盘点：Nature杂志2015年7月亮点研究速览

时间定格在7月底，让生物谷小编带您看看这个月Nature及其子刊有哪些研究亮点！

【1】封面故事：以成年斑马鱼为基础的骨髓移植系统

本期封面所示为人工培育出的用作一个新颖的、有竞争力的骨髓移植系统的成年斑马鱼。 “造血干细胞和祖细胞”(HSPC)移植(通过骨髓或周边血液祖细胞的输入进行)在临床上被用来治疗血液和免疫系统的某些癌症和疾病，但我们对HSPC怎样嫁接到移植对象上仍然知之甚少。Leonard Zon及同事通过成年斑马鱼建立了一个有竞争力的骨髓移植系统，在其中嫁接情况通过对肾脏(成年造血点)的活体荧光成像进行测定。通过采用这一模型来筛选“嫁接增强”活性，作者发现 “环氧-二十碳三烯酸” (EET) (其中包括11，12-EET和14，15-EET)是能够通过一个由转录因子Runx1介导的表达程序的激活来增强嫁接和HSPC分化的药物。EET的这种活性在小鼠身上保留了下来，说明EET可能具有促进骨髓移植的临床潜力。

【2】父母关系远近与身高和智力有关

对102个群组和超过35万个体进行的这项联合元分析，通过观察连续纯合子片段(ROH，沿其全部长度被推断为纯合性的片段)研究了纯合性对具有公共卫生重要性的性状的影响。通过关注16个与健康相关的量化性状，作者在全部连续纯合子片段与四个复杂性状之间发现了在统计上具有显著性的联系，这四个性状分别是：身高、一秒用力呼气肺活量、一般认知能力和教育程度。在每一种情况下，纯合性的增加都与性状值的降低相关。没有发现全基因组纯合性对血压和低密度脂蛋白胆固醇或十个其他心脏代谢性状有影响的证据。

【3】免疫系统的生物钟

在植物中和在很多其他真核生物中，生物钟不仅通过影响基因转录、而且通过改变生物的氧化还原状态来确保生物过程每天的有节奏波动。氧化还原节奏与生物钟相联系的分子机制以及氧化还原-生物节律相互作用的生物学意义仍不清楚。Xinnian Dong及同事识别出了拟南芥的这种氧化还原节奏的一个出乎意料的调控因子。他们发现，“主免疫调控因子”NPR1独立于病原感染来感应一个植株的氧化还原状态和调控早上及晚上的核心生物钟基因的转录。这个网络架构帮助植物“门控”它们对早上的免疫反应，从而减小对生长(发生在晚上)的影响。

【4】用于药物筛选的转基因隐孢子虫

原生动物寄生虫“隐孢子虫”是幼儿腹泻的一个主要病因，但此前一直难以进行研究，目前也没有疫苗，只有一种药物(nitazoxanide)能够对抗其感染。在这篇论文中，Boris Striepen及同事介绍了用于隐孢子虫病的一个可靠的遗传系统。他们通过用一个 CRISPR/Cas9系统优化孢子体的转染来改变“小隐孢子虫”的基因，从而生成适合在试管中和在活体中进行药物筛选的稳定转基因世系。利用这一系统，他们敲除了编码胸苷激酶的基因，这会提高对“甲氧苄氨嘧啶”的敏感性，后者是一种抗疟疾药物，野生“隐孢子虫”对它有抵抗力。

【5】机械压力加速肿瘤生长

虽然很多致癌信号通道已被发现，但我们对机械刺激怎样帮助肿瘤发生却知之甚少。现在，Emmanuel Farge及同事在一个小鼠模型中发现了机械压力与β-连环蛋白通道(结肠癌的一个已知驱动因素)的激活之间所存在的一个联系。在一项堪称技术绝技的研究中，本文作者生成了超磁性脂质体，它们可以被输送到小鼠结肠组织中，在那里以受控方式对它们进行刺激，以产生一个与在早期肿瘤形成中所看到的压力相似的压力。仅这一刺激被发现就能在非肿瘤性周围表皮组织中激发致肿瘤性β-连环蛋白通道。这种情况也许在跟一个肿瘤相邻的健康组织中由有丝分裂增长压力造成的机械应力相似。

【6】DNA损伤与剪接调控之间的联系

由紫外线辐射引入到DNA内的损伤会阻断转录，这是一个也被用来下调蛋白丰度的机制。这一DNA损伤反应已知也会影响转录体剪接，而这项研究则提出一个可能的机制。Maria Tresini及同事发现，紫外线损伤造成含有U2和U5 snRNP的核心剪接体的染色质置换，因此，会形成含有新转录体的R-环，后者以前馈方式激活DNA损伤反应激酶ATM，来影响剪接体动态和另类剪接。

【7】21世纪的STEM教育

Nature杂志与《科学美国人》杂志合作，对“科学、技术、工程和数学”(STEM)教育方面的最新趋势进行分析。通过采用21世纪的学习原理，教育工作者应能够培养出更适合加入现代的、多学科的劳动力队伍的科学家和整体科学素养更高的普通民众。

【8】关键剪接体复合物的结构

剪接(非编码RNA从pre-mRNA转录体的切除)中所涉及的中心复合物是tri-snRNP。这一复合物含有三个 “小核RNA” (snRNAs)和超过30个蛋白。Kiyoshi Nagai及同事现在通过 “单粒子低温电子显微镜”确定了这一复合物的结构。其分辨率足以以前所未有的详细程度显示在解旋、外显子排列和催化中所涉及的区域。

【9】豆科植物怎样识别固氮菌

根瘤菌感染豆科植物的根，在那里它们会诱导固氮根瘤的形成。这种共生关系在农业上有重要意义，因为它会减少对氮肥的需求。但豆科植物在它们所碰到的数千种不相容的土壤细菌中是怎样识别这些有益的共生伙伴的呢？我们知道，细菌表面上的“胞外多糖”对于这些微生物与多细胞生物之间的相互作用很重要。在这项研究中， Jens Stougaard及同事识别出一种“胞外多糖受体”(EPR3)，它介导野生豆科植物“百脉根”对根瘤菌的识别。EPR3的表达是在感知到被称为“Nod因子”的细菌信号作用分子时诱导产生的。该受体能识别相容的“胞外多糖”，从而控制共生性感染。

【10】松狮蜥的性别逆转

本期封面所示为一只澳大利亚松狮蜥(Pogona vitticeps)，它正在西昆士兰半干旱区的Eulo镇附近晒太阳。在爬行类的遗传性别决定和取决于温度的性别决定(使早期胚胎中的性腺发生分化形成睾丸或卵巢的调控过程)之间曾发生反复的演化转变。人们曾提出各种不同机制来解释这种转变，包括性别逆转所起的作用。Clare Holleley等人发表了关于野生爬行类性别逆转的第一篇报告，这种逆转与遗传和环境性别决定之间的迅速转变有关。他们对松狮蜥在其地域范围的较温暖一端的性别逆转进行了观察。当性别逆转的雌性与正常雄性交配时，染色体性别决定系统便会失去，取决于温度的性别决定机制被建立起来。目前还不知道性别决定方面由气候诱导的变化对于演化适应过程是有利还是有害。

【11】动物学：公鸡打鸣的社会地位顺序

一群公鸡里地位最高的那个总是第一个打鸣，来宣布清晨的到来，本周发表在《科学报告》上的一则研究表示。其余的公鸡会按照他们社会地位的顺序依次打鸣。

鸡是一种高度社会化的动物，而打鸣被认为是一种警告其他的鸡他们领地边界的一种方式，从而避免激烈的冲突的风险。在一个群体中，鸡会形成一个社会地位顺序，在这当中地位最高的公鸡对于食物，交配权以及窝和打鸣的地方这些资源具有优先选择权。吉村崇、新村毅与他们的同事研究了社会地位顺序在公鸡清晨打鸣顺序中是否有影响。研究者发现在一组四只公鸡当中，社会地位最高的那只每天早上都第一个打鸣，然后它的下属们会按社会地位顺序降序打鸣。他们发现地位较低的公鸡打鸣的频率比地位较高的少。当地位最高的那只公鸡被从实验中移走的时候，地位第二高的公鸡就会第一个打鸣，这说明在破晓之前，占主导地位的公鸡的存在抑制了下属公鸡的打鸣。

【12】神经科学：作曲时的大脑状态

本周发表在《科学报告》上的一则研究显示职业作曲家在作曲时，大脑可能会进入一种特定的状态，负责视觉和运动部分的大脑活动会弱化。这项研究显示负责视觉和运动的神经元会被用来增强前扣带皮层（ACC）和默认网络（DMN）之间的联系来计划情感和音符之间的连接。

尧德中和他的研究团队使用功能性磁振造影（fMRI）研究了17位青年作曲家在为古筝作曲时的大脑，这17个人没有人会弹古筝。处于静态的参与者先被扫描了一次，然后他们在听了一首古筝曲的起始段落后，被要求在核磁共振成像机器思考作曲，在扫描结束后，参与者被要求写下他们作曲的音谱。研究者发现例如视觉和运动的主要神经网络的功能性连接在作曲时比静态状态下减弱了，但是其他的神经网络，例如前扣带皮层（和情绪相关）以及默认网络都会在作曲时表现出更强的功能性连接。

研究者表示需要进一步的关于作曲的研究来了解作曲家大脑中出现这些变化背后的神经原理。

【13】中国农村夫妇间的人类乳头瘤病毒（HPV）传染

中国农村地区的男性在向女性传播可引发宫颈癌的人类乳头瘤病毒（HPV）的风险比女性向男性传播的风险高四倍，本周发表在《科学报告》上的一篇论文显示。

HPV感染可以导致女性患宫颈癌，也有引发口咽部的癌症和肛门生殖器癌症的风险。以往研究显示男性感染HPV会增加他们的伴侣宫颈癌的风险。但是在中国，HPV的传播特性在普通人群中很少被研究。

柯杨和蔡红及她们的研究团队追踪了874对25岁到65岁之间的中国农村地区的夫妇的生殖器HPV感染情况，在2009年到2013年期间进行了7次左右的每半年一次的检查。他们发现年轻夫妇传染HPV的风险更高。他们的分析也显示，男性传染致癌性HPV给女性的风险是每月每1000人中有12.13人会被传染，比女性传染给男性致癌性HPV的风险高四倍（每月每1000人中有2.37个会被传染）。研究者表示，这个数据和西方类似的研究有很大差异，西方的研究中女性传染致癌性HPV给男性的风险比男性传染给女性高。研究者认为中国农村男女之间性保守度的差异可能是这种中外差异的原因，同时呼吁防治HPV的措施应该包括性活跃的年轻男性。

【14】医学研究：一种另类的减肥手术

本期Nature Communications上发表的一项研究报告说，将小鼠的胆汁向小肠的最后一段引流与胃旁路手术有可比的减肥效果。

如“Roux-en-Y胃旁路手术”(RYGB)和“垂直袖状胃切除手术”等减肥手术是将部分胃切掉，或将一个较小的胃囊直接接到小肠上。对于人类来说，这些手术是获得持久减肥效果和逆转糖尿病症状的最有效干预措施。以前的研究表明，胆汁酸介导胃旁路手术的一些有益的代谢效应。

Naji Abumrad及同事将肥胖小鼠的胆囊接到小肠的不同部分，并在长达八个星期的一段时间内将该手术所产生的代谢好处与小鼠的RYGB手术直接进行比较。他们发现，将胆汁酸向小肠的最后一部分(回肠)引流，足以产生与更复杂的传统手术方法相似的减肥效果。作者提出，小肠中减少的脂肪吸收与肠道菌群的变化是产生这些效果的部分原因。

虽然胆汁引流与RYGB手术相比创伤较小，技术难度也较低，但作者谨慎指出，这种手术的长期安全性和效果还有待确定。另外，该方法对因胆结石问题摘除了胆囊的糖尿病或肥胖症患者可能无效，而且该手术可以逆转的程度目前也不清楚。

【15】免疫学： 研制更好的流感疫苗

Nature Communications上发表的一项研究报告了一种新发现的人抗体，它能中和小鼠的几个子类型的甲型流感病毒。

在三种类型的流感中，甲型流感病毒能造成最严重的症状，也有范围最宽的宿主类型。了解具有广谱中和作用的抗体怎样与流感病毒相结合，对于可以作为中和目标的特定区域的识别很重要。

George Gao及同事对正在从2009年猪流感(H1N1)疫情中康复的患者的免疫细胞进行了研究，分离出一种具有强中和活性的抗体。该抗体能够与几个子类型的流感病毒相结合，阻止它们感染易感细胞。当给感染了甲型流感的小鼠使用该抗体时，它能保护它们不会因感染 H1N1、H3N2和H5N1子类型的病毒而发病或死亡，并且针对最近出现的感染人类的H7N9病毒也有保护作用。这一抗体和其他广谱中和抗体的活性范围之宽表明，它们有可能用作针对当前和未来的流行病毒的新型抗病毒药物。

【16】纳米技术： 紫外线触发化学污染物的清除

本期Nature Communications上发表的一篇论文介绍了一个可降解的纳米颗粒系统，它能从土壤和水中吸收污染物，然后在暴露于紫外线时会聚集成块。这个平台通过将纳米颗粒的高吸收动态与清除块状材料的便利性相结合，为环境污染物的清除提供了一个新方法。

接触废弃化学品，会增加患包括癌症和糖尿病在内的很多疾病的风险。能结合或降解污染物的纳米颗粒为水域和土壤的大量污染提供了一个解决方案。然而，人们对潜在有毒的次生产品的形成和纳米材料在环境中的持久存在有顾虑。鉴于这项技术可能带来的未知风险，重要的是要找到在治理之后将纳米材料从环境中清除的有效办法。

Robert Langer及同事现在开发出了能从被污染的水和土壤中结合和提取化学物质的纳米颗粒。一旦用紫外线处理过，这些纳米颗粒就会将它们的外层脱掉，聚集成富含污染物的块状，后者能够很容易地被分离和清除。这样就可以使用高活性材料进行污染物提取，而不会产生在使用后纳米材料持久留在环境中的风险。用废水、热打印纸和被污染的土壤所做初步实验表明，这种处理方法可以很成功，不产生任何有毒副产物。

【17】心血管健康与抑郁的关系

本周发表在《科学报告》上的一则研究显示中国汉族人中拥有理想心血管健康指标的人可能不太容易抑郁。作者认为，保持不吸烟，经常做运动和保持健康的饮食可能是有价值的预防抑郁的方法，尤其是在男性和年轻人当中。

过去在白人群体中已经发现了理想的心血管健康指标可以防止抑郁的现象，但没有中国人抑郁与心血管健康关系的研究。王嵬，宋巧凤和王希柱与他们的研究团队，采用了美国心脏协会建议的7个心血管健康指标和流行病学调查用抑郁自评量表(CES-D)收集了6851位超过20岁唐山居民的吸烟情况，身高体重指数，饮食摄入，体力活动，血压，总胆固醇和空腹血糖，并且评估了他们的抑郁状况。研究分析显示心血管健康指标最好的25%人群比最不好的25%人群抑郁的可能性要少42%。这种负相关性在男性参与者和小于40岁的参与者上更明显。

研究者指出他们的研究有几个局限。首先饮食摄入状况是通过问卷收集的，其次CES-D是流行病学中常使用抑郁指标，但不是临床上诊断抑郁症的工具。另外抗抑郁药物和治疗方面的信息没有被充分收集，同时这项研究中的参与者的收入和教育程度都比中国平均水平要高。

【18】干细胞： 向不同心脏细胞类型的分化

Nature Communications上发表的一篇论文报告说，通过改变人类干细胞所接收的机械和生化信号，它们能够被诱骗形成与微小的、原始的、跳动的心脏相似的结构。这些结构被认为可帮助研究正常和异常的心脏发育，并有可能作为“芯片上的器官”在药物开发中找到应用。

Kevin Healy、Bruce Conklin及同事将物理图案刻蚀到组织培养皿的底部，然后用它们来在有特定化学性质的介质中生长人类干细胞集落。他们发现，这些干细胞会分化成不同的心脏细胞类型，包括心肌细胞，而不同的细胞则会将它们自己组织成跳动的心脏微室。

当暴露于药物“沙利度胺”(一种已知对胚胎心脏发育有不良影响的药物)时，这些正在形成当中的微室便不能正常发育，从而突显了组织培养系统在药物筛选中的一个潜在作用。类似的系统已经存在，但这些系统采用的是二维的、而不是三维的细胞培养，所以不能预测药物会怎样影响胚胎心脏的正常三维发育。

【19】微生物学： 生命早期的抗生素使用可能会影响发育

Nature Communications上发表的一篇论文报告说，设计用来模仿人类儿童的治疗性抗生素使用情况的一个小鼠模型显示，常用的抗生素能改变小鼠幼崽的发育。生命早期的抗生素使用会暂时性加快年轻小鼠的总体重和骨生长，造成肠道菌群多样性和种群结构的长期变化。

美国的抗生素使用在10岁以下的儿童中是最高的，他们作为一个整体每年接受抗生素超过4000万次。以前的研究已对连续使用低剂量抗生素怎样影响动物进行了观察，但由于人类短时间内通常要接受剂量高出10倍到100倍的抗生素来治疗急性感染，所以这些研究工作对于人类抗生素使用情况的相关性如何尚不清楚。

为了更好了解人类抗生素使用情况会怎样影响菌群和发育，Martin Blaser及同事建立了一个小鼠模型，它能模仿生命早期治疗剂量的抗生素使用情况。他们对小鼠施用阿莫西林和泰乐菌素，因为这些类别的抗生素最常被医生开给儿童使用。他们发现，在生命早期这些抗生素的使用会导致小鼠体重和骨生长的短期增加。更长期的变化(在使用抗生素之后保持了几个月时间)在肠道菌群多样性和组成中被观察到。这些效应取决于抗生素的使用次数和它们的类别。虽然还不清楚对骨生长和体重的这些效应是否与菌群有关，但这些发现说明，我们需要对有关抗生素使用情况的指导方针及它们对于人类的风险进行重新审视。

【20】流行病学：中国两地的HIV情况

本周发表在《科学报告》上的两则研究呼吁采取新的策略来预防与男性发生性行为的男性的HIV感染和云南德宏自治州当地的艾滋病疫情。

吴昊、陆祖宏和张彤与他们的研究团队在北京的16个区对于超过18岁的与男性发生性行为的男性进行了长达五年的前瞻性队列研究。在5800位参与最初研究的人当中，有486例HIV感染者。在参与之初HIV阴性并且完成了一次后续访问的3625人当中，又发现了440例HIV感染病例，这一感染率仍然较高。尽管研究者对于参与研究的人群进行了预防性干预措施，在研究期间配合跟进访问的人群中的HIV感染率没有出现降低。研究者认为，目前的艾滋病预防策略在与男性发生性行为的男性当中证明不成功，并且呼吁针对这一人群的新的干预策略。

在另一项独立研究当中，邵一鸣与他的研究团队对于云南德宏2009年到2012年期间18岁至25岁之间的HIV病毒感染的分子流行病学进行了研究，德宏被认为是中国流行的艾滋病的门户，因为它是大多数国内大多数艾滋病病毒毒株最先出现的地方。研究者发现德宏64%的新确证的艾滋病病例是被HIV重组病毒株感染的。研究认为，病毒增加了遗传上的复杂性可能会对有效的诊断，抗逆转录病毒治疗，病情恶化的监测和预防病毒传播带来不利的影响。他们呼吁增强减少当地年轻人有艾滋病毒暴露风险的行为的努力，同时也需要与国境线另一侧的缅甸当局在预防行为上展开协作。