Nature雜誌10月不得不看的亮點研究

知識 10-29

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【1】睡眠迴路探究

doi： 10.1038/nature19773

我們對控制睡眠周期的神經迴路的認識仍停留在表面。現在，光遺傳學、遺傳藥理學、顯微內鏡鈣成像和病毒介導迴路跟蹤等新技術的出現，輔以小鼠遺傳學，使我們解鎖眾多的睡眠奧秘成為可能。在本期《自然》的一篇評論文章中，Franz Weber和楊丹探討了睡眠迴路的研究現狀，並為繪製全面的睡眠-覺醒控制網路迴路圖，以詳細描述各細胞類型的功能及相互作用指明了道路。

【2】人類壽命的自然限制

doi | 10.1038/nature19793

我們經常聽到人說「人活得越來越長了」。事實上，歷史上出現的預期壽命延長在許多情況下可歸因於幼年死亡率的下降，但最近也有證據表明老年死亡率也有所下降。Jan Vijg及同事探討了人類壽命是否存在根本極限這個難解的問題。他們對預期壽命和最高死亡年齡的人口分析支持人類壽命存在「自然限制」這一觀點。在100歲之後，生存率的上升幅度呈下降趨勢；此外，自上世紀九十年代以來，全世界最長壽者的死亡年齡都未曾上升。

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【3】細胞內傳遞領域的新進展

doi | 10.1038/nature19764

哺乳動物細胞的細胞內傳遞對基礎研究應用和基於細胞的治療方法都具有重要作用。在本篇評論文章中，Klavs Jensen及同事探討了有關開發大分子胞質傳遞試管策略和體外策略的最新研究情況，他們重點關注的是基於膜破壞的方法，以及納米技術、微流體和實驗室晶片技術的應用。

【4】非洲爪蟾的基因組演化

doi | 10.1038/nature19840

非洲爪蟾(Xenopus laevis)是脊椎動物細胞和發育生物學研究中的重要模式生物，它是一種古四倍體—— 數百萬年前基因組複製的產物，這使得非洲爪蟾成為了理想的多倍體研究目標，但同時也大大增加了基因組測序的複雜性。在本期《自然》雜誌中，Daniel Rokhsar及同事報告了非洲爪蟾的基因組序列，並與其近親熱帶爪蟾(X. tropicalis)的基因組進行了比較。他們的分析證實非洲爪蟾是異源四倍體，並區分出了兩個非對稱演化的亞基因組——一個往往保留了遠祖狀態，而另一個則經歷了基因損失、刪除、重組和表達降低的情況。這兩種二倍體的祖先約在3400萬年前出現分化，並在約1800萬年前結合形成異源四倍體。

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【5】埃博拉病毒爆發的分子流行病學

doi | 10.1038/nature19790

在2013年至2015年的西非埃博拉疫情中，研究者得到了有關埃博拉病毒基因測序信息的大型深度數據集。此次疫情是大規模使用分子流行病學作為疾病管理工具的里程碑。Kristian Andersen及同事探討了基因組序列分析如何在此次疫情中為認識病毒的起源、演化和傳播提供了重要信息。

【6】癌症幹細胞依賴脂質利用

doi | 10.1038/nature19788

為確定癌症幹細胞對化療產生抗藥性背後的分子機制，Steven Hou及同事轉向黑腹果蠅(Drosophila melanogaster)尋找答案。他們發現，脂質降解通路會保護幹細胞不受化療誘導而壞死。若通過調節COP1–Arf1信號傳導複合體來弱化脂質降解通路，分化細胞便會吞噬失活幹細胞。作者還提出證據，表明具有幹細胞特徵的人類癌症細胞系中可能活躍著相同的存活通路。該研究意味著靜息幹細胞或癌症幹細胞可能依賴脂質儲備獲取能量，因此，可以阻斷脂質降解的藥劑或許具有治療意義。

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【7】優化阿爾茨海默症藥物

DOI：10.1038/ncomms13042

《自然-通訊》報告了一種改進一類阿爾茨海默症藥物的方法，這種方法能減少藥物的副作用。這篇論文闡明了一種被稱為BACE1抑制劑的藥物為何會造成在眼部的副作用，並描述了一種檢測方式，可以預測藥物是否會在動物中產生視力方面的副作用。

β-分泌酶（BACE1）與澱粉樣蛋白的形成有關，這種蛋白會在阿爾茨海默症患者的大腦中積累。目前，人們正在研發BACE1抑製藥物，希望能減緩疾病進程。然而，幾種候選藥物都沒能通過臨床試驗，這在一定程度上是因為這類藥物有在眼部積累有毒物質的副作用。

Douglas Johnson及同事使用了化學蛋白質組學方法，發現其中一種BACE1抑制劑還會抑制一種叫作組織蛋白酶D的蛋白。作者進一步表明，組織蛋白酶D的抑制（在培養的人類細胞中測定）與BACE1抑制劑在動物模型中造成的已知視力副作用密切相關。通過篩選幾種已知的BACE1抑制劑，作者識別出了不會造成眼部副作用的特定化合物。

作者指出，這些數據將有助於開發副作用更少的阿爾茨海默症藥物。

【8】感染細菌的病毒與黑寡婦蜘蛛分享DNA

DOI：10.1038/ncomms13155

《自然-通訊》的一項研究發現，一種感染細菌的病毒會與包括黑寡婦蜘蛛在內的動物分享DNA序列。

感染細菌的病毒不會影響真核生物（比如動物、植物、真菌和原生生物）。病毒雖然常常會與宿主交換遺傳物質，但吸收與宿主不同域生物的基因還是前所未見的。

Sarah Bordenstein和Seth Bordenstein對WO噬菌體，一種感染沃爾巴克氏體細菌的病毒進行了基因組測序。他們發現，WO噬菌體基因組的一部分是由與真核生物類似的基因組成的。這些基因與昆蟲和蜘蛛負責毒素、調節宿主-微生物相互作用、宿主細胞自殺和跨細胞膜轉運的基因密切相關。由於沃爾巴克氏體會影響昆蟲和蜘蛛的細胞，作者認為這些基因或許能幫助病毒潛入動物細胞，以到達細菌細胞。

由於這些基因具有真核特徵，且在動物中分布，它們在被病毒囊括前很可能起源於動物，但動物和病毒間DNA傳遞的路徑和方向仍不明確。

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【9】泰坦巨龍如何抵達澳大利亞

DOI：10.1038/srep34467

《科學報告》發表的一篇論文描述了一種新發現的澳大利亞蜥腳類恐龍（一種脖子長、尾巴也長的大型食草類恐龍）和澳大利亞蜥腳類恐龍的首個顱骨殘骸。這兩個樣本來自白堊紀晚期（約9500萬年前），或有助於闡明這些恐龍是如何抵達澳大利亞的。 Stephen Poropat及同事描述了在澳大利亞東北昆士蘭溫頓岩石層發現的這兩個蜥腳類恐龍的樣本，其中一個是新發現的種類 — Savannasaurus elliottorum。根

據對二者的解剖分析及其進化關係的系統發育分析，作者得出結論，這兩種蜥腳類動物均屬於泰坦巨龍。作者對這類恐龍的史前分布進行分析，結果表明澳大利亞蜥腳類動物代表著白堊紀早期（約1.25億年前）分布於世界各地的恐龍演化支的余支。他們認為，這些恐龍譜系應該起源於南美，並經由南極而進入澳大利亞。但是，植物證據表明1.2-1.1億年前南極和南美之間因氣候原因而存在通行障礙。因此，作者假設可能存在一段氣候溫和期消除了這種障礙，促使泰坦巨龍在1.05億年前左右進入澳大利亞。

【10】壁畫和DNA記錄歐洲野牛的誕生

DOI：10.1038/NCOMMS13158

《自然-通訊》發表的一項研究通過對古代DNA和壁畫進行分析，證明大約在12萬年前，已經滅絕的西伯利亞野牛和現代牛的祖先雜交，誕生了現代歐洲野牛。歐洲野牛與北美野牛截然不同，由於缺乏化石記錄，有關它的起源一直模糊不清。儘管如此，本研究顯示，通過壁畫推斷得出的歐洲野牛演化情況與基因證據準確匹配。

早期化石記錄已經表明，歐洲存在兩大類型的牛：原牛（現代牛的祖先）和西伯利亞野牛。歐洲野牛似乎在西伯利亞野牛消失之後不久，於1.17萬年前左右突然出現，但是由於缺乏較古老的化石，人們對歐洲野牛的演化歷史一直知之甚少。Alan Cooper及同事通過分析64頭歐洲野牛的古代基因組，得出了一些新的發現：歐洲野牛是西伯利亞野牛和原牛的雜交產物，出現於12萬多年前。

此外，作者表示，壁畫記錄的牛的外形變化與歐洲野牛的出現相符。1.8萬多年前的壁畫描繪了擁有長角和大體積前軀的生物，形似北美野牛（也被認為源自西伯利亞野牛），而年代更近的壁畫（約有1.2-1.7萬年的歷史）描繪了犄角較短和背部較小的動物，形似現代歐洲野牛。

稿件來源：生物探索

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