4月Nature雜志不得不看的重磅級亮點研究

不知不覺4月份已經接近尾聲了，在即將過去的4月里Nature雜志又有哪些亮點研究值得學習呢？小編對此進行了整理，與大家一起學習。

【1】Nature：突破！新技術或能成功追蹤胚胎祖細胞發(fā)育至多細胞有機體的整個過程

doi：10.1038/nature25969

近日，一篇刊登在雜志Nature上題為“Whole-organism clone tracing using single-cell sequencing”的研究報告中，來自荷蘭烏德勒支大學醫(yī)學中心等機構的研究人員通過研究開發(fā)出了一種新方法，能夠利用單細胞測序來進行整個生物有機體的克隆跟蹤，文章中，研究人員描述了如何利用這種方法對條形碼斑馬魚細胞（barcoded zebrafish cells）進行了研究。

研究者表示，胚胎發(fā)育是高度復雜的有機體發(fā)育的一個重要階段，比如人類，僅有非常有限的胚胎祖細胞能夠成功制造出成年機體內部所有類型的細胞，為了理解這一過程發(fā)生的機制，研究人員就需要新方法能夠測定克隆歷史的發(fā)生，同時還能在單細胞分辨率下進行細胞的識別；基于此，研究人員開發(fā)出了一種名為ScarTrace的新技術，該技術能夠添加熒光蛋白轉基因的串聯(lián)拷貝，從而就能在CRISPR-Cas9基因編輯的轉錄過程中有效識別所的“疤痕”。

【2】Nature：重大突破！表達端粒酶的肝細胞可再生肝臟

doi：10.1038/s41586-018-0004-7

在一項新的研究中，來自美國斯坦福大學醫(yī)學院的研究人員發(fā)現(xiàn)在正常細胞更新或組織損傷期間，表達高水平端粒酶的肝干細胞在小鼠中起著再生肝臟器官的作用。端粒酶是一種通常與抗衰老相關的蛋白。這些肝干細胞分布在整個肝葉中，使得不論這種損傷的位置發(fā)生在哪里，它們都能夠快速地自我修復。了解肝臟的這種修復和再生的能力是理解這種器官停止發(fā)揮功能（如在肝硬化或肝癌病例中觀察到的那樣）的關鍵步驟。相關研究結果于2018年4月4日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標題為“Distributed hepatocytes expressing omerase repopulate the liver in homeostasis and injury”。

論文通信作者、醫(yī)學教授Steven Artandi博士說，“肝臟是人類疾病的重要來源。理解肝臟自我更新的細胞機制至關重要。我們發(fā)現(xiàn)這些罕見的增殖性細胞遍布整個肝臟器官，而且它們有助于肝臟替換受損的細胞。我們認為當對這些細胞的調控發(fā)生差錯時，它們也可能會導致肝癌。”

被稱作肝實質細胞（hepatocyte）的肝細胞起著過濾和去除血液中的毒素的作用。肝臟在所有器官中是*的，這是因為即便它的質量降低到初始時的1/4，它仍然再生出一個完整的肝臟。慢性酒精中毒或肝炎感染能夠導致肝臟在損傷和自我更新之間進行循環(huán)，zui終導致不可逆的破壞這種器官功能的瘢痕。但關于這種器官如何再生或者哪些細胞可能導致肝癌，人們仍然知道得相對較少。

【3】Nature：揭示大腦中的免疫記憶

doi：10.1038/s41586-018-0023-4    doi：10.1038/d41586-018-03800-6

在一項新的研究中，德國研究人員報道身體中的炎癥可能影響小鼠大腦中的免疫細胞的“記憶”。如果這一發(fā)現(xiàn)在人體中得到證實的話，那么它可能為阿爾茨海默病等某些神經退行性疾病的產生提供線索。相關研究結果于2018年4月11日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標題為“Innate immune memory in the brain shapes neurological disease hallmarks”。

論文通信作者、德國神經退行性疾病中心研究員Jonas Neher表示，“流行病學研究已表明在一生當中遭受的傳染性疾病和炎癥能夠影響生命后期的阿爾茨海默氏病的嚴重程度。因此，我們想知道壽命較長的小膠質細胞（microglia）中的免疫記憶是否能夠傳播這種風險。”

在這項研究中，Neher和他的同事們研究了小膠質細胞---僅在大腦中發(fā)現(xiàn)的壽命較長的免疫細胞---對重復性的身體感染作出的反應。他們給阿爾茨海默病小鼠模型注射細菌組分脂多糖來誘導炎癥。*次注射引發(fā)的炎性反應“鍛煉”了小膠質細胞，使得它們能夠提防隨后的感染。然而，在反復注射后，這些小膠質細胞幾乎不會作出反應---它們對細菌脂多糖分子產生了耐受性。

【4】Nature：我國科學家揭示RNA病毒的古老起源

doi：10.1038/s41586-018-0012-7   doi：10.1038/d41586-018-03923-w

在一項新的研究中，來自中國疾病預防控制中心、上海市公共衛(wèi)生臨床中心、復旦大學、溫州市疾病預防控制中心、華南農業(yè)大學、武漢市疾病預防控制中心、鹽城市疾病預防控制中心和澳大利亞悉尼大學的研究人員發(fā)現(xiàn)如今感染人類的許多病毒具有古老的進化歷史，這種進化歷史可追溯到*批脊椎動物，可能也許是現(xiàn)存的*批脊椎動物。相關研究結果發(fā)表在2018年4月12日的Nature期刊上，論文標題為“The evolutionary history of vertebrate RNA viruses”。

這些研究人員尋找了當談及病毒感染時以前被忽視的186種脊椎動物中的RNA病毒。他們在明顯健康的爬行動物、兩棲動物、肺魚、鰭刺類魚、軟骨魚和無顎魚中發(fā)現(xiàn)214種新的RNA病毒（它們的基因組是RNA而不是DNA）。

這些研究人員表示，這項研究揭示出在脊椎動物整個進化歷史中存在的一些病毒群體，這改變了他們對病毒進化的理解。

【5】Nature：我國科學家鑒定出豬致命性冠狀病毒的起源

doi：10.1038/s41586-018-0010-9

在一項新的研究中，來自中科院武漢病毒學研究所、北京微生物與流行病學研究所、華南農業(yè)大學、泰山醫(yī)學院、廣東省生物資源應用研究所、武漢大學和廣東省實驗動物監(jiān)測所等研究機構的研究人員鑒定出一種新的冠狀病毒。在2016～2017年，這種冠狀病毒在中國殺死了將近25000頭仔豬。它來自菊頭蝠（horseshoe bat），與2002年出現(xiàn)在相同蝙蝠物種中的嚴重急性呼吸道綜合癥冠狀病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus， SARS-CoV， 又稱SARS冠狀病毒）在起源上較為接近。他們將這種新的冠狀病毒稱為豬急性腹瀉綜合征冠狀病毒（swine acute diarrhea syndrome coronavirus， SADS-CoV）。

這些研究人員說，這一發(fā)現(xiàn)是一個重要的提醒，即鑒定動物中的新病毒并快速確定它們感染人類的潛力是一種減少健康威脅的關鍵途徑。

SADS-CoV在2016年10月底在廣東省佛山市附近的一個農場開始殺死仔豬。這些研究人員zui初猜測病因是豬流行性腹瀉病毒（porcine epidemic diarrhea virus， PEDV）。對豬而言，PEDV是一種常見的冠狀病毒，而且之前已在佛山市的這個農場中發(fā)現(xiàn)過。到2017年中旬，已停止檢測PEDV，但是仔豬繼續(xù)死亡，這提示著存在著不同的病因。他們說，將母豬與豬群中的剩余仔豬分隔開來在2017年5月之前就阻止了SADS-CoV流行病爆發(fā)。

【6】Nature：科學家發(fā)現(xiàn)腫瘤有7種EMT狀態(tài)，從而找出腫瘤轉移的罪魁禍首！

doi：10.1038/s41586-018-0040-3

腫瘤異質性使同一個腫瘤中不同細胞的存在差別。這些不同點對疾病診斷、預后及治療有著主要的影響。各種不同的機制已經被用于解釋這種腫瘤異質性，例如上皮細胞-間充質細胞轉化（EMT）——上皮腫瘤細胞失去黏附能力獲得間充質細胞遷移性能力以促進轉移和耐藥性的過程。EMT程度不同的細胞就會呈現(xiàn)出不同的轉移性質，但是這種可能性還沒有被探索過。

在一項由比利時布魯塞爾自由大學的WELBIO研究員和教授Cédric Blanpain博士*的發(fā)表在《Nature》的文章中，他們*次發(fā)現(xiàn)了腫瘤進展過程中存在不同的轉化狀態(tài)，還發(fā)現(xiàn)一組癌細胞亞群促使了皮膚鱗狀細胞癌的轉移，皮膚鱗狀細胞癌是*二大常見癌癥，而乳腺癌是女性zui常見癌癥。

Ievgenia Pastushenko及其同事使用了*的會自發(fā)發(fā)生EMT的皮膚癌和乳腺癌小鼠模型。通過篩查數(shù)百個單克隆抗體識別細胞表面分子以及進行單細胞RNA測序，研究人員發(fā)現(xiàn)皮膚癌和乳腺癌組織中至少存在7中EMT狀態(tài)不同的癌細胞亞群：從*上皮化（分化）到*的間充質化（未分化）狀態(tài)，中間是各種雜化狀態(tài)。

【7】Nature：破解100年秘密！有望開發(fā)出新的癌癥療法

doi：10.1038/s41586-018-0018-1

在20世紀20年代，德國科學家Otto Warburg和他的同事們就已發(fā)現(xiàn)癌細胞比正常細胞消耗更多的葡萄糖。

為了利用葡萄糖產生能量，細胞能夠使用兩種通路。其中的一種通路發(fā)生在線粒體（細胞內的一種產生能量的細胞器）中，并且比另一種被稱作發(fā)酵的通路產生更多的能量，即ATP。 正常細胞大多使用這種發(fā)生在線粒體中的通路，但大約80％的癌細胞似乎改變了它們的代謝，偏好地通過發(fā)酵產生能量，這種產生能量的通路，也被稱作瓦爾堡通路。這種現(xiàn)象被稱為瓦爾堡效應（Warburg effect）。

長時間而言，這一直是一個秘密：為何癌細胞需要大量的能量來維持它們的生長，偏好選擇一種產生更少ATP的通路呢？癌細胞使用瓦爾堡通路有什么優(yōu)勢？

在一項新的研究中，來自美國貝勒醫(yī)學院和羅斯威爾-帕克綜合癌癥中心的研究人員證實癌細胞利用瓦爾堡通路產生能量和癌癥生長之間存在著關聯(lián)性。他們發(fā)現(xiàn)作為瓦爾堡通路中的一種酶，PFKFB4能夠激活SRC-3蛋白，其中SRC-3是一種強效的乳腺癌促進物。

【8】Nature：解析出光合蛋白LH1–RC的三維結構

doi：10.1038/s41586-018-0014-5

在一項新的研究中，來自英國謝菲爾德大學的研究人員解析出一種光合蛋白的結構，并揭示出它如何將近紅外光轉化為電荷。這些發(fā)現(xiàn)為賦予生命的過程---光合作用---的效率和限制提供了新的見解。相關研究結果發(fā)表在2018年4月12日的Nature期刊上，論文標題為“Cryo-EM structure of the Blastochloris viridis LH1–RC complex at 2.9 ？”。

植物和藻類利用葉綠素吸收來自太陽的能量，為波長高達720nm下的光合作用提供能量，其中這種波長位于光譜的紅光部分，也是人眼可見光的極限處。但是，一些細菌能夠將使用的光線能量邊界推進到近紅外區(qū)域。

這項開創(chuàng)性的研究是對來自綠色綠芽菌（Blastochloris viridis）的光合LH1-RC復合物進行的。這種復合物能夠收集和使用波長超過1000nm的光線。

這種復合物的結構是利用低溫電鏡技術確定的，它展示了它如何將近紅外光轉化為電荷，從而促進細胞代謝。這種代謝使得細菌能夠在地球上光合作用的紅光極限處生存下來。

【9】Nature：利用患者特異性的干細胞培育出類似于成年人的心肌組織

doi：10.1038/s41586-018-0016-3

培養(yǎng)出與在行為上類似于天然心肌的人體心臟組織會引發(fā)生物醫(yī)學研究變革，這會使得人們能夠在*控制的條件下研究人體生理學和構建心臟病模型。盡管如今的科學家們能夠通過利用從我們任何一個人身體獲得的小量血液樣本衍生的干細胞來培養(yǎng)許多組織（包括心?。?，但是當前的生物工程組織未能顯示成年人心臟功能的一些zui為重要的特征。人們在此之前還不能夠在體外培養(yǎng)出因足夠成熟而可用于醫(yī)學研究的心肌。

在一項新的研究中，來自美國哥倫比亞大學的研究人員開發(fā)出一種全新的方法：在僅持續(xù)四周的生物反應器培養(yǎng)下利用血液衍生的人誘導性多能干細胞（iPSC）培育出類似成年人的人心肌組織。他們將通常需要9個月的發(fā)育時間壓縮到比任何其他團隊更快地更完整地經歷心臟成熟。他們的方法是利用源自ipsC的能夠自發(fā)性跳動但仍然具有很大發(fā)育可塑性的早期心肌細胞形成心臟組織，并且在形成過程中，先將這些心肌細胞包裹在水凝膠中，隨后讓這些包裹在水凝膠中的細胞經歷越來越強的物理調節(jié)。

【10】Nature：揭示蛋白晶體成核分子機制

doi：10.1038/nature25971

在一項新的研究中，來自比利時蘭德斯生物技術研究所（VIB）、布魯塞爾自由大學（VUB）、荷蘭埃因霍溫理工大學、法國薩瓦大學和西班牙比斯開科技園的研究人員發(fā)現(xiàn)具有巨大醫(yī)學和科學意義的蛋白晶體成核的分子細節(jié)。他們也開發(fā)出一種新方法來研究一大類迄今為止仍然是未知的系統(tǒng)。相關研究結果發(fā)表在2018年4月5日的Nature期刊上，論文標題為“Molecular nucleation mechanisms and control strategies for crystal polymorph selection”。

論文共同通信作者Mike Sleu博士（VIB/VUB）說，“看到這種新技術在未來會應用于與一系列疾病相關的蛋白自組裝過程---比如白內障形成中的液-液相分離或者與眾多神經疾病相關的淀粉樣蛋白纖維形成---將是令人興奮的。”

蛋白晶體具有很好的醫(yī)學和科學意義。數(shù)十年來，它們一直是結構生物學家解析出蛋白三維結構的關鍵，不過蛋白晶體也被用作生物藥物遞送劑。蛋白晶體懸浮液是儲存和給予活性藥物化合物的有吸引力的制劑，這是因為它們具有較長的保存期限、較低的溶劑粘度和較慢的溶解速率。也許zui為的例子是胰島素：胰島素注射包括皮下注射胰島素微晶體懸浮液，這種懸浮液緩慢地溶解，從而產生穩(wěn)定且持續(xù)的遞送。盡管它們有巨大的潛力，但是有兩個因素限制了蛋白晶體的廣泛應用。（生物谷）