木脂素生物合成關(guān)鍵酶PLR底物選擇性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

上海中醫(yī)藥大學(xué)中藥研究所中藥資源與生物技術(shù)中心陳萬生團隊揭示木脂素生物合成關(guān)鍵酶PLR底物選擇性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Communications。木脂素是一類由兩分子苯丙素單元氧化聚合而成的植物次生代謝產(chǎn)物，具有抗腫瘤、抗炎、抗病毒、抗氧化和保肝等多種生物活性，其豐富的生物活性與結(jié)構(gòu)多樣性密切相關(guān)。松脂素-落葉松脂素還原酶（PLR）是木脂素生物合成的關(guān)鍵酶，能催化松脂醇生成落葉松脂素，并能進一步催化落葉松脂素生成開環(huán)異落葉松脂素。PLR的底物選擇性直接決定了下游木脂素的結(jié)構(gòu)骨架，是導(dǎo)致木脂素類化合物結(jié)構(gòu)多樣性的關(guān)鍵節(jié)點。該研究闡明了PLR的催化機制和底物選擇性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

連續(xù)催化反應(yīng)的結(jié)構(gòu)機理(圖片來源于上海中醫(yī)藥大學(xué)網(wǎng)站)

抗肝纖維化新藥研究進展

中國藥科大學(xué)中藥學(xué)院孔令義教授團隊發(fā)現(xiàn)天然產(chǎn)物酸漿苦素B（Physalin B）在肝纖維化中的作用及分子機制。相關(guān)成果發(fā)表于British Journal of Pharmacology?；贗型膠原α1（COL1A1）啟動子的高通量藥物篩選模型從天然產(chǎn)物中篩選潛在的抗肝纖維化藥物，發(fā)現(xiàn)天然產(chǎn)物酸漿苦素B，能夠明顯降低COL1A1的啟動子活性。PB顯著緩解了BDL及CCl4兩種經(jīng)典的肝纖維化動物模型的肝損傷，抑制了肝星狀細胞的激活。此外，膠質(zhì)瘤相關(guān)癌基因同源基因1（GLI1）作為肝損傷的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，PB明顯抑制GLI1表達，降低GLI1的轉(zhuǎn)錄活性，從而降低纖維化程度。研究證實PB抑制HDAC1-LAP2α復(fù)合物的形成，介導(dǎo)了GLI1乙?；?。

不對稱有機合成應(yīng)用研究進展

成都中醫(yī)藥大學(xué)彭成教授團隊與合作者們基于中藥/天然產(chǎn)物有效活性成分、手性結(jié)構(gòu)衍生物，在抗耐藥菌、抗腫瘤等藥物研發(fā)領(lǐng)域圍繞西南特色中藥資源多維評價與中藥創(chuàng)新藥物發(fā)現(xiàn)等領(lǐng)域開展研究。相關(guān)成果發(fā)表于Chemical Society Reviews。文章對手性有機小分子催化在藥物化學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用進行了闡釋，闡述了其在藥物合成和中藥有效成分結(jié)構(gòu)改造中的具體應(yīng)用，包括抗病毒、抗癌、抗菌、抗寄生蟲和神經(jīng)系統(tǒng)與心血管系統(tǒng)疾病相關(guān)藥物及候選藥物分子，討論了利用有機催化策略合成和改造具有藥用價值的活性成分所面臨的挑戰(zhàn)、機遇和發(fā)展方向，對利用不對稱催化的方法學(xué)研發(fā)中藥創(chuàng)新藥物和小分子藥物具有重要指導(dǎo)意義。

藥用植物淫羊藿活性成分人工合成

中國科學(xué)院武漢植物園黃文俊等人與合作者搭建了晚期肝癌候選藥物淫羊藿素的人工生物合成途徑，并通過創(chuàng)建微生物細胞工廠，實現(xiàn)了以葡萄糖為碳源從頭合成淫羊藿素，同時也為解決合成生物學(xué)研究可能面臨的生物元件pH不適配的問題提供了可借鑒的新策略。相關(guān)成果發(fā)表于Science Bulletin。淫羊藿，作為我國傳統(tǒng)中草藥之一，具有補腎陽、強筋骨、祛風(fēng)濕等功效。相關(guān)研究從箭葉淫羊藿中挖掘與鑒定了一個異戊烯基轉(zhuǎn)移酶EsPT2，其高效催化黃酮類化合物山奈酚（KAE）的C8異戊烯基化形成8-異戊烯基山奈酚（8P-KAE）；利用從大豆中催化8P-KAE的C4’-OH甲基化的甲基轉(zhuǎn)移酶GmOMT2，首次成功搭建了淫羊藿素的人工生物合成途徑。

薯蕷皂素從頭合成研究進展

中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所江會鋒研究員帶領(lǐng)的新酶設(shè)計與酵母基因組工程團隊和張學(xué)禮研究員帶領(lǐng)的微生物代謝工程團隊，解析了薯蕷皂素的生物合成途徑。相關(guān)成果發(fā)表于Plant Communication。薯蕷皂素又稱薯蕷皂苷元，主要存在于盾葉薯蕷的根莖中，是半合成方式生產(chǎn)抗炎藥可的松、生育控制化合物和合成代謝藥等甾體激素類藥物的重要基礎(chǔ)原料，被譽為“藥用黃金”。目前我國薯蕷皂素的生產(chǎn)主要采用從薯蕷科植物直接提取的方式，受其源植物產(chǎn)量不穩(wěn)定、種植周期較長、提取工藝復(fù)雜及對環(huán)境造成較大污染等因素的影響，薯蕷皂素的供給和價格波動較大。該研究實現(xiàn)了釀酒酵母利用葡萄糖從頭生物合成薯蕷皂素，產(chǎn)量達到10mg/L。

釀酒酵母薯蕷皂素生物合成途徑（圖片來源于中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所網(wǎng)站）

相關(guān)成果以封面文章發(fā)表在Plant Communication期刊（圖片來源于中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所網(wǎng)站）

抗膽堿藥莨菪堿的生物合成研究

中國科學(xué)院昆明植物研究所植物化學(xué)與西部植物資源持續(xù)利用國家重點實驗室黃勝雄研究員與西南大學(xué)廖志華教授團隊合作，發(fā)現(xiàn)并鑒定了莨菪堿生物合成途徑中催化莨菪醛生成莨菪堿的關(guān)鍵酶——莨菪醛脫氫酶（HDH）。相關(guān)成果發(fā)表于ACS Catalysis。莨菪堿及其消旋體阿托品和其衍生物東莨菪堿均屬于托品烷生物堿（Tropane Alkaloids，TAs），為臨床基本藥物。較低的催化活性表明HDH可能是莨菪堿生物合成途徑的限速酶，因此在顛茄發(fā)根中過表達HDH能夠大幅度提高莨菪堿產(chǎn)量。HDH的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著以莨菪堿為代表的藥用托品烷類化合物的生物合成途徑得以完整解析，為基于合成生物學(xué)的莨菪堿藥物的異源生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

丹酚酸次生代謝上調(diào)控機制研究

浙江理工大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)藥學(xué)院梁宗鎖課題組揭示了泛素-26S蛋白酶體途徑在丹酚酸合成調(diào)控中的作用機制。相關(guān)成果發(fā)表于Journal of Experimental Botany。丹酚酸類化合物是中藥丹參發(fā)揮藥效的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，丹酚酸對心腦血管疾病具有明確的治療。實驗發(fā)現(xiàn)SmKFB5能夠介導(dǎo)SmPAL蛋白通過泛素-26S蛋白酶體系統(tǒng)降解。構(gòu)建SmKFB5的過表達毛狀根和基因敲除毛狀根，發(fā)現(xiàn)其能夠改變內(nèi)源的SmPAL蛋白表達豐度，進而負調(diào)控丹酚酸的生物合成。該研究還發(fā)現(xiàn)茉莉酸甲酯能夠抑制SmKFB5的基因表達但能誘導(dǎo)SmPAL1和SmPAL3的表達，表明茉莉酸甲酯可以同時通過轉(zhuǎn)錄和翻譯后調(diào)控機制，以增強丹酚酸類物質(zhì)合成。

人參和三七皂苷生物合成研究

中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心合成生物學(xué)重點實驗室周志華團隊完成了三七皂苷R1與R2合成途徑的解析，并通過創(chuàng)建酵母細胞工廠實現(xiàn)了人參皂苷Rg1、三七皂苷R1與R2的從頭生物合成。相關(guān)成果發(fā)表于Metabolic Engineering。由于酵母體內(nèi)缺乏糖基供體UDP-xylose的生物合成途徑，通過異源表達擬南芥來源的UDP-xylose合成模塊（AtUGD1和AtUXS），共表達新鑒定的糖基轉(zhuǎn)移酶PgUGT94Q13，在高產(chǎn)Rg1的酵母底盤中合成三七皂苷R1，其產(chǎn)量為1.62g/L。同時，在高產(chǎn)PPT的酵母底盤中，通過共表達UDP-xylose合成模塊、糖基轉(zhuǎn)移酶PgUGT94Q13及PgUGT71A54，構(gòu)建了高產(chǎn)三七皂苷R2的細胞工廠，其產(chǎn)量為1.25g/L。

人工智能系統(tǒng)DeepDR精準(zhǔn)識別糖尿病視網(wǎng)膜病變

上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院內(nèi)分泌代謝科、上海市糖尿病研究所、上海市糖尿病臨床醫(yī)學(xué)中心賈偉平教授課題組研制出遷移強化的多任務(wù)學(xué)習(xí)框架，構(gòu)建了糖尿病視網(wǎng)膜病變輔助智能診斷系統(tǒng)DeepDR。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Communications。該系統(tǒng)基于全球最大的眼底圖像數(shù)據(jù)庫，針對糖尿病視網(wǎng)膜病變篩查與防治的需要，實現(xiàn)了對糖尿病視網(wǎng)膜病變從輕度到增殖期病變的全病程自動診斷，并能對眼底圖像的質(zhì)量進行實時反饋及眼底病變的識別分割。DeepDR不只是給出分級，而是提供視覺提示，幫助用戶識別不同類型病變的存在和位置，使其診斷過程更接近于眼科醫(yī)生的思維過程。

分析反饋、檢測與DR分級診斷過程(圖片來源于上海交通大學(xué)新聞學(xué)術(shù)網(wǎng))

計算光刻技術(shù)研究進展

中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所信息光學(xué)與光電技術(shù)實驗室王向朝、李思坤等提出一種基于虛擬邊與雙采樣率像素化掩模圖形的快速光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)（OPC），仿真結(jié)果表明該技術(shù)具有較高的修正效率。相關(guān)成果發(fā)表于Optics Express。光刻是極大規(guī)模集成電路制造的關(guān)鍵技術(shù)之一，光刻分辨率決定集成電路的特征尺寸。OPC技術(shù)通過調(diào)整掩模圖形的透過率分布修正光學(xué)鄰近效應(yīng)，從而提高成像質(zhì)量。基于模型的OPC技術(shù)是實現(xiàn)90nm及以下技術(shù)節(jié)點集成電路制造的關(guān)鍵計算光刻技術(shù)之一。仿真研究表明該OPC技術(shù)的修正效率優(yōu)于常用的基于啟發(fā)式算法的OPC技術(shù)。

X射線激活的長余輝納米材料用于近紅外第二窗口成像

復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授張凡團隊構(gòu)建了近紅外第二窗口長余輝納米探針，并開展了相關(guān)應(yīng)用研究。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Nanotechnology。相對于可見光窗口（400～650nm）和近紅外第一窗口（650～900nm）而言，生物組織在近紅外第二窗口（1000～1700nm）對于激發(fā)光和發(fā)射光的吸收與散射作用較小。研究者構(gòu)建了近紅外第二窗口長余輝納米探針用于活體深組織高信噪比成像。與傳統(tǒng)近紅外第二窗口熒光成像相比，長余輝成像探針在分辨小鼠血管、腫瘤成像及輸尿管術(shù)中識別應(yīng)用里具有更高的信噪比和分辨率。通過選用不同發(fā)射波長的近紅外第二窗口長余輝納米探針，可實現(xiàn)活體小鼠不同臟器和不同病灶部位的高對比度多重成像。

結(jié)構(gòu)無序誘導(dǎo)的三維二階拓撲絕緣體

清華大學(xué)交叉信息研究院徐勇研究組在理論上預(yù)言三維二階拓撲絕緣體可以在完全隨機點陣即無定型體系中存在，并發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)無序可以誘發(fā)拓撲平庸相到二階拓撲絕緣體的量子相變。相關(guān)成果發(fā)表于Physical Review Letters。研究發(fā)現(xiàn)三維無定型體系中可以存在二階拓撲絕緣體，并且結(jié)構(gòu)無序可以誘導(dǎo)出二階拓撲絕緣體。這種絕緣體由四極矩的繞數(shù)保護，因此不需要晶格對稱性。隨著結(jié)構(gòu)無序的增加，局域態(tài)密度表明鏈邊界態(tài)的出現(xiàn)?？紤]到時間反演對稱性體系，提出了兩種新的拓撲不變量在實空間刻畫二階拓撲絕緣體的性質(zhì)，具體計算表明二階拓撲絕緣體也可以存在于三維具有時間反演對稱性的無定型系統(tǒng)中。

光子納米噴流研究進展

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院醫(yī)工所傳感中心楊慧團隊提出并展示了一種調(diào)制PNJs，以及產(chǎn)生和調(diào)制彎曲PNJs的新方法。相關(guān)成果發(fā)表于Photonics Research。沉積在葉子上的小水滴在陽光的照射下會引起葉片曬傷、強光直射的玻璃球能夠燃燒紙張、充滿水的透明球體對很小的字具有放大效果，這類源自光-微粒相互作用的“類噴流結(jié)構(gòu)”場增強效應(yīng)就是光子納米噴流（photonic nanojet, PNJ）。研究發(fā)現(xiàn)光會聚-發(fā)散的速度與出射光斜率變化的快慢有關(guān)，這恰好與數(shù)學(xué)當(dāng)中自然對數(shù)所揭示的含義相同。通過對函數(shù)曲線的對數(shù)化和微分運算，得出凹凸變化曲線的“拐點”位置，這一位置正好是界定入射界面邊緣和中間區(qū)域的邊界點。

研究模型示意圖及“拐點”位置獲取的分析演進圖（圖片來源于中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院網(wǎng)站）

基于香豆素酮光氧化的光聚合反應(yīng)及高效3D打印

華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院解孝林、彭海炎與汕頭大學(xué)李明德等合作，在光聚合領(lǐng)域取得研究進展。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Communications。光聚合反應(yīng)在全息存儲、3D打印等前沿領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，關(guān)鍵科學(xué)問題在于反應(yīng)機理及反應(yīng)動力學(xué)的瞬時控制和空間調(diào)控。在基于光聚合反應(yīng)的3D打印中，側(cè)向光聚合難以避免，導(dǎo)致打印分辨率不高。該研究從光引發(fā)體系著手，研究了香豆素酮等光敏劑的光還原和光氧化反應(yīng)機理，進而高效調(diào)控光聚合反應(yīng)動力學(xué)。研究結(jié)果提出的基于香豆素酮光氧化的3D打印新策略，為高效增材制造提供了一種可行的解決方案。

改善傷口愈合和組織修復(fù)新方法

四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院滿毅教授團隊制備了具有不同表面形貌的生物材料。相關(guān)成果發(fā)表于Science Advances。生物材料的結(jié)構(gòu)特性可以影響周圍組織愈合、免疫反應(yīng)。為了更好地理解生物材料周圍微環(huán)境，該研究使用靜電紡絲技術(shù)制備了具有不同表面形貌的生物材料，植入實驗動物體內(nèi)后，在單細胞水平解析了不同結(jié)構(gòu)材料周圍的微環(huán)境。研究結(jié)果顯示，以T細胞為主導(dǎo)的適應(yīng)性免疫反應(yīng)在取向型材料組出現(xiàn)得更早，材料的植入調(diào)節(jié)了整體的免疫反應(yīng)進程。研究中使用單細胞分析方法得到的信息可以為未來免疫調(diào)節(jié)性生物材料的設(shè)計提供參考，以改善傷口愈合和組織修復(fù)。

雙層過渡金屬硫化物系統(tǒng)中的反常發(fā)光量子現(xiàn)象

中山大學(xué)物理與天文學(xué)院俞弘毅教授團隊提出了如何通過雙層過渡金屬硫化物發(fā)光性質(zhì)上的變化來靈敏地探測激子的行為。相關(guān)成果發(fā)表于Physical Review X。單層過渡金屬硫化物是一種只有幾個原子厚度但具備卓越光電性質(zhì)的半導(dǎo)體材料。將兩層過渡金屬硫化物上下堆疊時，層間的微小相對轉(zhuǎn)角可導(dǎo)致長周期干涉條紋的出現(xiàn)，即“摩爾超晶格”。激發(fā)或湮滅一個激子可以改變電偶極勢場，從而改變周圍其余激子的發(fā)光效率和偏振性質(zhì)，導(dǎo)致一種新穎的非線性光學(xué)效應(yīng)。系列新發(fā)現(xiàn)說明，雙層過渡金屬硫化物中的激子是一種全新的可用于探索多體物理和量子光學(xué)應(yīng)用的系統(tǒng)。