8月Nature杂志不得不看的重磅级亮点研究

时间总是匆匆易逝，转眼间8月份即将结束，在即将过去的8月里，Nature杂志又有哪些亮点研究值得学习呢？小编对相关文章进行了整理，与大家一起学习！

图片来源：Unsplash/CC0 Public Domain

【1】Nature：诸如红茶、巧克力和浆果等富含抗氧化剂的食物或会增加结直肠癌的患病风险

doi：10.1038/s41586-020-2541-0

有一个长期困扰医生们的事实，那就是小肠的癌症非常罕见，而结直肠癌却非常常见，结直肠是毗邻小肠的一个非常小的器官，同时结直肠癌也是引发患者因癌症死亡的主要原因之一，那么结直肠组织为何会出现癌症呢？为了回答这一问题，近日，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自耶路撒冷希伯来大学等机构的科学家们通过研究发现，癌症突变或许本身并不是一件坏事，实际上，在诸如肠道等特定的微环境中，这些突变实际上能帮助机体抵御癌症，而并不是扩散癌症，然而，如果肠道微生物组能够产生大量代谢产物的话，就比如在某些特定细菌和诸如红茶和热可可中发现的富含抗氧化剂的食物，那么其就能成为一种特别适合基因突变的环境，并能加速癌症的生长。

文章中，当研究人员仔细分析胃肠道癌症时，他们会注意到肠道微生物组，同时还会发现为何只有2%的癌症会出现在小肠中，而高达98%的癌症则会发生在结肠中，这两种器官的一个最主要的区别就是其携带肠道菌群的水平，小肠中的菌群水平较低，而结肠中的菌群水平则较高，因此科学家们开始越来越关注肠道微生物组在机体健康中扮演的关键角色，其既有积极性的作用，但在某些情况下也会促进疾病的发生。

【2】Nature：让新冠病毒刺突蛋白保持在融合前构象设计出新型mRNA疫苗

doi：10.1038/s41586-020-2622-0

在一项新的研究中，美国第一个进入人体试验的SARS-CoV-2实验性mRNA疫苗在一种经过精心改造的刺突蛋白的帮助下，已被证实能引起中和抗体和有益的T细胞反应。相关研究结果于2020年8月5日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“SARS-CoV-2 mRNA vaccine design enabled by prototype pathogen preparedness”。这种称为mRNA-1273的疫苗是由美国国家卫生研究院（NIH）和生物技术公司Moderna合作开发的。这项关于这种近期进入III期人体临床试验的Moderna-NIH疫苗的最新研究描述了在小鼠体内的临床前研究结果和由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的一个研究团队对这种刺突蛋白进行的重要基因改造。

这篇论文的一部分描述了让SARS-CoV-2与宿主细胞融合并感染它的刺突蛋白保持稳定。早期对冠状病毒的研究对于从病毒基因组测序到人体疫苗测试的最快进展至关重要，这只需要66天。研究者表示，有几件事是快速开发疫苗的关键，包括了解刺突蛋白的精确原子水平结构和如何让它保持稳定。尽管这一切发生得很快，但由于多年的早期研究，这种疫苗开发是可能的。

【3】Nature：揭秘钠离子控制线粒体呼吸链中缺氧信号的分子机制

doi：10.1038/s41586-020-2551-y

近日，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自西班牙马德里的国立心血管病研究中心等机构的科学家们通过研究揭示了在缺氧早期阶段（组织中氧气的急性减少）机体活性氧（ROS）产生量增加的分子机制，相关研究结果代表了细胞生理学研究上的一大进展，未来研究者或能以本文研究结果为基础开发治疗缺氧扮演关键作用的多种疾病，比如中风和心脏病发作等。

在大部分真核细胞中，能量都是通过线粒体的氧化磷酸化系统（OXPHOS）中消耗的氧气所产生的，OXPHOS系统消耗的氧气就能够产生活性氧，直到最近研究人员才发现活性氧或许具有代谢毒性；然而我们都知道，当活性氧少量产生时，其就会扮演一种特殊信号诱发细胞适应性，机体中氧气浓度的下降则会诱发活性氧的快速产生，从而就会开启细胞对氧气缺乏的适应性反应，细胞应对持续性缺氧的分子机制这一研究获得了2019年诺贝尔生理学或医学奖；这种缺氧的长期反应是由低氧诱导性因子（HIF）所介导的，但机体有着快速的方法来对不依赖于HIF的缺氧状况产生反应，同时是由活性氧所介导的，目前研究人员并不清楚在缺氧早期阶段活性氧产量增加的具体分子机制，但本文研究就提出了重要的见解。

【4】Nature：揭示关键分子HDAC3控制机体炎症阴阳两面的分子机理

doi：10.1038/s41586-020-2576-2

近日，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的科学家们通过研究发现，一种名为组蛋白脱乙酰基酶3（HDAC3，histone deacetylase 3）的特殊蛋白或能作为机体免疫系统应对感染的炎症反应的协调子；利用特殊培养的细胞和小型动物模型进行研究后，研究者发现，HDAC3或许直接参与到了杀灭有害病原体制剂的产生，以及维持机体体内稳态的过程中去；目前一部分方法正在被检测是否能抵御癌症和有害的炎症，比如败血症等，而诸如HDAC3的靶向性分子实际上会产生意想不到的致命性后果。

医学博士Mitchell A. Lazar表示，我们的研究结果表明，HDAC3或许是机体先天性免疫反应的关键，因为其有着阴阳两面，即既能诱发炎症又能减缓炎症发生。既然我们了解了这一点，如今就应该更加清楚当进行药物测试及用来对抗潜在致命性炎症时，我们需要靶向针对什么。炎症是机体先天性免疫系统所采用的一种高度复杂的防御性机制，也就是说，其是一个人与生俱来的东西，而不是像机体免疫系统的其它部分是从后天获得的；尽管炎症是以机体出现肿胀为主要特征，但其也包括血流和血管通透性的改变，以及白细胞的迁移；如果调节得当的话，炎症反应会迅速准确地定位并消除潜在危险，随后机体就会进入抗炎性过程，帮助移除损伤的组织以便机体开始愈合和修复。

【5】Nature：新发现！机体感染病原体之前 肠道微生物或会塑造机体多种抗体的产生！

doi：10.1038/s41586-020-2564-6

B细胞是一种能发育产生抗体的白细胞，其所产生的抗体/免疫球蛋白能与有害的外来颗粒（病毒或致病菌等）结合并阻断其对宿主的入侵及对机体细胞的感染，每一个B细胞都会携带单一的B细胞受体（BCR）其能帮助确定所结合的外源性物质，这就好像每个锁子能接受一个不同的钥匙一样。机体中拥有数百万个携带不同受体的B细胞，B细胞的巨大多样性源于编码受体基因的重新排列，所以每个B细胞表面的受体都会略有不同，从而就会使其能够识别数十亿种不同的有害性分子；此外，肠道微生物还能诱发这些B细胞群体的扩张和抗体的产生，但直到现在，研究人员并不清楚是否这是一个随机的过程，还是肠道微生物的分子自身影响了结果。

近日，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自伯尔尼大学等机构的科学家们通过研究分析了该系统中编码抗体产生的数十亿个基因的表达情况，该系统能让科学家们了解基因对单个良性肠道微生物的反应。肠道内生存的良性微生物的数量与体内的细胞数量大致相同，大部分细菌都会停留在肠道内而无法穿透机体组织，但不幸的是，肠道菌群的有些渗透过程是无法避免的，因为肠道仅仅拥有一层细胞，其能将我们吸收食物营养所需要的血管与血管内部分开/隔绝开。

图片来源：Ella Maru Studio

【6】Nature：ENCODE获重大进展！科学家成功绘制出调节基因表达的分子元件的完整目录！

doi：10.1038/d41586-020-02139-1

近日，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室等机构的科学家们通过研究成功绘制出了调节基因表达的分子元素/元件的完整目录。研究者表示，这项历时17年的研究计划如今绘制出了一份详细的基因组图谱，其能够揭示成千上万个潜在的基因调控区域的位置，这一资源未来或将帮助所有人类生物学的研究向前发展。

在人类基因组的30亿个碱基对中，仅有2%的碱基能够编码构建和维持机体功能的蛋白质，另外98%的基因组中则蕴藏着潜在的基因调控区域，这些序列能够为细胞提供所需要的指令和工具来将蛋白质配方转换成为一种极其复杂的生物体，尽管非常重要且具有一定的普遍性，但目前研究人员对非编码基因区域的研究明显少于对基因编码区域的研究，部分原因可能是科学家们在研究非编码区域上存在一定困难。

【7】Nature：如何通过轻松按下代谢开关就能有效减缓肿瘤的生长和进展？

doi：10.1038/s41586-020-2609-x

近日，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自加利福尼亚大学等机构的科学家们通过研究发现，名为丝氨酸软脂酰转移酶（SPT，serine palmitoyl-transferase）的酶类或能作为一种代谢反应开关来抑制肿瘤的生长。通过限制膳食氨基酸丝氨酸和甘氨酸，或药理学靶向作用丝氨酸合成酶类—磷酸甘油酸脱氢酶，研究人员就能诱导肿瘤细胞产生一种毒性脂质从而减缓小鼠机体中肿瘤的进展，后期研究人员还需要深入研究来确定这一方法是否能转化到临床患者中去。

在过去10年里，科学家们发现，从动物性饮食中移除丝氨酸和甘氨酸或能减缓某些肿瘤的生长，然而大部分的研究人员重点研究了这些饮食如何影响DNA的表观遗传学、DNA代谢和抗氧化活性，然而本文中，研究人员识别出了干预措施对肿瘤脂质所产生的明显影响效应，尤其是细胞表面发现的肿瘤脂质。研究者Christian Metallo教授说道，本文研究强调了代谢的复杂性，以及当考虑使用代谢疗法时理解跨越多种不同生化通路的生理学特性的重要性。

【8】Nature：科学家揭示新冠病毒刺突蛋白在完整病毒颗粒上的结构和分布

doi：10.1038/s41586-020-2665-2

新型冠状病毒SARS-CoV-2属于β冠状病毒属，是一种包膜病毒，含有较大的由核衣壳蛋白（N）包裹的正义RNA基因组。三个跨膜蛋白被整入病毒脂质包膜：刺突蛋白（S）和两个较小的蛋白，即膜蛋白（M）和包膜蛋白（E）。当通过低温电镜（cryo-EM）成像时，β冠状病毒呈近似球形颗粒，直径在100纳米上下浮动，内含致密的病毒质（viroplasm），由突脂质双层包围着，S蛋白三聚体（下称S三聚体）从脂质双层中突出。SARS-CoV-2的S三聚体结合到靶细胞表面上的受体ACE2，并介导随后的病毒摄取和融合。在这样做的过程中，S蛋白经历了显著的结构重排，从融合前的构象切换到融合后的构象。S蛋白融合前和融合后的整体结构在冠状病毒中是非常保守的。

在感染过程中，冠状病毒广泛地重塑细胞的内部膜结构，产生病毒复制细胞器以便在其中进行病毒复制。S蛋白，连同蛋白M和E，被插入到内质网（ER）的膜中，并被运送到内质网-高尔基体中间区室（ER Golgi intermediate compartment， ERGIC）。封装的基因组出芽到ERGIC中以形成病毒颗粒，随后将病毒颗粒运送到质膜并释放出去。S蛋白是通过先在S1/S2位点随后在S2'位点进行蛋白酶切割，从而为膜融合做好准备。

【9】Nature：自闭症研究新成果！揭秘基因突变修饰自闭症患者社会行为的分子机制！

doi：10.1038/s41586-020-2563-7

近日，一篇发表在国际杂志Nature上的研究报告中，来自巴塞尔大学等机构的科学家们通过研究发现了遗传改变与自闭症相关的社会障碍之间的新型关联，即一种名为神经连接蛋白3（neuroligin-3）基因突变会降低机体催产素的作用；文章中，研究者报道了一种疗法或能促使自闭症患者的社会行为正常化，如今他们已经在动物模型中实现了预期的结果。

自闭症患者的数量约占总人口的1%，患者的特征主要表现为交流方式的改变、重复性的行为及社交困难，多种遗传性因素都会参与到自闭症的发生中，目前研究人员已经识别出了数百个与自闭症发生相关的基因，其中就包括编码突触粘附分子神经连接蛋白3的基因，目前研究人员并不清楚为何大量的遗传改变与自闭症症状发生相关，而这一点也是研究人员开发新型自闭症疗法所面临的巨大挑战之一。

【10】Nature深度解读！揭秘缺乏营养的饥饿细胞回收细胞内部组分的分子机制！

doi：10.1038/s41586-020-2446-y

细胞就像是一座城市的概念是生物学中的常见介绍，这会让人将细胞中的细胞器描绘为发电厂、工厂等，就好比是一座城市，这些结构的建设和运行也都需要大量的资源，当资源匮乏时，细胞内部的成分就必须被回收，从而提供必要的元件，尤其是氨基酸来维持细胞的基本功能。但当细胞处于饥饿状态下其又是决定该回收什么呢？一种普遍的假说认为，饥饿的细胞更倾向于通过自噬过程来回收核糖体，自噬是一种大量降解蛋白质的过程。

近日，一项刊登在国际杂志Nature上题为“Systematic quantitative analysis of ribosome inventory during nutrient stress”的研究报告中，来自哈佛医学院的研究人员就系统性地调查了正常和营养匮乏的细胞中的整个蛋白质景观，从而确定哪些蛋白质和细胞器能被自噬过程所降解；研究结果表明，与预期相反，核糖体并没有优先通过自噬过程被回收，而是有少量其它细胞器，尤其是内质网的一部分会被降解。（生物谷Bioon.com）

更多精彩阅读：

7月Nature杂志不得不看的重磅级亮点研究

6月Nature杂志不得不看的重磅级亮点研究