盘点：2月PNAS杂志亮点研究汇总
2017-03-04 MedSci MedSci原创
PNAS是《美国科学院院报》是美国国家科学院的院刊，是公认的世界四大名刊（Cell，Nature，Science，PNAS）之一，PNAS提供具有高水平的前沿研究报告、学术评论、学科回顾及前瞻、学术论文以及美国国家科学学会学术动态的报道。本文小编就为大家整理发表在PNAS上的重量级研究，与大家分享。【1】PNAS:上海交大施奇惠研究组等建立稀有肿瘤细胞鉴定新方法 国际著名学术期刊《美
PNAS是《美国科学院院报》是美国国家科学院的院刊，是公认的世界四大名刊（Cell，Nature，Science，PNAS）之一，PNAS提供具有高水平的前沿研究报告、学术评论、学科回顾及前瞻、学术论文以及美国国家科学学会学术动态的报道。本文小编就为大家整理发表在PNAS上的重量级研究，与大家分享。
国际著名学术期刊《美国国家科学院院刊》杂志在线发表了上海交通大学系统生物医学研究院施奇惠教授研究组、上海市胸科医院陆舜主任与加州大学洛杉矶分校医学院魏巍教授研究组合作的最新研究成果，研究论文题为High-throughput screening of rare metabolically active tumor cells in pleural effusion and peripheral blood of lung cancer patients。研究发展了一种在胸水、血液等液体样本中检测具有高代谢活性的稀有肿瘤细胞的高通量检测新方法，并为临床提供了一种快速鉴定恶性胸水的新方法。上海交通大学系统生物医学研究院博士研究生汤寅、王卓以及上海市胸科医院的李子明医生为共同第一作者，施奇惠教授、陆舜主任以及魏巍教授为共同通讯作者。
具体实验方法是将少量胸水样本(1-5 mL)在除去红细胞后与荧光标记的葡萄糖类似物以及荧光标记的CD45抗体孵育，然后将所有细胞铺在一个包含20万微孔的芯片上，通过高内涵设备进行多通道快速成像，并进一步通过程序分析确定所有高葡萄糖摄取且CD45阴性的疑似肿瘤细胞。为了验证这些细胞是否的确为肿瘤细胞，使用显微操作设备将这些疑似肿瘤细胞一一取出进行单细胞测序。实验结果表明，对于肺腺癌患者的胸水样本，超过60%的疑似肿瘤细胞均检测到了与原位肿瘤细胞一致的驱动基因突变(EGFR、KRAS等)。同时，在部分传统细胞学检查阴性或无法确诊的样本中，该方法能够有效找到肿瘤细胞并通过测序加以确认。
以上结果充分说明了在胸水样本中检测高代谢活性的细胞是一种快速鉴定恶性胸水的有效方法，有望成为现有细胞学检查的有益补充。该方法筛选到的高代谢活性细胞均具有高度活性，因此能方便地进行单细胞测序与体外培养。进一步的实验表明，该方法可被应用于血液样本中循环肿瘤细胞的检测，但由于血液中的细胞数目远多于胸水，检测时间也需相应延长。
研究通过肿瘤细胞的能量代谢异常这一基本特征在体液样本中高通量、快速鉴定肿瘤细胞，并通过大量的单细胞测序确认其可靠性，提供了一种在复杂体液样本中鉴定恶性细胞的新思路和新方法。
美国匹兹堡大学的研究人员发现了一种新的甲状腺癌的遗传机制，以及一种可以预测对某一类药物的反应标记物，这个标记物不仅在甲状腺癌患者中有反应，而且对其他类型的癌症也有同样的作用。这个新发现于近日在线发表在PNAS上。
为了确定与甲状腺癌相关的新的基因异常，Nikiforov和他的团队运用强大的被称为下一代测序的技术来分析一系列甲状腺乳头状癌（甲状腺癌最常见的形式）中未知的基因突变。
研究人员发现，这些肿瘤中显着比例地出现一个复杂的遗传改造：涉及了一个名为THADA的基因和称为IGF2BP3的基因附近未知区域的融合。这种基因融合的结果是IGF2BP3蛋白水平升高，IGF2BP3是已知在肿瘤的形成和生长中起作用的IGF1R蛋白信号通路中一个重要组成部分。
该小组继续发现提高表达的IGF2BP3也在很多其它类型的癌症中出现。Nikiforov教授介绍：在其它常见的癌症中比如肺、胰腺、结肠和卵巢癌中，他们发现其中5-15%出现IGF2BP3表达升高。
然后研究小组进行了细胞培养和动物模型实验，发现这些肿瘤的生长可以通过IGF1R途径抑制类药物阻断。
美国匹兹堡大学医学院的教授，研究的作者Yuri Nikiforov教授说：“这些结果进一步加深了我们对甲状腺癌生物学的认识。更广泛地说，我们也发现了许多不同类型癌症的一个潜在治疗策略。”
Nikiforov教授解释了他们研究的意义：“直到现在，我们才知道THADA基因的改变和甲状腺癌的关系，但是我们不知道这种遗传改变对肿瘤发展有如何的影响。我们的研究揭示了一个新的甲状腺癌的机制，这实际上是相当普遍的。”
来自上海科技大学的研究人员发现了一个控制体温的下丘脑神经环路，这为进一步揭示温度调节机制提供了基础，也为深入理解中暑、发烧等生理病理反应提供了新的线索，为这些常见疾病的防治提供了新的药物靶点和治疗策略。
这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上，文章的通讯作者是上海科技大学沈伟博士，他早年毕业于清华大学，主要从事神经生物学、行为生物学的研究。
体温的稳定对于人类正常生理活动的开展十分关键。体温调节紊乱（如发热、中暑等），则会打乱很多重要生理活动，严重时甚至危及生命。体温调节主要受中枢神经系统控制。尽管人们在 20 世纪就已知体温的控制中枢位于下丘脑，但由于下丘脑位于大脑深部，用传统方法很难完全解析其对体温的调节机制。
为了阐明下丘脑参与体温调节的神经元与神经环路，沈伟课题组利用光遗传学、生理钙信号记录等手段，从神经环路水平对小鼠下丘脑的作用进行了系列实验，研究发现：下丘脑视前区的亚区（ventral part of lateral preoptic nucleus，vLPO）神经元调控热驱动的降温行为，而下丘脑的另一个亚区——下丘脑背中侧部的背侧（dorsomedial hypothalamic nucleus，dorsal part，DMD）的神经元负责冷刺激引起的产热机制，而且证实 DMD 神经元的活动受到 vLPO 神经元的抑制。
此外，该研究还发现一个新的热敏感神经元标记物——脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor， BDNF），BDNF 神经元代表了一类新的热调节神经元，它的发现为进一步揭示温度调节机制提供了基础。上述结果为人们深入理解中暑、发烧等生理病理反应提供了新的线索，为这些常见疾病的防治提供了新的药物靶点和治疗策略。
日前，来自南安普敦大学的研究人员通过研究发现了机体免疫系统能够识别并且有效抵御癌症的重要途径，相关研究刊登于国际杂志Proceedings of the National Academy of Sciences上。
文章中，研究者发现了一种名为Akt的关键蛋白，该蛋白对于机体识别癌症的途径非常关键，机体的免疫系统中包括毒性T细胞，这种类型的T细胞能够主动寻找并且摧毁机体感染或者癌症，当毒性T细胞处理机体面临的危险时，大部分细胞都会死亡，剩下的T细胞就会转化成为记忆细胞，当相同危险再次袭击机体时这些记忆细胞就会发挥作用，但如今研究人员并不清楚这些记忆细胞发挥作用的分子机制。
研究人员表示，这种名为Akt的蛋白质对于记忆T细胞的数量和类型有着巨大的影响，当毒性T细胞转化成为记忆T细胞时Akt蛋白对于记忆T细胞的生存非常关键，同时其对于记忆T细胞是否能够有效应对未来机体所面临的威胁也至关重要。Al-Shamkhani教授说道，如果我们能够有效调节Akt蛋白来增强记忆T细胞的数量和能力的话，我们或许就能够有效帮助机体抵御癌症的发生。
近些年来免疫疗法是治疗癌症的一种新型潜在疗法，但研究人员需要发现新方法来改善机体对癌细胞的免疫记忆，如果我们能够促进机体免疫系统更加快速地识别癌症的话，那么或许就能够帮助研究人员开发出更多治疗癌症的新型疗法。Justine Alford博士说道，通过阐明机体免疫系统识别并且攻击癌症的分子机理，我们就能够鉴别出新方法来促进免疫疗法更加有效长效地发挥抗癌作用，下一步我们希望通过更深入的研究来观察是否新方法能够在患者机体中安全有效地发挥作用。
近日，一项刊登在国际杂志PNAS上的研究报告中，来自能源部橡树岭国家实验室的研究人员通过研究成功对诱发胃癌的细菌的关键酶类进行了解析；研究者指出，阐明酶类的结构以及幽门螺杆菌的代谢和生物学途径对于后期开发治疗幽门螺杆菌感染的新型药物提供了新的线索。
文章中，研究人员对名为5'-甲硫腺苷核苷酶（HpMTAN）的幽门螺杆菌关键酶类进行了研究，这种酶类对于幽门螺杆菌非常关键，2005年研究人员就因发现该菌在多种胃部疾病（胃溃疡、慢性胃炎和胃癌）中的关键角色而获得了当年的诺贝尔生理学或医学奖。研究者表示，我们对幽门螺杆菌合成维生素K2的特殊生物合成途径进行了研究，该途径能够帮助细菌进行电子转移，HpMTAN就是该途径中的一种关键酶类，同时HpMTAN还能够为开发新型疗法提供新型特殊的靶点，而且维生素K2或许还能够加速HpMTAN酶类同其它大分子之间的相互作用。
这项研究中，研究人员使用的中子衍射技术能够帮助他们更加清楚地观察酶类HpMTAN的位置并且预测HpMTAN中氢原子的运动轨迹，尤其是当酶类同其底物结合后进行催化反应时所涉及的关键阶段。为了深入剖析原子间的相互作用方式，研究小组对4种不同的HpMTAN中子结构进行了研究来观察通过非共价键结合的配体/分子如何同特殊的酶类位点进行相互作用。
最后研究者Ronning说道，开发治疗胃部疾病的新型药物或许还需要花费很多年时间，未来我们还会继续对酶类HpMTAN的行为进行研究，目前我们已经通过研究证实了酶类HpMTAN的潜力，这或许能够加速未来我们对治疗人们胃部疾病新型药物的开发速度。
细胞凋亡是由引发剂和效应物caspase的连续激活进行的，在哺乳动物细胞中，引发剂caspase-9负责效应物caspase-3的激活，这个过程主要依赖于一个特定的多蛋白复合物。对于caspase-9来说，这个多蛋白复合物被称为凋亡体，包括凋亡蛋白酶激活因子1（Apaf-1）和细胞色素c（CytC）之间的一个异二聚体的七个拷贝。
这一组研究人员进一步报道了一个凋亡全酶的冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构，并以此为指导进行了相应的生物化学分析，这些结构与生化分析结果表明，凋亡体至少能部分通过抑制性CARD结构域的螯合作用来激活caspase-9。
研究人员表示此前的机械研究大量依赖于在没有Apaf-1凋亡体存在的情况下改造的caspase-9，而这项研究中，他们分析了在Apaf-1凋亡体存在情况下的caspase-9活性的生物化学，结果表明Apaf-1凋亡体能通过两种方式来激活caspase-9：一种是由Caspase募集结构域(Caspase recruitment domain，CARD)介导的抑制作用，另外一种是刺激蛋白酶结构域的催化活性。
此外，此前施一公教授研究组还在Genes & Development上发文，通过单粒子冷冻电镜分析，在3.8 Å的原子级分辨率上，确定了一个完整的哺乳动物凋亡体Apaf-1的三维结构。研究人员确定了一个完整的哺乳动物凋亡体的原子结构（3.8 Å分辨率）。结构分析连同结构引导的生化表征，揭示了细胞色素c如何通过与WD40重复的特异性相互作用，而解除Apaf-1的自动抑制。与自动抑制的Apaf-1的结构对比，揭示了dATP结合如何触发一系列的构象变化，从而导致凋亡体的形成。总而言之，这些研究结果，阐释了细胞色素c和dATP介导的Apaf-1激活的分子机制。
利用一种高级PCR技术分析循环肿瘤细胞或可大大提高对早期阶段癌症的诊断能力。在这篇发表在国际学术期刊PNAS上的文章中，来自麻省总医院癌症中心的研究人员详细描述了如何将他们开发的CTC-iChip技术与基于RNA的数字PCR技术结合在一起提高对肝细胞癌（HCC）病人血液中循环肿瘤细胞的检测。
“我们开发的方法能够在组成血液的几百亿个细胞中检测到单个癌细胞，这种方法能够为HCC病人提供非常特异性的癌症检测。这为HCC的早期检测以及治疗后的监测带来了新的希望。”文章作者Mark Kalinich这样说道。
分析结果表明HCC病人血液样本中HCC 相关RNA转录本表达水平更高，未接受治疗的HCC病人中有超过一半表现为CTC指数阳性结果，而健康对照、患其他肝病和接受治疗的HCC病人其阳性结果比例分别为8%，3%和28%，接受治疗得到治愈的病人其阳性结果比例与健康对照接近。
通过对一小组病人进行跟踪观察，研究人员发现CTC指数可以用来监测治疗应答情况。为了确定CTC指数是否可以改善AFP筛选结果的不足，研究人员利用这两种方法对15名新诊断病人的血液样本进行了分析，结果表明CTC指数，AFP以及两种方法结合可以对67%的病人进行阳性诊断，只有三分之一的病人没有被诊断出来。
研究人员表示，将基于CTC的数字PCR技术应用于HCC筛选还存在一些障碍，但是他们相信这些困难都可以克服。他们也指出还需要在大规模试验中进一步研究证实这种方法的检测效果，增加HCC相关RNA转录本的数量以提高诊断准确性。
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感谢小编为我们精心准备了如此精辟的精神大餐，小编辛苦了！
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