4月Nature雜志不得不看的重磅級(jí)亮點(diǎn)研究

不知不覺4月份已經(jīng)接近尾聲了，在即將過(guò)去的4月里Nature雜志又有哪些亮點(diǎn)研究值得學(xué)習(xí)呢？小編對(duì)此進(jìn)行了整理，與大家一起學(xué)習(xí)。

【1】Nature：突破！新技術(shù)或能成功追蹤胚胎祖細(xì)胞發(fā)育至多細(xì)胞有機(jī)體的整個(gè)過(guò)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(bào)告中，來(lái)自荷蘭烏德勒支大學(xué)醫(yī)學(xué)中心等機(jī)構(gòu)的研究人員通過(guò)研究開發(fā)出了一種新方法，能夠利用單細(xì)胞測(cè)序來(lái)進(jìn)行整個(gè)生物有機(jī)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(duì)條形碼斑馬魚細(xì)胞（barcoded zebrafish cells）進(jìn)行了研究。

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

【2】Nature：重大突破！表達(dá)端粒酶的肝細(xì)胞可再生肝臟

doi：10.1038/s41586-018-0004-7

在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)在正常細(xì)胞更新或組織損傷期間，表達(dá)高水平端粒酶的肝干細(xì)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(guān)的蛋白。這些肝干細(xì)胞分布在整個(gè)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(fù)。了解肝臟的這種修復(fù)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(guān)鍵步驟。相關(guān)研究結(jié)果于2018年4月4日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Distributed hepatocytes expressing omerase repopulate the liver in homeostasis and injury”。

論文通信作者、醫(yī)學(xué)教授Steven Artandi博士說(shuō)，“肝臟是人類疾病的重要來(lái)源。理解肝臟自我更新的細(xì)胞機(jī)制至關(guān)重要。我們發(fā)現(xiàn)這些罕見的增殖性細(xì)胞遍布整個(gè)肝臟器官，而且它們有助于肝臟替換受損的細(xì)胞。我們認(rèn)為當(dāng)對(duì)這些細(xì)胞的調(diào)控發(fā)生差錯(cuò)時(shí)，它們也可能會(huì)導(dǎo)致肝癌。”

被稱作肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞（hepatocyte）的肝細(xì)胞起著過(guò)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?yàn)榧幢闼馁|(zhì)量降低到初始時(shí)的1/4，它仍然再生出一個(gè)完整的肝臟。慢性酒精中毒或肝炎感染能夠?qū)е赂闻K在損傷和自我更新之間進(jìn)行循環(huán)，zui終導(dǎo)致不可逆的破壞這種器官功能的瘢痕。但關(guān)于這種器官如何再生或者哪些細(xì)胞可能導(dǎo)致肝癌，人們?nèi)匀恢赖孟鄬?duì)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(xiàng)新的研究中，德國(guó)研究人員報(bào)道身體中的炎癥可能影響小鼠大腦中的免疫細(xì)胞的“記憶”。如果這一發(fā)現(xiàn)在人體中得到證實(shí)的話，那么它可能為阿爾茨海默病等某些神經(jīng)退行性疾病的產(chǎn)生提供線索。相關(guān)研究結(jié)果于2018年4月11日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Innate immune memory in the brain shapes neurological disease hallmarks”。

論文通信作者、德國(guó)神經(jīng)退行性疾病中心研究員Jonas Neher表示，“流行病學(xué)研究已表明在一生當(dāng)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(yán)重程度。因此，我們想知道壽命較長(zhǎng)的小膠質(zhì)細(xì)胞（microglia）中的免疫記憶是否能夠傳播這種風(fēng)險(xiǎn)。”

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

【4】Nature：我國(guó)科學(xué)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(xiàng)新的研究中，來(lái)自中國(guó)疾病預(yù)防控制中心、上海市公共衛(wèi)生臨床中心、復(fù)旦大學(xué)、溫州市疾病預(yù)防控制中心、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、武漢市疾病預(yù)防控制中心、鹽城市疾病預(yù)防控制中心和澳大利亞悉尼大學(xué)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(jìn)化歷史，這種進(jìn)化歷史可追溯到*批脊椎動(dòng)物，可能也許是現(xiàn)存的*批脊椎動(dòng)物。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年4月12日的Nature期刊上，論文標(biāo)題為“The evolutionary history of vertebrate RNA viruses”。

這些研究人員尋找了當(dāng)談及病毒感染時(shí)以前被忽視的186種脊椎動(dòng)物中的RNA病毒。他們?cè)诿黠@健康的爬行動(dòng)物、兩棲動(dòng)物、肺魚、鰭刺類魚、軟骨魚和無(wú)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(xiàng)研究揭示出在脊椎動(dòng)物整個(gè)進(jìn)化歷史中存在的一些病毒群體，這改變了他們對(duì)病毒進(jìn)化的理解。

【5】Nature：我國(guó)科學(xué)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(xiàng)新的研究中，來(lái)自中科院武漢病毒學(xué)研究所、北京微生物與流行病學(xué)研究所、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、泰山醫(yī)學(xué)院、廣東省生物資源應(yīng)用研究所、武漢大學(xué)和廣東省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物監(jiān)測(cè)所等研究機(jī)構(gòu)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(guó)殺死了將近25000頭仔豬。它來(lái)自菊頭蝠（horseshoe bat），與2002年出現(xiàn)在相同蝙蝠物種中的嚴(yán)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(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)是一個(gè)重要的提醒，即鑒定動(dòng)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(guān)鍵途徑。

SADS-CoV在2016年10月底在廣東省佛山市附近的一個(gè)農(nóng)場(chǎng)開始?xì)⑺雷胸i。這些研究人員zui初猜測(cè)病因是豬流行性腹瀉病毒（porcine epidemic diarrhea virus， PEDV）。對(duì)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(gè)農(nóng)場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)過(guò)。到2017年中旬，已停止檢測(cè)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(shuō)，將母豬與豬群中的剩余仔豬分隔開來(lái)在2017年5月之前就阻止了SADS-CoV流行病爆發(fā)。

【6】Nature：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)腫瘤有7種EMT狀態(tài)，從而找出腫瘤轉(zhuǎn)移的罪魁禍?zhǔn)祝?/p>

doi：10.1038/s41586-018-0040-3

腫瘤異質(zhì)性使同一個(gè)腫瘤中不同細(xì)胞的存在差別。這些不同點(diǎn)對(duì)疾病診斷、預(yù)后及治療有著主要的影響。各種不同的機(jī)制已經(jīng)被用于解釋這種腫瘤異質(zhì)性，例如上皮細(xì)胞-間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化（EMT）——上皮腫瘤細(xì)胞失去黏附能力獲得間充質(zhì)細(xì)胞遷移性能力以促進(jìn)轉(zhuǎn)移和耐藥性的過(guò)程。EMT程度不同的細(xì)胞就會(huì)呈現(xiàn)出不同的轉(zhuǎn)移性質(zhì)，但是這種可能性還沒有被探索過(guò)。

在一項(xiàng)由比利時(shí)布魯塞爾自由大學(xué)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(jìn)展過(guò)程中存在不同的轉(zhuǎn)化狀態(tài)，還發(fā)現(xiàn)一組癌細(xì)胞亞群促使了皮膚鱗狀細(xì)胞癌的轉(zhuǎn)移，皮膚鱗狀細(xì)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(huì)自發(fā)發(fā)生EMT的皮膚癌和乳腺癌小鼠模型。通過(guò)篩查數(shù)百個(gè)單克隆抗體識(shí)別細(xì)胞表面分子以及進(jìn)行單細(xì)胞RNA測(cè)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(xì)胞亞群：從*上皮化（分化）到*的間充質(zhì)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(jì)20年代，德國(guó)科學(xué)家Otto Warburg和他的同事們就已發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞比正常細(xì)胞消耗更多的葡萄糖。

為了利用葡萄糖產(chǎn)生能量，細(xì)胞能夠使用兩種通路。其中的一種通路發(fā)生在線粒體（細(xì)胞內(nèi)的一種產(chǎn)生能量的細(xì)胞器）中，并且比另一種被稱作發(fā)酵的通路產(chǎn)生更多的能量，即ATP。 正常細(xì)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(xì)胞似乎改變了它們的代謝，偏好地通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生能量，這種產(chǎn)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(yīng)（Warburg effect）。

長(zhǎng)時(shí)間而言，這一直是一個(gè)秘密：為何癌細(xì)胞需要大量的能量來(lái)維持它們的生長(zhǎng)，偏好選擇一種產(chǎn)生更少ATP的通路呢？癌細(xì)胞使用瓦爾堡通路有什么優(yōu)勢(shì)？

在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)貝勒醫(yī)學(xué)院和羅斯威爾-帕克綜合癌癥中心的研究人員證實(shí)癌細(xì)胞利用瓦爾堡通路產(chǎn)生能量和癌癥生長(zhǎng)之間存在著關(guān)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(qiáng)效的乳腺癌促進(jìn)物。

【8】Nature：解析出光合蛋白LH1–RC的三維結(jié)構(gòu)

doi：10.1038/s41586-018-0014-5

在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自英國(guó)謝菲爾德大學(xué)的研究人員解析出一種光合蛋白的結(jié)構(gòu)，并揭示出它如何將近紅外光轉(zhuǎn)化為電荷。這些發(fā)現(xiàn)為賦予生命的過(guò)程---光合作用---的效率和限制提供了新的見解。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年4月12日的Nature期刊上，論文標(biāo)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(lái)自太陽(yáng)的能量，為波長(zhǎng)高達(dá)720nm下的光合作用提供能量，其中這種波長(zhǎng)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(xì)菌能夠?qū)⑹褂玫墓饩€能量邊界推進(jìn)到近紅外區(qū)域。

這項(xiàng)開創(chuàng)性的研究是對(duì)來(lái)自綠色綠芽菌（Blastochloris viridis）的光合LH1-RC復(fù)合物進(jìn)行的。這種復(fù)合物能夠收集和使用波長(zhǎng)超過(guò)1000nm的光線。

這種復(fù)合物的結(jié)構(gòu)是利用低溫電鏡技術(shù)確定的，它展示了它如何將近紅外光轉(zhuǎn)化為電荷，從而促進(jìn)細(xì)胞代謝。這種代謝使得細(xì)菌能夠在地球上光合作用的紅光極限處生存下來(lái)。

【9】Nature：利用患者特異性的干細(xì)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(huì)引發(fā)生物醫(yī)學(xué)研究變革，這會(huì)使得人們能夠在*控制的條件下研究人體生理學(xué)和構(gòu)建心臟病模型。盡管如今的科學(xué)家們能夠通過(guò)利用從我們?nèi)魏我粋€(gè)人身體獲得的小量血液樣本衍生的干細(xì)胞來(lái)培養(yǎng)許多組織（包括心肌），但是當(dāng)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?cè)诖酥斑€不能夠在體外培養(yǎng)出因足夠成熟而可用于醫(yī)學(xué)研究的心肌。

在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)哥倫比亞大學(xué)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(yīng)器培養(yǎng)下利用血液衍生的人誘導(dǎo)性多能干細(xì)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(gè)月的發(fā)育時(shí)間壓縮到比任何其他團(tuán)隊(duì)更快地更完整地經(jīng)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(dòng)但仍然具有很大發(fā)育可塑性的早期心肌細(xì)胞形成心臟組織，并且在形成過(guò)程中，先將這些心肌細(xì)胞包裹在水凝膠中，隨后讓這些包裹在水凝膠中的細(xì)胞經(jīng)歷越來(lái)越強(qiáng)的物理調(diào)節(jié)。

【10】Nature：揭示蛋白晶體成核分子機(jī)制

doi：10.1038/nature25971

在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自比利時(shí)蘭德斯生物技術(shù)研究所（VIB）、布魯塞爾自由大學(xué)（VUB）、荷蘭埃因霍溫理工大學(xué)、法國(guó)薩瓦大學(xué)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(xué)和科學(xué)意義的蛋白晶體成核的分子細(xì)節(jié)。他們也開發(fā)出一種新方法來(lái)研究一大類迄今為止仍然是未知的系統(tǒng)。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年4月5日的Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Molecular nucleation mechanisms and control strategies for crystal polymorph selection”。

論文共同通信作者M(jìn)ike Sleu博士（VIB/VUB）說(shuō)，“看到這種新技術(shù)在未來(lái)會(huì)應(yīng)用于與一系列疾病相關(guān)的蛋白自組裝過(guò)程---比如白內(nèi)障形成中的液-液相分離或者與眾多神經(jīng)疾病相關(guān)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(xué)和科學(xué)意義。數(shù)十年來(lái)，它們一直是結(jié)構(gòu)生物學(xué)家解析出蛋白三維結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，不過(guò)蛋白晶體也被用作生物藥物遞送劑。蛋白晶體懸浮液是儲(chǔ)存和給予活性藥物化合物的有吸引力的制劑，這是因?yàn)樗鼈兙哂休^長(zhǎng)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(chǎn)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(gè)因素限制了蛋白晶體的廣泛應(yīng)用。（生物谷）