三句话读懂一篇 CNS，肝脏再生能力之谜被揭开，培养皿生长 300 天的「迷你人脑」，解析东亚地区人群形成史...

丁香学术2021-09-16

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科幻电影中的换脑情节令人浮想联翩，科学家用顶刊研究成果支持这项天马行空的想象或成为现实。

本周学术君继续为大家带来一线科研动态，遨游神秘诱人的科学世界！

1. Science: 发布 64 份新图谱解密全球人群遗传差异

第一版人类基因组图谱代表着人类基因组的综合数据，无法准确反映人群间复杂的遗传变异。

2021 年 2 月 25 日，华盛顿大学 Evan E Eichler 教授等团队在 Science 上发表研究论文 Haplotype-resolved diverse human genomes and integrated analysis of structural variation 。该研究利用先进的测序及组装技术，对 32 个个体的人类基因组进行测序。在获得的最新基因参考序列中，研究人员确定了超过 10 万个结构变异，约 68% 的变异在此之前即短读测序时代未被发现。而这类变异更易干扰破坏基因功能，许多遗传病和癌症的关键诱因。

这份功能全面的参考数据集，代表着全球 25 个不同的人类种群，能够清晰地反映不同人群间的遗传差异，对于了解人类疾病易感性、个性化定制治疗方案等研究具有划时代的意义。

图 1：来源 Science

2. Nature: 揭示机体肠道微生物群落建立机制

人类从婴儿时期，其肠道微生物群落就开始逐步建立及稳定。

2021 年 2 月 24 日，哈佛医学院和波士顿儿童医院 Seth Rakoff-Nahoum 教授团队在 Nature 发表研究论文 Multi-kingdom ecological drivers of microbiota assembly in preterm infants。该研究使用了一系列已知验证性样本，通过 DNA 总量、流式细胞计数和定量 PCR 法， 证明了 MK-SpikeSeq 是一种便捷、灵敏度高且稳定可靠的的绝对丰度定量法。

基于此方法，详细地描绘出一个早产儿肠道中细菌、真菌和古细菌的动态变化。进而构建了生态学计算模型，通过体外和体内实验数据，表明微生物互作对早产儿肠道微生物群落的影响。

研究者指出，婴儿肠道的微生态动态变化可能与宏观生态系统的演替具有共同的生态学机制，本文研究成果对理解和探索微生物生态系统具有深远的意义！

图 2：来源 Nature

3. Cell: 揭示增强免疫保护新机制

免疫系统的记忆 T 细胞是抵御细菌和病毒入侵机体的重要屏障之一，其随着时间的增长不断地更新，进而发挥长期保护作用。

2021 年 2 月 25 日，美国圣裘德儿童研究医院的迟洪波教授在 Cell 上发表研究论文 In vivo CRISPR screening reveals nutrient signaling processes underpinning CD8+ T cell fate decisions。该工作通过 CRISPR 筛选技术在小鼠细胞中系统中发现 3000 多个调控细胞代谢的基因，研究发现 敲除某些氨基酸转运体或糖基转移酶，记忆 T 细胞的分化发育反而得到加强，即营养物质的部分代谢通路影响了记忆 T 细胞的数量与质量。

同时，该研究明确了 T 细胞的一种新亚型，命名为末端效应启动 T 细胞，对记忆 T 细胞的生命活动发挥着调控作用。

该研究为理解营养物质和免疫通路间的关联提供了新思路，对于通过靶向代谢通路进而增强机体免疫系统抵御外界感染具有重要指导意义！

图 3：来源 Cell

4. Nature Plants: 首次揭示植物囊泡 sRNA 分选机制

植物免疫反应过程中，小 RNAs (small RNAs，sRNA) 通过调控抗病相关基因表达发挥着重要作用。目前，植物胞外囊泡 sRNA 的分选机制仍不清晰。

2021 年 2 月 25 日，美国加州大学金海翎教授团队在 Nature Plants 发表研究论文 RNA-binding proteins contribute to small RNA loading in plant extracellular vesicles。该研究通过质谱分析对拟南芥胞外囊泡蛋白进行鉴定，发现 Argonaute 1 (AGO1), RNA helicase 11 (RH11), RH37, Annexin 1 (ANN1) 和 ANN2 这组 RNA 结合蛋白均位于植物胞外囊泡内部。有趣的是，AGO1，RH11 和 RH37 能够特异性地结合胞外囊泡分泌的 sRNA 而不结合非分泌 sRNA，另外 ANN1 和 ANN2 的 sRNA 结合无选择特异性。

上述研究表明，植物胞外囊体分泌的 sRNA 受特异的 RNA 结合蛋白分选，后者在植物抵抗病原菌的入侵机制中发挥重要作用。该工作对于研发影响植物生长的真菌病原体抑制剂具有重大意义！

图 4：来源 Nature Plants

5. Nature: 解析东亚地区人群形成史

古 DNA 研究是一门围绕分子生物学技术发展起来的交叉学科，以分析挖掘人类考古遗迹和古生物化石标本中遗传信息为主。

2021 年 2 月 22 日，厦门大学王传超教授课题组联合全球 43 个单位研究者在 Nature 上发表研究论文 Genomic Insights into the Formation of Human Populations in East Asia。该研究通过古 DNA 东亚人群形成历史进行了精细解析，研究发布了东亚地区距今 1 千年左右的 166 个古人基因组捕获测序数据，包括中国陕西五庄果墚遗址、中国台湾汉本和公馆遗址、蒙古国、俄罗斯远东地区、和日本考古遗址等。

该工作是国内围绕东亚地区开展的最大规模的考古基因组学研究，研究发布的东亚地区古人基因组样本量是国内以往研究样本量的 2 倍，对于提高中国境内考古基因组学的科研水平具有里程碑的意义！

图 5：来源 Nature

6. Nature Neuroscience：培养皿里长出「迷你人脑」

迷你人脑，是科学家利用人类干细胞培养出具有人类大脑一些特有组成部分的 3D 结构「类脑器官」。

2021 年 2 月 22 日，长期致力于类器官研究大脑发育与疾病的美国斯坦福大学 Sergiu Pasca 教授团队，联合加州大学洛杉矶分校（UCLA）的 Daniel Geschwind 教授团队在 Nature Neuroscience 杂志上发表论文 Long-term maturation of human cortical organoids matches key early postnatal transitions，研究人员首次突破类器官培养时间限制，历时 300 天，定期提取人脑类器官中的细胞，通过 RNA 测序查看基因表达。令人惊讶的是， 人脑类器官长到大约 9 个月，其基因表达模式出现了转变，接近于刚出生的胎儿脑细胞。

或许不久的将来，这些从培养皿里长出的迷你人脑能将换脑手术变为现实！

图 6. 来源 Nature Neuroscience

7. Nature: 找到肿瘤抑制免疫系统的开关

肿瘤极其狡猾，利用人体内调节性 T 细胞作为挡箭牌躲过免疫系统的攻击，从而在人体组织中肆虐。

2021 年 2 月 24 日，美国圣裘德儿童研究医院迟洪波课题组在 Nature 杂志发表论文 Lipid signalling enforces functional specialization of Treg cells in tumours， 研究人员找到一个调节肿瘤微环境的主要「开关」——SREBP 蛋白，通过关闭肿瘤附近的调节性 T 细胞，使其无法抑制免疫系统的功能。在不损伤正常组织的生理功能下，该研究结果为后续快速清除肿瘤细胞，减缓肿瘤的生长开辟了抗癌新疗法。

癌症令人谈虎色变，望新疗法能尽快转化为临床应用！

图 7. 来源 Nature

8. Cell: 揭示 DNA 同源重组的关键机制

2021 年 2 月 23 日，北京大学生命科学学院孔道春实验室在 Cell 杂志发表论文 RNA polymerase III is required for the repair of DNA double-strand breaks by homologous recombination，该研究发现了 DNA 同源重组过程的一个必需中间体 —RNA-DNA hybrid，及一个必需因子 —RNA 聚合酶 III， 回答了真核细胞是如何进行末端切除 5'- 链的几千个核苷酸，但又保证 3'- 链的绝对完整这一长期悬而未决的核心问题。

这一教科书级别的发现推动 DNA 同源重组事件分子机制的理解到达新的层次，并为基因治疗法、抗癌药物的研发、物种的开发等提供了新思路！

图 8. 来源 Cell

9. Nature: 运动能提高骨密度，防治免疫功能缺陷

2021 年 2 月 24 日，美国西南医学中心和霍华德休斯研究所 Sean Morrison 研究组在 Nature 杂志发表论文 A mechanosensitive peri-arteriolar niche for osteogenesis and lymphopoiesis。该研究首次鉴定了成体骨髓中的动脉周细胞，发现了一个全新的受机械力调控的动脉周祖细胞龛，并首次报道了运动产生的机械力能够通过动脉血管传递给骨髓中的细胞，激活成骨祖细胞上的 Piezo1 受体调节成骨祖细胞和淋巴祖细胞，为延缓器官衰老、防治衰老相关的骨质疏松和免疫功能缺陷提供了新型潜在的干预靶标。

所以，仙男仙女们，赶紧运动起来吧！

图 9. 来源 Nature

10. Science: 解开肝脏惊人的再生能力之谜

在人体的所有器官中，肝脏的再生能力最为强大。

2021 年 2 月 26 日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）周斌研究组在 Science 杂志发表论文 Proliferation tracing reveals regional hepatocyte generation in liver homeostasis and repair。该研究首次开发了能够长时程示踪体内细胞增殖的新技术，利用该技术研究人员发现了成体肝细胞的来源，鉴定出负责肝脏维持和再生的细胞类型何及位置，为肝脏再生及肝疾病临床治疗研究提供了新思路。

相信不久的将来，对于肝衰竭的患者，不需肝移植，只需细胞移植便可拯救患者生命！

图 10. 来源 Science

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题图来源：站酷海洛 Plus

参考文献：

1. Peter Ebert et al., Haplotype-resolved diverse human genomes and integrated analysis of structural variation. Science (2021). Doi: 10.1126/science.abf7117.

2. Rao, C., Coyte, K.Z., Bainter, W. et al. Multi-kingdom ecological drivers of microbiota assembly in preterm infants. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03241-8

3. Hongling Huang et al., In vivo CRISPR screening reveals nutrient signaling processes underpinning CD8+ T cell fate decisions. Cell (2021). Doi: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.02.021.

4. He, B., Cai, Q., Qiao, L. et al. RNA-binding proteins contribute to small RNA loading in plant extracellular vesicles. Nat. Plants (2021). https://doi.org/10.1038/s41477-021-00863-8.

5. Wang, CC., Yeh, HY., Popov, A.N. et al. Genomic Insights into the Formation of Human Populations in East Asia. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03336-2

6. Gordon, A., et al. Long-term maturation of human cortical organoids matches key early postnatal transitions. Nat Neurosci (2021). https://doi.org/10.1038/s41593-021-00802-y

7. Lim, S.A., Wei, J., Nguyen, TL.M. et al. Lipid signalling enforces functional specialization of Treg cells in tumours. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03235-6

8. Shijie Liu.,et al. RNA polymerase III is required for the repair of DNA double-strand breaks by homologous recombination.Cell (2021) . https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.01.048

9. Shen, B., Tasdogan, A., Ubellacker, J.M. et al. A mechanosensitive peri-arteriolar niche for osteogenesis and lymphopoiesis. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03298-5

10. Yonglong Wei et al. Proliferation tracing reveals regional hepatocyte generation in liver homeostasis and repair.Science (2021). https://doi.org/10.1126/science.abb1625

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