Nature雜志8月亮點(diǎn)研究看過來！
小編為大家?guī)?月份Nature雜志眾多亮點(diǎn)研究盤點(diǎn)。
【1】埃博拉病毒造成的新疫情
當(dāng)前由埃博拉病毒所造成的疫情正在西非蔓延。在7月22日之前的一個(gè)星期，國際衛(wèi)生組織報(bào)告說，在幾內(nèi)亞有22個(gè)已證實(shí)的病例，在塞拉利昂有4個(gè)，在利比里亞沒有——5月9日該疫情在利比里亞已宣告“結(jié)束”。本期Nature雜志的特寫文章總結(jié)了在應(yīng)對(duì)本次疫情中獲得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并對(duì)這種疾病和其他疾病在將來可以怎樣得到控制表達(dá)了意見。
能量在細(xì)胞內(nèi)是怎樣分布的？在骨骼肌中，能量分布曾被認(rèn)為是通過由代謝物促進(jìn)的擴(kuò)散發(fā)生的，盡管遺傳證據(jù)對(duì)這種分布方式的重要性提出了疑問。Robert Balaban及同事利用各種形式的高分辨率顯微鏡，對(duì)線粒體本身除了實(shí)際上產(chǎn)生能量外是否也在其分布中起一定作用進(jìn)行了研究。他們發(fā)現(xiàn)，通過以“質(zhì)子動(dòng)力”(proton-motive force)的形式在整個(gè)細(xì)胞中形成一個(gè)導(dǎo)電通道，它們的確在能量分布中起一定作用。在整個(gè)這一網(wǎng)絡(luò)中，線粒體蛋白定位似乎是在變化的，從而使得線粒體膜電勢(shì)能夠以最佳方式產(chǎn)生和被利用。這一能量分布網(wǎng)絡(luò)(它取決于傳導(dǎo)而不是擴(kuò)散)速度有可能極快，從而使得肌肉能夠?qū)π碌哪芰啃枨髱缀跫磿r(shí)做出反應(yīng)。
“G蛋白耦合受體”(GPCRs)是充當(dāng)一系列細(xì)胞外信號(hào)的傳感器的膜蛋白。它們通過“異三聚G蛋白” (能結(jié)合鳥嘌呤核苷酸的蛋白，充當(dāng)細(xì)胞內(nèi)分子開關(guān))發(fā)揮功能，以變構(gòu)方式將后者激活來觸發(fā)GDP釋放。有數(shù)百種人類GPCRs作用于16種不同的“Gα蛋白”之上。在這篇“分析”文章中，Madan Babu及同事試圖弄清是否存在一個(gè)主管Gα激活的普遍性變構(gòu)機(jī)制。他們發(fā)現(xiàn)的確有這樣一個(gè)機(jī)制：不同GPCRs 通過一個(gè)高度保守的機(jī)制與Gα蛋白發(fā)生相互作用并將其激活，這也許可解釋為什么GPCR–Gα系統(tǒng)發(fā)生了迅速分化、同時(shí)又保留了其變構(gòu)性質(zhì)。
對(duì)110個(gè)小細(xì)胞肺癌病例所做的全基因組測(cè)序，顯示了幾乎所有病例中腫瘤抑制因子基因TP53和RB1的一個(gè)典型的雙等位基因失活現(xiàn)象。在TP53 和RB1沒有發(fā)生改變的僅有的兩個(gè)樣本中，“染色體碎裂”(chromothripsis)將 “cyclin D1”激活，導(dǎo)致同樣的分子效應(yīng)。另外，25%的腫瘤在NOTCH家族的基因中攜帶能造成失活的突變，同時(shí)作者也發(fā)現(xiàn)，一個(gè)臨床前小鼠模型中Notch信號(hào)作用的激活可以降低腫瘤數(shù)量和延長突變小鼠的生存時(shí)間。這項(xiàng)研究突顯了作為最具致命性的人類癌癥之一的這種肺癌的可能的藥物作用目標(biāo)。
當(dāng)一個(gè)玻璃系統(tǒng)慢慢向平衡態(tài)放松時(shí)，我們就說它在 “老化”，其很多材料性質(zhì)會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。通過能量注入使該系統(tǒng)從平衡態(tài)又回到原來的狀態(tài)(比如說通過加熱它或以機(jī)械方式對(duì)其施壓)，就可以使它恢復(fù)“青春”。現(xiàn)在，Sergey Ketov等人發(fā)現(xiàn)，這樣的青春煥發(fā)可以在要溫和很多的條件下做到。僅僅通過在一個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度的溫度下對(duì)玻璃(在本例中采用金屬玻璃)進(jìn)行熱循環(huán)，就可以在很大程度上讓其恢復(fù)青春。作者將這一現(xiàn)象歸因于玻璃態(tài)中內(nèi)在結(jié)構(gòu)異質(zhì)性的效應(yīng)，這種異質(zhì)性隨著溫度的變化會(huì)轉(zhuǎn)變成局部化的內(nèi)應(yīng)變，不同區(qū)域會(huì)發(fā)生不同程度的膨脹和收縮。
【6】新的肝細(xì)胞
新的肝細(xì)胞作為體內(nèi)平衡程序的一部分是怎樣在成年肝臟中出現(xiàn)的仍不清楚。Roel Nusse及同事利用復(fù)雜細(xì)胞標(biāo)記方法對(duì)這一問題進(jìn)行了研究。他們?cè)谥醒腱o脈附近識(shí)別出一類增殖的肝細(xì)胞，它們是雙倍體(相比之下成熟細(xì)胞是多倍體)，表達(dá)一個(gè)肝臟祖細(xì)胞標(biāo)記。這些細(xì)胞對(duì)由來自中央靜脈的相鄰內(nèi)皮細(xì)胞提供的Wnt信號(hào)做出反應(yīng)，成為能夠取代維持肝臟平衡所需的所有肝細(xì)胞類型的多倍體肝細(xì)胞。
【7】癌癥中細(xì)胞壓力和自噬過程之間的聯(lián)系
包括胰腺導(dǎo)管腺癌(PDA)在內(nèi)的各種不同癌癥已知取決于高水平的自噬過程，它是正常細(xì)胞中營養(yǎng)清除和質(zhì)量控制活動(dòng)所需的高度保守的自行降解過程。在這項(xiàng)研究中，Rushika Perera等人描述了細(xì)胞壓力和自噬過程之間在胰腺癌中導(dǎo)致細(xì)胞代謝被改變的一個(gè)以前人們不知道的聯(lián)系。他們發(fā)現(xiàn)，MiT/TFE家族轉(zhuǎn)錄因子的異常表達(dá)和組成性激發(fā)，通過人類PDA標(biāo)本和細(xì)胞系中大大增強(qiáng)的自噬-溶酶體功能介導(dǎo)代謝重新編程。這些發(fā)現(xiàn)說明，溶酶體調(diào)控是癌細(xì)胞中營養(yǎng)利用和能量平衡的一個(gè)焦點(diǎn)。
【8】bHLH-PAS轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)
這項(xiàng)研究描述了“缺氧誘導(dǎo)因子”(HIF)異二聚體、包括與小分子和DNA相結(jié)合的復(fù)合物的等待已久的晶體結(jié)構(gòu)。HIFs是協(xié)調(diào)細(xì)胞對(duì)低氧壓力的適應(yīng)性的轉(zhuǎn)錄因子，是癌癥治療的潛在目標(biāo)。小鼠的HIF–ARNT異二聚體被發(fā)現(xiàn)有一個(gè)與含bHLH-PAS的生物鐘成分CLOCK–BMAL1截然不同的架構(gòu)。與癌癥相關(guān)的HIF-α 突變可以被映射到重要的結(jié)構(gòu)區(qū)域，這些結(jié)構(gòu)在未來可以為小分子藥物發(fā)現(xiàn)工作提供參考。
μ-阿片受體是被各種止痛藥、內(nèi)源性內(nèi)啡肽和被濫用的藥物如海洛因和鴉片激發(fā)的一種“G-蛋白耦合受體”。我們對(duì)激動(dòng)劑的結(jié)合導(dǎo)致某一特定的G-蛋白子類被識(shí)別、耦合和激發(fā)的機(jī)制還不完全了解。在本期Nature上的兩篇論文中，作者采用X-射線晶體學(xué)方法、分子動(dòng)態(tài)模擬方法和NMR光譜方法對(duì)受體激發(fā)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)進(jìn)行了研究。除了揭示這一GPCR在細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)區(qū)域中所發(fā)生的與受體激發(fā)相關(guān)的構(gòu)形變化外，這兩項(xiàng)研究也可幫助解釋為什么這一受體的激動(dòng)劑結(jié)合穴與胞質(zhì)G-蛋白耦合界面之間的變構(gòu)耦合相對(duì)較弱。
【10】營養(yǎng)：更好地認(rèn)識(shí)兒童營養(yǎng)不良
Nature Communications上發(fā)表的一篇論文描述了環(huán)境性腸病(EE，這種病被廣泛認(rèn)為是造成兒童營養(yǎng)不良的一個(gè)重要原因)的一個(gè)潛在病因。作者建立了這種病的第一個(gè)動(dòng)物模型，發(fā)現(xiàn)了飲食和微生物共同作用來改變小鼠小腸、以產(chǎn)生類似于人類EE病癥狀的證據(jù)。
營養(yǎng)不良是一個(gè)重要的全球性健康問題，在五歲以下兒童的全部死亡病例中占20%。EE是小腸的一種慢性炎癥，人們對(duì)其病因很不了解，有些人還認(rèn)為它是造成營養(yǎng)不良兒童的治療干預(yù)措施成功率低(不到三分之一)的原因。另外，也不存在這種疾病的動(dòng)物模型，所以除了試驗(yàn)潛在治療藥物有困難外，了解其病因和發(fā)展也一直有困難。
現(xiàn)在，Brett Finlay及同事建立了這種疾病的一個(gè)小鼠模型，發(fā)現(xiàn)讓小鼠幼崽吃一種中度營養(yǎng)不足的飲食，同時(shí)讓其口腔反復(fù)接觸與糞便相關(guān)的細(xì)菌(也就是重現(xiàn)比較差的衛(wèi)生條件)，會(huì)誘發(fā)這些小鼠出現(xiàn)該疾病的癥狀。當(dāng)本文作者再給這些小鼠幼崽喂食一種正常飲食21一天時(shí)間時(shí)，它們的生長平均被抑制30%，同時(shí)還表現(xiàn)出蛋白吸收方面的問題以及小腸滲透性的提高。這些發(fā)現(xiàn)表明，營養(yǎng)不足的飲食改變了小腸的生態(tài)系統(tǒng)，并允許從環(huán)境獲得的微生物定植。還有必要做進(jìn)一步的研究來確定小鼠這種效應(yīng)的精確機(jī)制并弄清這是否也適用于患EE的兒童。
本周發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》上的兩則研究報(bào)道了溫度的變化對(duì)于北京死亡率和廣州減壽年數(shù)的影響。這兩項(xiàng)研究都表明在較極端溫度下，需要加強(qiáng)防護(hù)措施。
在第一項(xiàng)研究中，李湉湉和她的研究團(tuán)隊(duì)使用氣候變化預(yù)測(cè)的每日平均氣溫的增加來估算心血管疾病和呼吸疾病會(huì)出現(xiàn)的潛在死亡數(shù)字。他們的分析顯示，按照政府間氣候變化專門委員會(huì)（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）的RCP4.5情景（該情景中溫室氣體排放量在2040年會(huì)達(dá)到頂峰，然后下降），和上世紀(jì)80年代相比，2020年代、2050年代、2080年代北京由心血管疾病導(dǎo)致的死亡每年會(huì)增加529人，734人和844人（數(shù)字為中位數(shù)）。研究者的分析也顯示呼吸疾病導(dǎo)致的死亡在2020年代、2050年代、2080年代每年會(huì)增加155，216和248人。而如果溫室氣體排放遵循了RCP8.5的情景，也就是21世紀(jì)排放不斷增加的話，增加的死亡人數(shù)會(huì)更多。
在另一項(xiàng)研究當(dāng)中，劉起勇和他的研究團(tuán)隊(duì)分析了2003年到2007年期間廣州居民受到寒冷天氣和炎熱天氣的影響產(chǎn)生的減壽年數(shù)。減壽年數(shù)（Yearof Life Lost， YLL）考慮進(jìn)了在死亡時(shí)間的語氣壽命，給年輕人的死亡權(quán)重更重。他們的分析表明，在廣州，寒冷的環(huán)境溫度比炎熱的對(duì)于減壽年數(shù)的影響比炎熱的更強(qiáng)。研究者表示，炎熱溫度對(duì)于減壽年數(shù)的影響是立即的，并且只持續(xù)4天，而寒冷溫度對(duì)于減壽年數(shù)的影響是延遲的，但是可以持續(xù)14天左右。研究者表示，無論是炎熱還是寒冷的天氣，75歲以下和受教育程度低的人都更容易受到影響。
【12】神經(jīng)科學(xué)：夢(mèng)(可能)是由什么組成的
本期Nature Communications上發(fā)表的一篇論文報(bào)告說，在快速眼動(dòng)(REM)睡眠期間的人腦活動(dòng)與在清醒注視期間所觀察到的腦活動(dòng)非常相似。這項(xiàng)研究也許可解釋為什么從REM睡眠狀態(tài)清醒過來的人經(jīng)常會(huì)談到鮮活的夢(mèng)境。
在REM睡眠期間，我們眼睛的轉(zhuǎn)動(dòng)方式與我們處于清醒狀態(tài)、在看某一視覺場(chǎng)景時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方式非常像。科學(xué)家早就想弄清REM是否反映了睡眠期間的視覺信息處理方式。
Yuval Nir及同事記錄了19個(gè)人的腦活動(dòng)。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)患者在睡眠期間、清醒期間、以及在視覺刺激場(chǎng)景期間發(fā)生快速眼動(dòng)時(shí)，其大腦的內(nèi)側(cè)顳葉(對(duì)長期記憶形成有重要作用的一個(gè)腦區(qū)域)中的各個(gè)神經(jīng)元會(huì)以相似方式做出反應(yīng)。這說明，睡眠期間的快速眼動(dòng)相應(yīng)于類似視覺的信息的處理期間，可能的確反映了做夢(mèng)過程中的視覺表象。
Nature Communications上發(fā)表的一項(xiàng)研究報(bào)告說，臨床磁共振成像(MRI)系統(tǒng)在小鼠中可被用來將能夠殺滅癌癥的細(xì)胞向腫瘤引導(dǎo)，并抑制它們的生長。這些發(fā)現(xiàn)表明，由MRI系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)能夠以特定細(xì)胞為目標(biāo)來用于治療。
MRI掃描儀(通常用在醫(yī)院里)利用強(qiáng)磁場(chǎng)來生成高分辨率解剖圖像，這種圖像可用來定位身體中的腫瘤。Munnita Muthana、Aneurin Kennerley及同事獲取了攜帶選擇性感染和殺死腫瘤細(xì)胞的一種病毒的小鼠免疫細(xì)胞，讓它們吸收氧化鐵納米顆粒。這些磁化的免疫細(xì)胞然后被注射到有前列腺腫瘤的小鼠體內(nèi)。通過利用一臺(tái)MRI掃描儀來生成脈沖化的磁場(chǎng)梯度，該小組然后將能夠殺滅癌癥的細(xì)胞向前列腺癌或已經(jīng)擴(kuò)散到肺部的癌癥引導(dǎo)，所產(chǎn)生的整體效應(yīng)是前列腺腫瘤的生長受到了抑制。
雖然現(xiàn)有的臨床MRI掃描儀有可能產(chǎn)生這樣的磁場(chǎng)，但目前還不清楚這種方法對(duì)人類是否也會(huì)有效。
本期Nature Communications上發(fā)表的一項(xiàng)研究描述了治療阿爾茨海默氏癥的一個(gè)新的潛在方法。這項(xiàng)研究顯示，通過以在調(diào)控身體免疫系統(tǒng)中起重要作用的特定白細(xì)胞(被稱為調(diào)控性T-細(xì)胞)為治療目標(biāo)，阿爾茨海默氏癥的關(guān)鍵癥狀在小鼠身上可以得到成功治療。
阿爾茨海默氏癥影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致神經(jīng)損傷、被稱為斑塊的蛋白塊形成和慢性炎癥。以前人們已經(jīng)意識(shí)到，當(dāng)將免疫細(xì)胞朝向中樞神經(jīng)系統(tǒng)引導(dǎo)時(shí)，這些癥狀會(huì)減輕。
在這篇論文中，Michal Schwartz及同事顯示，阻斷特定T-細(xì)胞(被稱為Foxp3+Tregs)的活性，可以使更多免疫細(xì)胞超小鼠腦運(yùn)動(dòng)。因此，炎癥和斑塊會(huì)減少，實(shí)驗(yàn)鼠在認(rèn)知試驗(yàn)中表現(xiàn)會(huì)更好。這項(xiàng)研究顯示了調(diào)控性T-細(xì)胞在影響大腦的疾病中所起的一個(gè)作用。它也表明，這些細(xì)胞是未來治療阿爾茨海默氏癥的可能藥物目標(biāo)。
本期Nature Communications發(fā)表了畸形浮游生物可能指示物種大滅絕其他驅(qū)動(dòng)因素的證據(jù)。雖然冰川事件以前曾被與最古老的重大物種滅絕聯(lián)系起來，但作者提出，造成物種大滅絕的原因更有可能是海洋中缺氧現(xiàn)象和有害金屬的大范圍存在。
奧陶紀(jì)-志留紀(jì)滅絕事件被認(rèn)為是在距今4.2億年前以脈沖形式出現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)絕大多數(shù)生命都在海洋中，陸地上存活下來的非常少。以前的研究表明，這些事件是氣候變冷和生境減少造成的，但那些模型并不能解釋所有古生物學(xué)和地球化學(xué)觀察結(jié)果。
Thijs Vandenbroucke及同事發(fā)現(xiàn)，晚志留紀(jì)一次滅絕事件開始期間發(fā)生的浮游生物畸形是與現(xiàn)代生物對(duì)當(dāng)今高含量的金屬毒物的反應(yīng)非常相似的方式發(fā)生的。作者提出，金屬中毒還可能造成了遠(yuǎn)古時(shí)代的畸形現(xiàn)象，因?yàn)榛胃∮紊锱c它們?cè)谄渲斜槐Ａ粝聛淼膸r石中金屬含量的急劇增加在時(shí)間上是巧合的。高含量的金屬表明當(dāng)時(shí)的海洋化學(xué)環(huán)境發(fā)生了變化，也表明缺氧的大范圍存在可能是這些早期滅絕事件期間造成生物被殺死的一個(gè)機(jī)制。
最近的研究工作表明缺氧在海洋中是物種大滅絕背后的一個(gè)驅(qū)動(dòng)力量，這項(xiàng)研究支持這一觀點(diǎn)，并且表明畸形浮游生物化石也許是識(shí)別這些低氧時(shí)期開始時(shí)間的一個(gè)新的“法醫(yī)學(xué)”工具。
本文轉(zhuǎn)載自生物谷（Bioon.com）。
