 2扳手尺寸 10 毫米 （ISO 3318）内六角扳手扳手尺寸 1.5 毫米 （ISO 4762）泵连接端口来自 SMC（美国）的 KJS02-M3 型，内六角，端口尺寸 M3微孔板384 孔黑色透明圆底超低吸附肝球体微孔板康宁 3830大口径提示康宁 TF-205-WB-R-S24孔超低吸附板康宁3473细胞培养处理的培养瓶和培养皿例如康宁定轨振荡器PS-M3D Grant Instruments灰色和斜体字部分由 TissUse GmbH 提供 5 实验操作5.1 样品准备在肝球体形成前 5 天，根据实验需要解冻尽可能多的分化 HepaRG 细胞。一个循环需要 40 个肝球体（每个由 24,000 个 HepaRG 细胞和 1,000 个星状细胞组成）。每个接种满的 384 孔微孔板将提供大约 300 个肝球体。要完全接种满一个 384 孔微孔板，需要 921.6 万个分化的 HepaRG 细胞。由于一瓶分化的 HepaRG 细胞含有大约 800 万个活细胞，因此应计算每个接种满的 384 孔板需要两瓶。请注意：细胞是在完全融合时接种的，以避免去分化。因此，在接种过程可以丢掉一些细胞，因为准备有富余。 每个小瓶 500 µ l 分化的 HepaRG 细胞（订单号 116NS）应在 9.5 ml HepaRG 培养基中稀释，以将 DMSO 降低至0.5%的终浓度。以0.2 x 106/cm2的密度将活细胞计数后种到适当的细胞培养皿中（例如，800 万个细胞种到60 mm 2培养皿上，2个培养皿；或1600 万个细胞种到一个 T75 培养瓶上）。5-12 小时后必须在无菌条件下将培养基更换为 10 ml 分化培养基（2% DMSO）。随后，每两到三天将培养基更换为 10 ml 新鲜分化培养基。 SteCs 应在肝球体形成前约 2 天解冻并放入培养物中。一个装有 SteCs 的 T175 培养瓶将提供至少五个 384微孔板。首先需要预热SteCs 的培养基，一个小瓶约 1-2 x 106 SteCs 需用 9 ml 培养基，离心，重悬于 1 ml 新鲜培养基中，然后接种到含有 24 ml 温热的星状细胞培养基的 T175 细胞培养瓶中。第二天更换培养基以去除死细胞。 对于扩大培养，SteCs 可以生长到 70% 的融合，然后细胞开始增殖。无菌条件下的培养基更换必须每两到三天进行一次。不应使用通道数高于 P8 的 SteCs。 图 1 单层分化的 HepaRG 细胞和 HHSteC 的相差显微镜。 （A） HHSteC 在第 9 代的相差图像和（B） 在接种后 4 天分化的 HepaRG 细胞。比例尺 100 µ m。 5.2 细胞的收集准备 HepaRG 细胞进行收集，用 10 到 20 ml PBS 冲洗两次。洗涤后，使用胰蛋白酶/EDTA（5x；0.25% 胰蛋白酶/2.21mM EDTA；室温）从细胞培养瓶底部分离细胞。为此，将培养皿中的适量胰蛋白酶/EDTA 涂抹在细胞上，并在 37°C 下孵育 5 至 10 分钟。开始 HepaRGs 的胰蛋白酶消化后，使用胰蛋白酶/EDTA（1x；0.05% 胰蛋白酶/0.53 mM EDTA）收集星状细胞，并在 37°C 下孵育 5 至 10 分钟。通过这种方式，几乎可以同时收集细胞。用显微镜检查细胞的溶解情况并轻轻敲击细胞培养瓶的侧面以加速该过程并脱壁仍贴壁的细胞。一旦所有细胞从培养容器底部脱离，通过添加相同量的胰蛋白酶抑制剂或两倍量的培养基来抑制反应。将细胞溶液转移到 50 ml 离心管中， 然后用 10 ml PBS 冲洗培养容器两次，并将 PBS 添加到离心管中。细胞团块可以通过溶液的重复再悬浮来分散。此时可以合并来自多个培养容器的相同类型的细胞。 一旦进入溶液，将细胞以 300 x g 离心 5 分钟，然后吸出上清液并将细胞沉淀重悬于 1 至 2.5 ml 细胞培养基中。对 SteCs 和 HepaRG 细胞都使用 HepaRG 培养基（不含 DMSO）。用细胞计数跟踪细胞的再悬浮。请彻底混合细胞溶液（HepaRG 和 SteCs）。用 40 µ l HepaRG 培养基（1:5 稀释）稀释 10 µ l HepaRG 细胞溶液。彻底混合新溶液并用 10 µ l 台盼蓝工作溶液（1:2 稀释，总共 1:10 稀释）稀释 10 µ l HepaRG 溶液。彻底混匀 StesCs 细胞悬液，并用 10 µ l 台盼蓝工作溶液（1:2 稀释）稀释成 10 µ l 细胞悬液。在室温下孵育计数溶液 2 至 3 分钟。计数前充分混合。 将计数溶液加载到先前准备好的血细胞计数板中，并在计数室的四个大方格内对每种细胞类型的活细胞和死细胞进行计数。计算每个细胞类型的每个大方块的活细胞的算术平均值。 每毫升的细胞计数计算如下： 或者根据操作说明使用 SOL Counter （半导体式全自动细胞计数仪） 自动确定每毫升的细胞计数。 5.3 在384 孔微孔板中培养肝球体5.3.1 细胞悬液的制备每个肝球体需要 50 µ l 细胞悬液。这相当于每个微孔板 19.2 ml （50 µ l x 384）。由于移液过程中的波动，每板应制备至少 22 ml（最好是 23 ml）的细胞悬液。要在 50 µ l 的体积中生成具有 1,000个 SteCs 和 24,000 个HepaRGs（1:25 比例）的肝球体，细胞悬浮液的浓度应为 20,000个 SteCs/ml 和 480,000 HepaRGs/ml。 使用 （1） 中计算的每毫升细胞计数生成肝球体细胞悬液所需的收集 HepaRG 细胞和 SteCs 的确切体积，具体取决于所需的肝球体细胞悬液体积： HepaRG 和 SteCs 悬浮液的计算体积用于球状细胞悬浮液，添加培养基以达到所需的体积（例如，一个 384 孔球状板为 23 ml）。 5.3.2 将细胞种到 384 孔微孔板中移液器和所有其他设备需要用乙醇 （80%） 擦拭，并在使用前放置在无菌细胞培养工作台下。先前制备的肝球体细胞悬浮液应彻底混合，并将加载一个微孔板所需的大致量填充到试剂储液罐中（推荐储液罐：RES-SW12-HP-SI，Rillenreservoir）。使用 Gilson Platemaster 96 通道移液器和 384 孔板适配器将 50 µ l 细胞悬液种到 384 孔微孔板的每个孔中。 注意：- 将 50 µ l 细胞悬液直接放在每个孔的底部- 确保所有移液器吸头都牢固地推到 96 通道移液器上。- 对于没有气泡的精确移液，推荐使用反向移液技术。- 为确保细胞在悬浮液中均匀分布，在每次移液步骤前轻轻摇动悬液管。 应将接种满的微孔板短暂离心（250 g，1-2 分钟），以确保孔壁上没有细胞悬浮液，并将细胞收集在孔底。肝球体在 37 °C 和 5% CO2 条件下连续 3 天。图 2 肝球体形成的光学显微镜。 HepaRG 细胞和 SteCs 在肝球体形成的第 1 天和（B）第 3 天的 384 孔超低吸附板（A）的孔中。比例尺 100 µ m。5.4 从 384 孔微孔板中取出肝球体为了收集肝球体，将 384 孔微孔板放在层流罩下。使用 200 µ l 移液器和大口径移液器吸头，小心地将肝球体从 384 孔微孔板中取出。可以在一个移液器吸头中收集多个肝球体。在平底 24 孔低吸附板的每个孔中收集 40 个肝球体。计数肝球体，并将 40 个肝球体放入每个孔中。可用深色背景（例如黑色铝箔纸）更容易看到 24 孔低吸附板中的肝球体。将 40 个肝球体转移到一个孔中后，小心取出旧培养基并加入约 1.5 ml 新鲜 HepaRG 培养基。之后，在显微镜下对每个孔中的肝球体进行计数。丢弃任何看起来太小或聚合不良的肝球体，类似于薄层而不是肝球体。 注意：用移液器吸头收集肝球体时不要吸入任何空气。肝球体应始终悬浮在培养基中。空气的吸入会导致肝球体卡在移液器尖端。应该习惯于在拿起肝球体之前用培养基润湿移液器尖端。此外，使用移液器的时候使用超过所需的程量。这两点都可以降低肝球体粘附在内移液器吸头表面或肝球体漂浮在培养基表面上的风险。 为避免融合并进一步提高肝球体的圆度，将 24 孔低吸附板置于振荡器上，直到 MOC 实验开始（12 至 48 小时）。为此，用乙醇彻底消毒振荡器，并将其放入培养箱（37 °C；5 % CO2）中。将超低吸附板放在振荡器上，使用以下设置并确保培养基不会因摇晃而溢出： 轨道式往复式Vibrio循环式模式4030°5°00时间25OFF5ON 5.5 将肝球体转移到多器官芯片平台（MOamily:宋体 "用新鲜培养基填充培养小室时，不要超过培养小室内盖的螺纹。

肿瘤的耐药性是国际上抗肿瘤药物研究的难题。根据美国国家癌症协会发布的研究数据：90%以上肿瘤患者治疗失败都与耐药相关。因此研究肿瘤耐药的机制、寻找新的抗肿瘤靶点以及研发新型抗肿瘤药物一直是全球关注的热点。MRP（Multidrug Resistance associated Protein，多药耐药相关蛋白）是ABC转运体家族的一员，也是第一个被发现并确定与耐药相关的ABC转运体，因此具有尤为重要的作用。MicroRNAs（miRNAs）则是近年来RNA生物学领域中的重大发现。在人类中表达的miRNA有1000多种，人体中60%的基因都可能被其调节，它是一类平均长度只有22个核苷酸的小分子非编码RNA，其对靶基因的调节参与了个体发育、细胞分化与增殖、凋亡等一系列生物学过程，在肿瘤、代谢紊乱等人类疾病的产生和发展过程中起到了重要的作用，但其在肿瘤耐药中的作用和机制仍不十分清楚。中国科学院上海药物研究所药物安全评价中心（以下简称“安评中心”）博士研究生高曼在研究员任进、副研究员戚新明的指导下，经过多年潜心研究，采用多种分子生物学最新技术和方法，发现miR-145可以通过不完全碱基互补配对作用于ABCC1的3’UTR的结合位点，在转录后水平来下调靶基因MRP1的表达这一重要新机制。进一步体外、体内研究证明：miR-145可以下调MRP1，减少细胞内阿霉素的外排，升高细胞内阿霉素的累积量，增强乳腺癌细胞对阿霉素的敏感性。因此首次发现了miR-145可通过直接靶向抑制MRP1而增强阿霉素对耐药的三阴性乳腺癌的作用，为抗肿瘤耐药研究提供了新靶点、新机制和新的治疗手段。该研究工作于2016年7月在线发表在Oncotarget上，是继今年3月在国际期刊BBA-Gene Regulatory Mechanisms上发表首次发现了非编码miRNA具有双重调控作用的全新分子机制之后，再次发表新研究成果。安评中心关于非编码miRNA相关的研究此前已有多篇文章相继发表，从发现的非编码miRNA双重调控作用的新机制，到非编码miRNA抗肿瘤耐药的新功能，建立了非编码miRNA的发现、筛选、优化、功能和机制确证等一系列研究体系，取得了一系列新进展，获得了国外同研究领域的广泛认可。该项研究获得国家“重大新药创制”科技重大专项以及中科院先导专项的支持。

慢性髓系白血病(Chronic myeloid leukemia, CML)是一种由造血干细胞染色体t(9；22)(q34；q11)易位引起，并在分子水平上形成Bcr-Abl融合基因的骨髓增生性疾病。使用酪氨酸激酶抑制剂(Tyrosine kinase inhibitors, TKIs)可以缓解疾病，但TKIs耐药性是治疗失败或诱发急性白血病的主要问题。根据Abl激酶结构域点突变的不同，TKIs的耐药机制主要包括Bcr-Abl依赖型和非Bcr-Abl依赖型。Bcr-Abl依赖型的耐药性最常见，它会干扰小分子酪氨酸激酶抑制剂伊马替尼（Imtatinib, IM）结合和随后的激酶抑制。然而，超过50%的耐药CML患者中并没有Bcr-Abl突变。▲ 慢性髓系白血病蛋白激酶C(Protein kinases C, PKCs)在细胞周期调节、增殖、凋亡和造血干细胞分化等多种细胞过程中发挥作用，并和Bcr-Abl协调参与对恶性细胞转化至关重要的几种信号通路。实验和临床证据表明，使用PKC抑制剂可以有效地治疗CML。最近，不同的PKC亚型也被报道参与CML细胞的耐药，但是，PKC信号在CML TKIs耐药中的作用并不清楚。▲ 蛋白激酶C的晶体结构近日，贵州医科大学王季石教授课题组根据先前的研究结果：一种泛PKCs抑制剂星孢菌素(Stauroporine)在低浓度下可以有效地逆转K562R细胞(没有任何突变)的IM耐药，因此推测Bcr-Abl非依赖型IM耐药可能是由PKC亚型介导。在此基础上，鉴于白血病干细胞(Leukemia stem cells)在CML TKIs耐药中起基础性作用，研究首次在Bcr-Abl非依赖型TKI耐药的CML患者CD34+细胞中检测到9种PKCs亚型的表达。对PKC亚型异常表达所介导的机制进行深入研究时，使用博鹭腾AniView100多模式动物活体成像系统拍摄的活体成像实验结果，从体内进一步证明PKC-β的过表达与肿瘤耐药密切相关，表明靶向PKC-β过表达可能是克服CML耐药的一种新的治疗机制。相关成果已发表在期刊《Journal of Cellular Physiology》。▲抑制PKC-β可增强IM对CML细胞的体内杀伤作用(a) 博鹭腾AniView100拍摄的不同药物处理的CML小鼠模型中白血病细胞的活体示踪成像图。LY333531: PKCβ 抑制剂。(b) 流式细胞仪检测各组小鼠CD33+和CD45+细胞。(c) 直方图显示流式细胞仪检测的各组小鼠CML细胞的差异。(d) 各组小鼠的生存曲线。(e、f) 比较各组小鼠脾脏体积和重量。(g、h) Wright‘s染色检测各组小鼠外周血中CML的进展情况。统计学处理采用t检验。**表示p0.01，*表示p0.05。参考文献1、Ma D, et al. PKC‐β/Alox5 axis activation promotes Bcr‐Abl‐independent TKI‐resistance in chronic myeloid leukemia[J]. Journal of Cellular Physiology, 2021.2、Zubair M S, et al. Cembranoid Diterpenes as Antitumor: Molecular Docking Study to Several Protein Receptor Targets[C]// International Conference on Computation for Science & Technology. 2015.

日本横滨市立大学医学研究生院的科学家，利用全自动Digital Western Blot，研究多小脑回畸形发病新机制，相应结果发表在Science Advances（IF：14.136）：De novo ATP1A3 variants cause polymicrogyria.研究背景多小脑回畸形当神经母细胞增殖、分化、迁移或皮质组织在人类大脑发育过程中被中断时，就会发生皮质发育畸形。多小脑回是皮质发育畸形的一种常见形式，表现为存在许多异常小的脑回，产生不规则且融合的皮质表面。临床上，多小脑回导致各种神经系统症状，如癫痫、智力障碍和口运动功能受损。多小脑回畸形常见发病机制和临床特征编码α3-subunit的ATP1A3中的显性突变导致ATP1A3相关疾病的特征性功能性脑疾病，其至少具有三种不同的表型：儿童交替性偏瘫（AHC）；快速发作性肌张力障碍帕金森综合征（RDP）和小脑性共济失调、反射消失、弓形足、视神经萎缩和感音神经性耳聋(CAPOS)。同时，ATP1A3的显性突变也会导致各种形式的发育性和癫痫性脑病，例如伴有或不伴有呼吸暂停的早期婴儿癫痫和脑病(EIEE)、伴有小脑共济失调的复发性脑病或发热引起的阵发性无力和脑病。研究内容日本横滨市大学医学院人类遗传学教研室的Satoko Miyatake等科学家，对124名患有多小脑回的患者进行了全外显子组测序，在8名患者中发现了de novo ATP1A3变体，且这8名患者没有表现出AHC、RDP或CAPOS的临床特征，而是出现了完全不同的表型：严重形式的多小脑回，伴有癫痫和发育迟缓。与AHC、RDP或CAPOS相关变体相比，检测到的变体在ATP1A3中具有不同的位置和不同的功能特性。在发育中的小鼠大脑皮层中，最严重患者过度表达ATP1A3变体的神经元中径向神经元迁移受损，表明该变体参与了皮质畸形的发病机制。全自动Digital Western Blot检测技术揭示ATP1A3损害Na+/K+ATPase亚基之间相互作用的分子机制利用全自动Digital Western Blot检测发现，与野生型相比，所有多小脑回相关变体的ATP1A3和成熟β1亚基的表达均降低，表明αβ-异二聚体的结合、折叠或运输受损。免疫共沉淀后，用全自动Digital Western Blot分析ATP1A3和ATP1B1（形成Na+/K+ATPase β亚基的蛋白之一）的结合。结果表明，多小脑回相关变体既影响了与β1-亚基的结合，也影响了αβ-异二聚体的正确折叠。最后用全自动Digital Western Blot检测了ATP1A3不同变体在细胞质、细胞器和质膜部分中ATP1A3和β1-亚基的相对表达，发现多小脑回相关变体在质膜组分中，ATP1A3和成熟的β1-亚基表达低。表明高尔基体中的两个亚基之间存在关联机制，以及它们随后向膜的异常运输。

新型冠状病毒（SARS-CoV-2）导致的新冠肺炎（COVID-19）已经引发全球大暴发，严重危害人类生命健康。据统计，住院死亡病例中70%以上为年龄超过65岁的老年人。与年轻群体相比，老年群体感染SARS-CoV-2后更易发展为重症和危重症，甚至死亡。肺是SARS-CoV-2感染和损伤的主要靶器官，严重肺损伤导致呼吸衰竭是COVID-19患者主要死因。COVID-19肺和其他脏器损伤机制研究已经不乏报道，但是基于老年患者尸检样本的肺组织病理与肺单细胞信息密切关联的多重损伤分子机制研究尚缺乏，对于老年患者更易出现重症和危重症的细胞和分子基础的认识远远不足。2021年12月8日，陆军军医大学（第三军医大学）第一附属医院（西南医院）卞修武研究组、中国科学院动物研究所刘光慧研究组、中国科学院北京基因组研究所张维绮研究组和中国科学院动物研究所曲静研究组合作，于Nature Cell Biology杂志在线发表题为A single-cell transcriptomic landscape of the lungs of patients with COVID-19 的研究论文。研究结合病理学和高通量单细胞核转录组和蛋白质组等技术，深度解析了老年COVID-19患者肺组织的细胞和分子病理表型组特征，进一步认识了COVID-19肺损伤的关键细胞和分子机制、建立了肺衰老与COVID-19损伤的科学联系，为提高重症和危重症诊治水平提供了科学依据。通过对COVID-19患者肺病变及其异质性的详细分析，研究人员发现肺两种上皮细胞脱落和凋亡的升高、炎症损伤与免疫反应的过度、不同血管内皮细胞的变化、凝血功能紊乱以及细胞表型转化与肺纤维化的加剧等事件是COVID-19肺病理的关键损伤过程和分子特征。进而，结合COVID-19患者肺组织的多维组学分析，研究人员首次发现肺组织的加速衰老是COVID-19的新型病理事件。具体而言，与年龄匹配的对照肺组织相比，老年COVID-19患者肺组织中的衰老标志物（p16、p21、p53）、衰老相关分泌表型因子（IL-6）、DNA氧化损伤标记物（8-OHdG）等均呈现上调表达，且核纤层蛋白（LAP2）和异染色质蛋白（HP1g）表现为加速缺失。这些均提示SARS-CoV-2感染可诱发肺组织细胞的加速衰老。为进一步明确细胞类型特异的基因表达变化，研究人员利用高精度单核转录组测序技术，系统揭示了包括肺部上皮细胞、内皮细胞、基质细胞和免疫细胞4种主要细胞大类，28种不同细胞类型的病理相关基因表达特征。对于肺上皮细胞而言，研究发现SARS-CoV-2感染导致上皮细胞凋亡和功能紊乱，主要表现为肺表面活性物质减少及粘液分泌增多，这可能与气体交换障碍及肺部低氧血症密切相关。此外，研究人员鉴定了一类Ⅱ型肺泡上皮细胞（AT2）向Ⅰ型肺泡上皮细胞 (AT1) 分化过程中的过渡态细胞类型（AD.inter），其具有损伤相关瞬时祖细胞（DATP）的特征。这类细胞亚群在COVID-19肺组织中大量聚集，可能是介导COVID-19肺上皮细胞缺失及损伤加剧的原因之一。进一步，研究人员通过对免疫细胞亚群的分析发现，肺泡及肺间质中促炎性巨噬细胞（M1 alveolar macrophages，M1 interstitial macrophages）增加，这些细胞可能通过释放大量的促炎细胞因子加重弥漫性肺泡损伤。针对于血管内皮细胞的分析结果显示，SARS-CoV-2感染可能导致内皮损伤及凝血程序的启动。此外，研究人员还发现COVID-19肺组织中富集了一群介于肺毛细血管内皮 (Cap.EC.g) 和肺泡气体交换毛细血管内皮（Cap.EC.a）之间的毛细血管中间态细胞（Cap.EC.i），这些细胞高表达血管内皮炎症和损伤相关基因，可能介导了内皮细胞分化特征的紊乱及COVID-19肺的内皮病变。此外，结合人肺成纤维细胞的研究模型，研究人员发现HIF-1A的激活及FOXO3的表达沉默可能是成纤维细胞向肌成纤维细胞（介导肺纤维化的主要细胞类型）转变的关键驱动因素。这些发现为COVID-19肺损伤的发生发展提供了新型生物标志物和潜在干预靶标。附图:示意图显示该研究揭示的上皮细胞衰老、脱落、凋亡升高、过度炎症反应、凝血和纤维化加剧是COVID-19肺的主要病理表型特征，也是全身系统性免疫损伤的“发源地”和“主战场”。该研究报道了COVID-19患者肺组织的多维组学全景图谱，系统解析了COVID-19患者肺组织中多种细胞类型的疾病变化规律，加深了人们对COVID-19患者肺组织多种结构病变和功能减损的认识。更为重要的是,研究首次鉴定了COVID-19患者肺的加速衰老表型。考虑到衰老细胞累积对器官退行的驱动作用，该研究为SARS-CoV-2感染导致的老年人致死率增加及预后的多种后遗症提供了可能的解释。此外，研究团队前期发现维生素C（一种可延缓人干细胞衰老的化合物）可抑制炎症因子诱导的新冠病毒受体蛋白ACE2的表达（Cell Research, 2020），提示衰老干预策略可能是减轻新冠肺炎器官损伤的潜在防治手段。该研究为阐明COVID-19发病机制以及老年群体中新冠肺炎高重症率的原因提供了重要线索，并为发展新冠肺炎及老年群体愈后后遗症的干预策略提供了新思路。相关数据已上传至衰老多组学数据库Aging Atlas(https://bigd.big.ac.cn/aging/index)。该研究由中科院动物研究所、陆军军医大学（第三军医大学）第一附属医院、首都医科大学宣武医院、中科院北京基因组所（国家生物信息中心）、中国医学科学院老年医学研究所等机构合作完成。陆军军医大学第一附属医院卞修武院士、中科院动物所刘光慧研究员、中科院北京基因组研究所（国家生物信息中心）张维绮研究员、中科院动物所曲静研究员为共同通讯作者。中科院动物研究所（现单位为首都医科大学宣武医院）王思研究员、陆军军医大学第一附属医院姚小红副教授、中国科学院动物研究所马帅副研究员、陆军军医大学第一附属医院平轶芳教授、中科院北京基因组研究所（国家生物信息中心）范艳玲助理研究员、中国科学院动物研究所孙淑慧助理研究员等合作者为共同第一作者。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41556-021-00796-6.pdf

炎症是机体对抗感染及组织损伤反应的一个重要组成部分，但失控的炎症可导致各种疾病发生，并促进癌症形成。　　报道：炎症是机体对抗感染及组织损伤反应的一个重要组成部分，但失控的炎症可导致各种疾病发生，并促进癌症形成。由德克萨斯大学MD安德森癌症中心领导的一项新研究，有可能会让罹患多发性硬化症（MS）和其他炎症性疾病的患者受益。这项研究描述了一个叫做Trabid的蛋白质调控因子，是导致多发性硬化症患者中枢神经系统自身免疫性炎症这一谜团中一个重要的部分。研究结果发表在Nature Immunology杂志上。 文章作者，德克萨斯大学MD安德森癌症中心免疫学教授Shao-Cong Sun表示，“我们的研究结果阐明了调控细胞因子基因IL-12和IL-23的一个表观遗传机制，确定了Trabid是炎症性T细胞反应的一个免疫调控因子。Trabid似乎通过控制组蛋白去甲基化酶Jmjd2d的命运调控了组蛋白修饰。”细胞因子是一些对细胞信号传导极为重要的小蛋白，IL-12和IL-23是炎症介质，与一些炎症性疾病有关联。孙少聪认为，Trabid和Jmjd2d有可能是治疗多发性硬化症一类炎症性疾病的潜在治疗靶点。“由于慢性炎症是一个重要的癌症风险因子，未来的研究将会探究Trabid和Jmjd2d是否也在癌症形成中起作用。”研究人员说，IL-12和IL-23一类的促炎症细胞因子连接了一些先天反应和免疫反应，与一些自身免疫性疾病和炎症性疾病相关。先天免疫系统，也称作非特异性免疫系统，其包括一系列的细胞及相关机制，可以非特异性方式保护宿主抵御其他生物的感染。“包括树突状细胞和巨噬细胞在内先天免疫系统细胞，对适应性免疫反应的性质和强度起重要的调控作用。它们能够识别微生物组件，包括各种受体，这些受体可触发细胞内信号传导事件影响这些细胞的功能。先天免疫系统细胞异常生成促炎症细胞因子也可以导致一些自身免疫和炎症性疾病。”这一研究发现，删除树突状细胞中Trabid的蛋白质编码基因Zranb1，可抑制IL-12和IL-23表达，破坏炎症性T细胞分化。这一过程保护了研究小鼠免于自身免疫炎症。

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

生命早期的免疫-微生物相互作用会影响机体罹患过敏、哮喘和其他炎性疾病的风险。研究表明婴儿肠道微生物组对免疫发育至关重要，尤其是婴儿前三个月。多项研究结果显示早期肠道微生物群失调与多种免疫介导的疾病相关。由于从婴儿中获得样本较为困难，因此对人类免疫发育了解的较少。母乳喂养可以引导健康的免疫-微生物相互作用关系。这种细菌与人类的共同进化在现代社会普遍性逐渐降低。人母乳中含有丰富的人乳低聚寡糖（human milk oligosaccharides HMO），由于人缺乏必需的葡萄糖苷酶，因此无法消化HMO。而双歧杆菌亚种Bifidobacterium longum subspecies (subsp.) infantis (B. infantis)是可以代谢HMO的菌株。B. infantis常见于免疫介导疾病发病率低的国家母乳喂养的婴儿中，如孟加拉国，但是在欧洲很少见。而引入该菌株则能够稳定重塑肠道微生物，减少肠道炎症的发生。近日，来自瑞典Karolinska 大学医学院的Petter Brodin团队在Cell 上发表题为Bifidobacteria-mediated immune system imprinting early in life 的文章。该文发现母乳通过促进双歧杆菌在婴儿体内定植，通过关键代谢产物ILA，促进CD4+T细胞向Treg和Th1方向极化，抑制黏膜炎症反应。作者首先收集了从2014年到2019年出生的208名婴儿共858个不同时间点的样本，通过质谱流式细胞术检测免疫细胞群中的激活和分化标志物。并同时定量分析了355种血浆蛋白含量。作者发现出生后4-7天循环中单核细胞达到峰值，Treg会在出生一周内数量不断增加。出生一个月后循环中的rdT细胞数量急剧增加。两个月时血浆中IL17A含量增加。这一现象跟小鼠断奶后细菌开始定植非常类似，但是小鼠体内细胞类型和蛋白类型以及变化时间不一样。进一步分析作者发现出生后一周，外周血中CD38+记忆CD4+T细胞开始占据主要细胞成分，这一细胞类型是黏膜特异性T细胞，主要位于肠道中。这表明在出生后，黏膜特异性记忆CD4+T细胞会在外周血中遇到抗原并扩增。为了检测免疫系统的变化与双歧杆菌的关系，作者比较了双歧杆菌丰度较高和丰度较低的婴儿。比较后发现双歧杆菌丰度较高的婴儿血浆蛋白中IL27 IL10以及内源性IL1抑制剂IL1RA，以及被认为是抗炎的非经典单核细胞和Treg的比例更高。而双歧杆菌丰度低的婴儿TNFα和IL17A这些肠道炎症的关键介质含量高。双歧杆菌的含量与激活的CD8+T细胞和促炎相关分子呈负相关。这种相关性不存在于缺乏双歧杆菌定植或者出生前一个月没有双歧杆菌定植的婴儿中，他们的全身和肠道炎症水平较高，激活的免疫细胞比例增加。已有研究表明双歧杆菌的代谢物可以调节AhR和NRF-2通路。为了检测HMO代谢使用的基因与双歧杆菌缺乏婴儿免疫系统之间的关系。作者评估了婴儿粪便中57个HMO代谢基因表达的丰度与355种血浆蛋白之间的相关性。分析发现IL6 TNFa IL17A IL13与HMO代谢使用基因丰度呈负相关，而HMO代谢基因高的婴儿IL27水平也高。接下来作者对比了喂食婴儿B. infantis EVC001和对照组之间的区别。作者发现双歧杆菌含量提升后，肠道中Th2和Th17的反应性降低，婴儿肠道炎症降低。双歧杆菌还可以促进CD4+T细胞向Th1方向发生极化以及IFNg表达上调。进一步分析发现双歧杆菌的代谢产物ILA可以诱导Th2和Th17细胞表达T细胞抑制性调节分子galectin-1。本研究细致阐明了在出生后的几周内，肠道定植微生物群引起的免疫系统的动态变化。母乳喂养中的HMO通过影响双歧杆菌定植通过关键代谢产物ILA抑制Th2和Th17诱导的炎症反应，促进Th1和Treg的细胞极化。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.05.030

点评 | 朱锦芳（NIH）2022年5月23日，上海交通大学基础医学院生化与分子细胞生物学系童雪梅教授课题组及其合作团队，上海市免疫学研究所李斌研究员课题组和复旦大学附属华山医院/脑科学转化研究院杨辉研究员，在Nature Metabolism杂志在线发表题为 Non-oxidative pentose phosphate pathway controls regulatory T cell function by integrating metabolism and epigenetics 的研究论文，揭示非氧化磷酸戊糖途径（非氧化PPP）对调节性T（Treg）细胞代谢模式及细胞功能的调控机制。Nature Metabolism同期发表伦敦帝国理工学院Margarita Dominguez-Villar博士为该研究撰写的News & Views特评，认为该文章发现非氧化PPP在Treg细胞活化和功能调控中的中心地位（a central regulator）。表达特征转录因子Foxp3的Treg细胞是一类具有免疫抑制功能的CD4+ T细胞亚群，维持机体免疫系统稳态，防止免疫过激诱发自身免疫病。已知葡萄糖酵解、脂肪酸氧化和氨基酸分解代谢等都参与 Treg 细胞功能调控。PPP是一条不产生ATP的葡萄糖分解代谢途径，由生成NADPH的氧化PPP和产生5-磷酸核糖的非氧化PPP组成。非氧化PPP包括4个代谢酶催化的5步可逆反应，可以通过改变代谢物流向来满足细胞的功能需求。非氧化PPP是否参与免疫细胞如Treg细胞的代谢与功能调控尚不清楚。转酮醇酶TKT是非氧化PPP中催化两步可逆反应的代谢酶。童雪梅团队已发现TKT在肝脏、脂肪和肠道中调控糖脂代谢平衡的重要作用（Li M et al, Cancer Research, 2019 Tian N et al, Diabetes, 2020 Tian N et al, Cell Death & Disease, 2021）。在本研究中，研究人员通过构建Treg细胞特异性敲除TKT的小鼠模型，深入探究非氧化PPP是否和如何调控Treg细胞代谢及功能。他们研究发现，Treg细胞特异性敲除TKT的小鼠出生3周后发生严重自身免疫性疾病，并且在断奶之后相继死亡，其表型与缺失Foxp3基因的小鼠相似。进一步研究发现，敲除TKT在不影响Treg数目和转录因子Foxp3 水平的情况下，阻断Treg细胞的免疫抑制功能。为了排除炎症反应的影响，研究者根据Foxp3基因位于X染色体和雌鼠X染色体选择性失活的特点，构建了在同一只鼠中既有TKT缺失又有TKT正常表达的Treg细胞嵌合小鼠模型。该小鼠Treg细胞的转录组和表观遗传组分析表明，TKT缺失导致Treg细胞中87.9%的差异表达基因被下调，染色质可及性降低。这些被下调的基因几乎全部为效应性Treg特征性基因，表明非氧化PPP对调控Treg细胞免疫抑制功能是必需的。研究者进一步发现，TKT缺失导致Treg 细胞NADPH 减少和氧化应激增加，葡萄糖进入线粒体氧化减少，脂肪酸氧化增加，氨基酸分解代谢显著增强，分解代谢重构使线粒体功能受损。同时，被氧化应激和线粒体损伤诱发的还原性TCA循环使α-酮戊二酸/琥珀酸及α-酮戊二酸/富马酸比率降低，DNA甲基化增加，抑制Treg细胞特征性功能基因表达，导致其免疫抑制性功能丧失。文章也发现非氧化PPP中的另外一个代谢酶——转醛醇酶（TAL），对维持效应性Treg特征性功能基因表达也不可或缺。此外，在自身免疫性病人外周血 Treg细胞中，TKT水平显著降低。综上所述，此研究首次揭示非氧化PPP对于调控Treg细胞中糖、脂和蛋白质分解代谢稳态、维持代谢物依赖的表观遗传修饰和功能基因表达有关键作用，即非氧化PPP可以通过整合三大营养物质代谢和表观遗传修饰控制Treg细胞功能。这项研究将为通过调控Treg功能防治自身免疫性疾病和其它免疫相关疾病提供新策略新手段。非氧化 PPP 通过整合代谢组和表观遗传组调控Treg细胞功能上海交通大学医学院博士生刘琪、阿拉巴马大学伯明翰分校博士生朱方明和上海市免疫学研究所博士生刘鑫男是该研究论文的共同第一作者。此项研究得到复旦大学生物医学研究院叶丹研究员、海军军医大学附属长征医院风湿免疫科徐沪济主任、上海交通大学附属仁济医院沈南主任、上海交通大学基础医学院徐天乐教授、清华大学药学院胡泽平研究员、阿拉巴马大学伯明翰分校胡晖教授等合作实验室的大力协助。通讯作者为童雪梅教授、李斌研究员和杨辉研究员。专家点评朱锦芳Jeff Zhu (Chief, Molecular and Cellular Immunoregulation Section, NIH)调节性T细胞（Tregs）在维持免疫耐受和免疫稳态中发挥关键作用，并且参与调节感染和癌症中的各种免疫反应。一方面，Treg功能的丧失通常与自身免疫和过度炎症有关；另一方面，肿瘤微环境中激活的Treg往往会抑制肿瘤免疫。因此，了解Treg的产生、激活及其获得抑制性功能的机制不仅将拓展基础免疫学认知，而且将为各种免疫相关疾病提供新颖有效的临床疗法。不同的代谢途径在控制Treg和效应性辅助型CD4+ T（Th）细胞的发育和分化中作用不同。经典观点认为，Tregs更倾向于脂肪酸氧化，而效应Th细胞主要利用葡萄糖作为能量来源。在本项工作中，童雪梅团队及其合作实验室共同发现，非氧化磷酸戊糖途径（非氧化PPP）在控制Treg细胞激活和抑制功能中起着关键作用。非氧化PPP是葡萄糖分解代谢的一个分支，它在Treg和效应性Th细胞中的功能尚不清楚。令人惊奇的是，在Treg中敲除非氧化性PPP中的重要酶—转酮醇酶（TKT），小鼠会产生致死性自身免疫病。Treg细胞特异性 TKT 缺失导致其失去免疫抑制功能，却不影响其发育和Foxp3蛋白表达。机制上，童雪梅及其合作团队发现TKT缺失诱导线粒体氧化应激和还原性TCA循环，导致α-酮戊二酸（α-KG）水平降低。α-KG作为重要的表观遗传辅助因子，能调控组蛋白和DNA去甲基化酶的功能。TKT缺失时，Treg中众多基因的DNA甲基化增加，染色质可及性下降。并且，α-KG补充能够改善由Treg特异性TKT 缺失引起的自身免疫反应。此外，在临床自身免疫性疾病患者外周血Treg中，TKT水平被下调。Treg获得抑制功能需要被激活，TKT缺失诱发的自身免疫反应是由活化Treg特征性基因表达减少所导致的。由于Treg细胞群体的异质性，单细胞分析可以为TKT如何调节Treg激活和表观修饰提供一个更清晰的解释。然而，该研究发现在大约1000个激活态Treg特征基因中，只有124个受到TKT缺失的影响，却诱发了显著的小鼠自身免疫病表型，表明这个小的基因群体包含对Treg功能至关重要的效应分子，例如IL-10和TIGIT等。因此，本项研究发现令人印象非常深刻。本项工作不仅促进我们全面认识Treg细胞激活和功能的机理，而且在未来治疗人类疾病方面具有潜在重要转化价值。原文和特评链接：https://www.nature.com/articles/s42255-022-00575-z，https://www.nature.com/articles/s42255-022-00574-0