Nature封面:寶寶的安全毯。腸道菌群從嬰兒出生到兒童時期的形成過程被認(rèn)為對1型糖尿病等疾病病理具有重要影響。然而,微生物組在這一階段的形成過程仍有許多未知之處。Nature雜志第7728期封面兩篇論文通過引用迄今為止最完整的嬰兒微生物組數(shù)據(jù)集,提出了關(guān)于這一過渡階段的新見解。青少年糖尿病環(huán)境決定因素(TEDDY)研究囊括了來自美國、瑞典、德國和芬蘭的6個研究中心的數(shù)據(jù)。第一篇論文由Joseph Petrosino及同事撰寫,第二篇論文由Curtis Huttenhower及同事撰寫。
Nature封面:揭示多樣性。Nature雜志第7729期封面文章報道了兩篇大腦神經(jīng)元多樣性的研究論文。一篇論文揭示出了133種細(xì)胞類型,發(fā)現(xiàn)幾乎所有類型的抑制性神經(jīng)元在這兩個腦區(qū)都有分布,而大部分興奮性神經(jīng)元的分布是腦區(qū)特異性的。另一篇論文研究表明,在前述細(xì)胞類型中,有多種對應(yīng)了錐體束神經(jīng)元,這些細(xì)胞類型的差異不僅僅體現(xiàn)在基因表達(dá)上,不同的錐體束神經(jīng)元細(xì)胞類型分別與獨(dú)特的一系列腦區(qū)相連,傳遞特殊的參與運(yùn)動準(zhǔn)備和啟動的信號。這兩項研究證明此類數(shù)據(jù)集能夠展示神經(jīng)元功能的微妙細(xì)節(jié)。
Nature封面:自下而上生物學(xué)。Nature雜志第7730期特刊報道了自下而上細(xì)胞生物學(xué)的潛力和潛在局限性。之前,科學(xué)家們?yōu)榱似平饧?xì)胞運(yùn)作之謎,采用的標(biāo)準(zhǔn)方法通常是自上而下地剖析各種細(xì)胞成分在自然環(huán)境中的互作方式。如今,研究人員得以利用工程學(xué)原理和先進(jìn)技術(shù),自下而上地重建生物過程。此期特刊就探討了自下而上細(xì)胞生物學(xué)的潛力和潛在局限性。從產(chǎn)生膜和代謝通路,到設(shè)計出可供醫(yī)學(xué)應(yīng)用的細(xì)胞樣體系,再到研發(fā)出能伸展變形的細(xì)胞層,研究人員正在拼湊復(fù)雜的細(xì)胞世界的全貌。
Nature封面:妊娠的秘密。Nature雜志第7731期封面文章報道了妊娠早期發(fā)生的細(xì)胞變化為生育成功奠定了基礎(chǔ)。科學(xué)家Sarah Teichmann及其同事報告了母胎界面的單細(xì)胞圖譜。他們對妊娠早期胎盤中的約7萬個細(xì)胞及相匹配的母血細(xì)胞和子宮細(xì)胞進(jìn)行了RNA測序,發(fā)現(xiàn)所涉細(xì)胞類型和支持胎兒生長的細(xì)胞間通信網(wǎng)絡(luò)極其復(fù)雜。細(xì)胞間通信網(wǎng)絡(luò)顯示,母體免疫系統(tǒng)在胎盤植入子宮壁及其發(fā)育階段中會產(chǎn)生適應(yīng)變化,并起到支持作用。該圖譜有助于闡明子癇前期和死產(chǎn)等妊娠相關(guān)問題的起因。
(本頁期刊封面圖來自Nature官網(wǎng))
Science封面:椰子變成汽車。Science雜志第6414期封面文章報道了有關(guān)生物,混合和碳基復(fù)合材料的研究和應(yīng)用。這張由椰子變成汽車的奇異照片,代表了在商業(yè)復(fù)合材料中使用越來越多自然材料,尤其是在汽車行業(yè)。椰子纖維和椰子殼粉可以與多種聚合物結(jié)合,制成汽車零部件,包括車門覆層、結(jié)構(gòu)防護(hù)和內(nèi)部部件。我們所接觸的世界是由被稱為復(fù)合材料的相互交織的材料主宰的。在所有優(yōu)秀的復(fù)合材料中,整體優(yōu)于各部分的總和。對復(fù)合材料的研究也是如此,因為超越傳統(tǒng)的材料來源可能會產(chǎn)生更好的復(fù)合材料。
Science封面:不安全的巢。Science雜志第6415封面文章報道了北極巢捕食的快速增加令全球濱鳥的種群傷害風(fēng)險增加。Vojtěch Kubelka及其同事組建了一個來自237個群體的超過3.8萬個具體濱鳥巢穴的全球數(shù)據(jù)庫,進(jìn)而對氣候變化影響巢捕食模式進(jìn)行了探索;他們發(fā)現(xiàn),在過去的70年中,巢捕食的總體比率一直在上升之中。北極曾經(jīng)是全球濱鳥繁殖的安全場所;近些年中,北極濱鳥的巢捕食率已經(jīng)令熱帶濱鳥的巢捕食率大為遜色,逆轉(zhuǎn)了長期存在的歷史性的巢捕食率的緯度梯度。
Science封面:飲食和健康。Science雜志第6416期特刊探討了我們所知道的以及我們需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容,關(guān)于健康的飲食定義。這種飲食既能維持強(qiáng)健的身體,又能預(yù)防與年齡有關(guān)的疾病。大量證據(jù)表明,飲食對人類健康和抵抗與衰老有關(guān)的疾病(如肥胖、心血管疾病和糖尿病)有重大影響。我們與消化系統(tǒng)中數(shù)以萬億計的細(xì)菌分享食物,有新興研究領(lǐng)域探索了飲食如何影響我們與腸道共生體之間的相互作用。還需要更多精心設(shè)計的研究來確定最適合人們的飲食,以及在不同的生命階段和不同的個體,飲食如何隨活動而變化。
Science封面:加拿大Kootenay國家公園的一位古生物學(xué)家使用一把巖石鋸來提取含有寒武紀(jì)化石的石板。Science雜志第6417期封面文章報道了Burgess頁巖新的考古發(fā)現(xiàn)。1909年,在這個山谷上方40公里處,古生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)了Burgess頁巖,這是一個有5億年歷史的地層,記錄了動物的柔軟特征,如眼睛和內(nèi)臟。今天,古生物學(xué)家已經(jīng)證明,這種類型的保護(hù)延伸了數(shù)公里。通過新的化石和遺址,研究人員可能比以往任何時候都更接近于將這些奇怪的生物放置到生命樹中的適當(dāng)位置,并了解產(chǎn)生它們的“爆炸”。
(本頁期刊封面圖來自Science官網(wǎng))
中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心(神經(jīng)科學(xué)研究所)、上海腦科學(xué)與類腦研究中心研究團(tuán)隊將“BMAL1敲除獼猴表現(xiàn)出睡眠紊亂與精神相關(guān)異常”和“利用體細(xì)胞核移植技術(shù)克隆基因敲除猴模型”兩篇系列研究論文發(fā)表于《國家科學(xué)評論》。利用CRISPR/Cas9方法,敲除猴胚胎中的生物節(jié)律核心基因BMAL1,產(chǎn)生了一批BMAL1缺失的獼猴,所獲得的5只BMAL1敲除猴表現(xiàn)出上述癥狀的嚴(yán)重程度不一致,因此不能作為理想的動物模型。為此,采集了1只睡眠紊亂最明顯的BMAL1敲除獼猴的體細(xì)胞,通過體細(xì)胞克隆技術(shù),獲得了5只BMAL1基因敲除的克隆猴,首次成功構(gòu)建一批遺傳背景一致的生物節(jié)律紊亂獼猴模型。
5只BMAL1基因敲除的克隆猴(圖片來源于中國科學(xué)院)
我國頂級綜合英文期刊《國家科學(xué)評論》(圖片來源于中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所)
中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院神經(jīng)科邱偉教授神經(jīng)免疫團(tuán)隊與德國Borstel研究中心余新華教授免疫團(tuán)隊合作,鑒定出了抗NMDAR腦炎的一個易感基因:HLA_DRB1*16:02,相關(guān)論文發(fā)表于Journal of Neurology Neurosurgery and Psychiatry(JNNP)。通過對NMDA患者及健康南方漢族人群進(jìn)行HLA基因分型,發(fā)現(xiàn)HLA_DRB1*16:02等位基因和抗NMDAR腦炎相關(guān)。除了增加疾病易感性外,HLA_DRB1*16:02等位基因和該疾病針對治療反應(yīng)相關(guān),表現(xiàn)為攜帶該等位基因患者對治療反應(yīng)較差。利用生物信息技術(shù)分析發(fā)現(xiàn),NMDAR的NR1亞單位上的抗原表位能夠與HLA II類DRB1*16:02分子緊密結(jié)合,顯示它可能是導(dǎo)致疾病的T細(xì)胞抗原表位。
北京大學(xué)人民醫(yī)院紀(jì)立農(nóng)團(tuán)隊利用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法確定了中國及美國初步診斷糖尿病人群的糖尿病5分型,為糖尿病的精準(zhǔn)治療提供理論依據(jù)。相關(guān)論文發(fā)表于《柳葉刀》糖尿病與內(nèi)分泌子刊。通過將初發(fā)糖尿病的中國人群2316例和美國人群815例分別列入研究,使用人工智能中的聚類方法,采用年齡、BMI、血糖水平、胰島素敏感性指數(shù)(HOMAIR)及胰島細(xì)胞功能指數(shù)(HOMAB)5個維度將該兩類人群分成了4個亞型。分析表明,4個亞型的主要臨床特征在中國及美國人群中基本一致,并與北歐人群的亞型特點(diǎn)相重合。研究證實了5分型糖尿病的理論在不同的人群及種族之間保持穩(wěn)定。
首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院內(nèi)分泌科楊金奎教授團(tuán)隊揭示體內(nèi)胰島素分泌除了受胰島β細(xì)胞去極化鉀通道KATP的調(diào)節(jié),也受胰島β細(xì)胞復(fù)極化鉀通道KCNH6的調(diào)節(jié),提出胰島素分泌受“雙開關(guān)”控制的理論。研究論文發(fā)表于Cell Reports。研究揭示了胰島素分泌實際上是受“雙開關(guān)”控制,即同時受去極化鉀通道KATP和復(fù)極化鉀通道KCNH6的調(diào)節(jié)。新發(fā)現(xiàn)的胰島素分泌“開關(guān)”KCNH6基因突變,可導(dǎo)致從新生兒低血糖到成年糖尿病。正如60年前KATP鉀通道“開關(guān)”用于胰島素促分泌劑類口服降糖藥的開發(fā)一樣,未來胰島素分泌的另一個“開關(guān)”KCNH6鉀通道也將用于糖尿病的新藥研發(fā)。
浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)中心李曉明課題組發(fā)現(xiàn)腹側(cè)被蓋區(qū)到中縫背核存在兩條平行的抑制性通路,并發(fā)現(xiàn)了嗎啡成癮治療的新靶點(diǎn),研究論文發(fā)表于《神經(jīng)元》。大腦中的腹側(cè)被蓋區(qū)到中縫背核存在兩條平行的抑制性神經(jīng)通路。一條是頭端腹側(cè)被蓋區(qū)到中縫背核的抑制性GABA能神經(jīng)元,另一條是尾端腹側(cè)被蓋區(qū)到中縫背核的五羥色胺能神經(jīng)元。前一條通路特異地參與嗎啡成癮,激活它可以顯著降低對嗎啡的耐受和成癮,但不影響嗎啡的鎮(zhèn)痛效果。新研究可更好地理解大腦中這兩個腦區(qū)的解剖結(jié)構(gòu)和功能,為阿片類物質(zhì)成癮的治療提供了新的靶點(diǎn),為臨床上嗎啡鎮(zhèn)痛的長期應(yīng)用提供了可能。
VTA與DRN之間微環(huán)路的模型示意圖(VTA, ventral tegmental area, 腹側(cè)被蓋區(qū);DRN, dorsal Raphael neucleu, 中縫背核;r:rostrl, 頭端;c,caudal, 尾端)(圖片來源于浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院)
北京大學(xué)人民醫(yī)院肝病研究所魏來教授牽頭的亞洲多中心慢性丙型肝炎抗病毒新藥臨床III期試驗,研究藥物是索磷布韋/維帕他韋片(sofosbuvir/velpatasvir),為丙型肝炎直接作用抗病毒藥物中NS5A蛋白抑制劑和NS5B聚合酶抑制劑的復(fù)合片劑,該藥物經(jīng)過臨床試驗?zāi)壳耙呀?jīng)在我國獲得批準(zhǔn)上市,為丙型肝炎患者的治愈提供了高效安全方便的口服藥物。研究論文發(fā)表于《柳葉刀—胃腸病與肝病》。丙型肝炎是一種主要經(jīng)血液傳播的疾病,丙型肝炎病毒慢性感染可導(dǎo)致肝臟慢性炎癥壞死和纖維化,部分患者可發(fā)展為肝硬化甚至肝細(xì)胞癌,已成為嚴(yán)重的社會和公共衛(wèi)生問題。
清華大學(xué)藥學(xué)院陳立功課題組開展3型有機(jī)陽離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白作為一種新型脂肪細(xì)胞兒茶酚胺類物質(zhì)運(yùn)載途徑并介導(dǎo)白色脂肪棕色化過程的研究,論文發(fā)表于PLOS Biology。該研究發(fā)現(xiàn)白色脂肪細(xì)胞可通過3型陽離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)兒茶酚胺類物質(zhì),最終調(diào)控白色脂肪的棕色化。肥胖是導(dǎo)致糖尿病、脂肪肝以及心血管疾病的重要誘因之一,據(jù)報道全世界大約有10%的人口患有肥胖或與肥胖相關(guān)的代謝疾病。脂肪組織主要分為3類:白色脂肪組織(White adipose tissues, WAT)、棕色脂肪組織(Brown adipose tissues, BAT)、米色脂肪組織(Beige adipose tissues),功能不盡相同。
復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院馮建峰課題組對來自英美等6個國家20余所研究機(jī)構(gòu)的超過1萬例影像遺傳學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析,通過全腦全基因組范圍的“廣泛搜索”,研究發(fā)現(xiàn)與青春期大腦殼核體積最為相關(guān)的基因位點(diǎn)同時也是精神分裂癥的風(fēng)險位點(diǎn)。相關(guān)論文以“與精神分裂癥風(fēng)險關(guān)聯(lián)的非同義突變位點(diǎn)與大腦殼核體積相關(guān):一項全腦體素-全基因組關(guān)聯(lián)分析”為題發(fā)表于JAMA Psychiatry。精神疾病防治是當(dāng)今世界各國面臨的共同難題。有報道稱在中國精神疾病已經(jīng)超過心腦血管疾病和惡性腫瘤,成為醫(yī)療體系的最大負(fù)擔(dān)。研究難點(diǎn)主要在于大腦在不同年齡受不同遺傳信息影響。
北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院劉鴻雁教授研究團(tuán)隊綜合利用1929條樹輪序列、全球長時間序列遙感植被綠度觀測數(shù)據(jù)和6個全球氣候模式模擬結(jié)果,系統(tǒng)地研究了森林生產(chǎn)力對極端濕潤事件的響應(yīng)。相關(guān)研究成果發(fā)表于Nature Communications。全球氣候變暖導(dǎo)致極端氣候事件頻發(fā),對森林生態(tài)系統(tǒng)影響巨大。森林在經(jīng)歷極端濕潤事件后,有持續(xù)1~5年的生長加速現(xiàn)象,總體上補(bǔ)償了極端干旱事件的影響,并且這一補(bǔ)償效應(yīng)在干旱半干旱區(qū)森林中尤為明顯。研究揭示了干旱區(qū)森林對于極端濕潤和干旱事件的對稱響應(yīng)規(guī)律,提升了人們對于森林響應(yīng)極端氣候事件的認(rèn)識,為改進(jìn)陸面模型提供了理論基礎(chǔ)。
樹輪數(shù)據(jù)顯示極端濕潤氣候促進(jìn)森林生長能夠補(bǔ)償極端干旱氣候?qū)е碌纳L下降。采用不同參數(shù)表征的結(jié)果具有高度相似性,圖中a為SPEI,標(biāo)準(zhǔn)化降水—蒸散系數(shù);c為P-PET,降水量—潛在蒸散量;e為土壤含水量。b,d,f將這種補(bǔ)償效應(yīng)重新歸類為不同年平均降水量區(qū)間以及裸子植物和被子植物森林類型進(jìn)行更詳細(xì)說明。(圖片來源于北京大學(xué)新聞網(wǎng))
中國科學(xué)院大氣物理研究所成里京副研究員聯(lián)合美國圣-托馬斯大學(xué)J.Abraham、加州大學(xué)伯克利分校Z.Hausfather和美國大氣研究中心K.Trenberth回答了“全球海洋到底變暖了多少”的問題,發(fā)表于Science。耦合模式比較計劃5(CMIP5)模型集合平均可以模擬歷史海洋變暖:1970年—2010年間,CMIP5模擬的海洋上層2000米變暖速率為0.39Wm-2。預(yù)估在rcp8.5情景下(假設(shè)未來不施行任何氣候政策),2081年—2100年,整個上層2000米海洋將平均變暖0.78攝氏度(相對于1991年—2005年的平均狀態(tài)),這是過去60年海洋變暖總量的6倍。在rcp2.6情景下(假設(shè)未來將接近或達(dá)到《巴黎協(xié)定》目標(biāo)),2081年—2100年海洋上層2000米將平均變暖0.4攝氏度。
南京信息工程大學(xué)與哈佛大學(xué)空氣質(zhì)量和氣候聯(lián)合實驗室攜手研究發(fā)現(xiàn),近幾年細(xì)顆粒物PM2.5濃度下降加劇了地表臭氧污染,研究論文發(fā)表于PNAS(美國科學(xué)院院刊)。臭氧作為一種主要的空氣污染物會危害人體健康和陸地生態(tài)系統(tǒng)。華北平原地區(qū)夏季臭氧增加的一個更重要因素是過去五年夏季PM2.5濃度降低了約40%,減少了氣溶膠對HO2自由基的非均相吸收,進(jìn)而加劇了臭氧的生成。為此,文章指出,在當(dāng)前嚴(yán)峻的大氣復(fù)合污染形勢下,需要更加有力的措施去控制氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放,才能有效地控制臭氧污染、抵消由于顆粒物減少造成的臭氧增加,進(jìn)而實現(xiàn)灰霾治理和臭氧控制的雙贏。
中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所宋開山研究員、溫志丹副研究員、美國印第安納大學(xué)/普渡大學(xué)Pierre-Andre Jacinthe教授等合作,研究表明淡咸水湖泊CDOM的分布有顯著差異性,這對于今后分析內(nèi)陸湖泊在碳循環(huán)過程中的作用具有重要意義。研究論文發(fā)表于Water Research。溶解性有機(jī)物(DOM)是水體中有機(jī)碳最大的儲存庫,是地球水圈中有機(jī)碳的主要載體和生物體的主要底物,貢獻(xiàn)于全球碳循環(huán)。DOM的組成結(jié)構(gòu)和大小在一定程度上決定了碳循環(huán)和二氧化碳的排放,甚至可以影響全球氣候的變化。有色溶解性有機(jī)物(CDOM)是DOM中的重要組成部分并廣泛存在于各種天然水體中,是湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要影響物質(zhì)。
中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院儲誠進(jìn)教授課題組基于全球35個大型固定森林樣地(CTFS-ForestGEO)的調(diào)查數(shù)據(jù)(樣地分布于25.10°S~61.30°N之間,面積從9公頃至60公頃不等),系統(tǒng)地研究了氣候和森林林分特征對樹木緯度多樣性梯度格局的影響。研究成果發(fā)表于Ecology Letters。生物多樣性緯度梯度格局的形成機(jī)制是宏觀生態(tài)學(xué)和生物地理學(xué)研究中最為基礎(chǔ)的科學(xué)問題之一。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):氣候顯著直接地影響著樹木多樣性;氣候通過森林林分內(nèi)樹木個體數(shù)間接影響著全球的樹木多樣性;氣候的直接影響強(qiáng)度要明顯大于間接影響強(qiáng)度。
樹木物種多樣性等隨緯度梯度的變化格局(圖片來源于中山大學(xué)黨委宣傳部)
中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所荒漠化防治組助理研究員王永翠等,調(diào)查研究了3種不同放牧強(qiáng)度對科爾沁沙地榆樹疏林草原幼苗組成和功能的影響。研究論文發(fā)表于Land Degradation & Development。放牧是最重要的草地利用方式,是影響草地群落結(jié)構(gòu)和功能的最主要人為干擾方式。放牧對草原生態(tài)系統(tǒng)的影響是多方面的,其影響形式和過程也是復(fù)雜多樣的。中度放牧條件下植物群落具有較高的幼苗密度,且多年生草本植被數(shù)量較多,群落更加穩(wěn)定;并且在中度放牧的條件下,牲畜不喜食幼苗和有毒幼苗的比例最低。該研究為更好地了解不同放牧強(qiáng)度如何影響榆樹疏林草原幼苗組成和功能提供了有價值的數(shù)據(jù)。
中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所孫有斌研究員團(tuán)隊與比利時和美國科學(xué)家合作,提出了“中更新世氣候轉(zhuǎn)型多樣性表現(xiàn)”的新概念,強(qiáng)調(diào)了冰蓋消長和溫室氣體濃度變化會改變地球氣候系統(tǒng)尤其是低緯水文循環(huán)對外部強(qiáng)迫的響應(yīng),為理解過去季風(fēng)變化機(jī)理和預(yù)測未來氣候變化趨勢提供了新視角。研究論文發(fā)表于Nature Communications。該研究聚焦黃土高原西北部巨厚的黃土沉積,通過環(huán)境鉆探獲取了430米高質(zhì)量巖心,結(jié)合古地磁、26Al/10Be定年和對比構(gòu)建黃土發(fā)育的年代標(biāo)尺。利用高分辨率黃土碳酸鹽碳同位素記錄,重建了過去1.7Ma以來季風(fēng)降水影響的植被變化。
西安交通大學(xué)全球環(huán)境變化研究院程海教授等闡明葫蘆洞石筍記錄的末次冰期大氣14C/12C變化,研究論文發(fā)表于Science。研究利用中國南京葫蘆洞的兩支石筍首次將石筍Δ14C記錄拓展至過去5.4萬年,涵蓋了14C測年方法的整個年齡范圍。該記錄位于International Calibration(IntCal13)所采用的基本數(shù)據(jù)變化范圍的中間值附近,具有很高的可信度。對于老于30 kaBP的時段,新葫蘆洞Δ14C記錄與IntCal13有一定不同。此外,還進(jìn)一步證實了Δ14C的千年尺度變化主要受地磁場控制,例如兩次著名的古地磁變?nèi)跏录∕ono Lake Excursion和Laschamp Event)均造成了Δ14C的異常高值。