10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10月份即将结束，在即将过去的10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：Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-2818-3

【1】Nature：震惊！重症新冠肺炎的主要遗传风险因素竟来自尼安德特人

doi：10.1038/s41586-020-2818-3

在一项新的研究中，德国马克斯-普朗克进化人类学研究所的Hugo Zeberg和Svante Paabo研究了一组与感染冠状病毒SARS-CoV-2的患者住院和呼吸衰竭的风险较高有关的基因，发现一些人从尼安德特人祖先（Neanderthal ancestor）那里遗传的基因可能会增加他们罹患重症COVID-19的可能性，相关研究结果发表在Nature期刊上。

这两名研究人员确定这些基因属于一个基因组合，或者说单倍型（haplotype），很可能来自尼安德特人。这种单倍型在欧洲约有16%的人口和南亚一半的人口中发现，而在非洲和东亚则不存在。尼安德特人（Homo neanderthalensis），简称尼人，也被译为尼安德塔人，常作为人类进化史中间阶段的代表性居群的通称，因其化石发现于德国尼安德特山谷而得名。尼安德特人是现代欧洲人祖先的近亲，从12万年前开始，他们统治着整个欧洲、亚洲西部以及非洲北部，但在两万四千年前，这些古人类却消失了。已知现代人类和尼安德特人在历史上的不同时期进行过杂交，从而导致了基因交换。

【2】Nature：首次在3D空间中绘制出姐妹染色单体的构象图谱

doi：10.1038/s41586-020-2744-4

长链染色体DNA分子的正确折叠对于细胞功能的正常发挥非常重要，近日，一篇发表在国际杂志Nature上的研究报告中，来自奥地利科学院分子生物技术研究所等机构的科学家们通过研究开发了一种开创性的方法来绘制复制DNA分子之间的接触点，相关研究结果阐明了基因组在人类细胞核中进行折叠的分子机制。细胞非常小，每个细胞的直径仅有微米级别，然而，编码基因组的染色体DNA分子的整体长度却接近2米长，为了适应细胞，染色体DNA会被折叠很多次；DNA不仅仅是随机地挤进细胞核的，而是会折叠成为一种特殊、高度调控的结构，染色体DNA的空间组织架构会调节不同部分之间的拓扑结构的相互作用，从而支持基因组在不同细胞世代的适当表达、维持和运输等。

DNA的断裂（可能是自发的或是因放射、化学损伤所导致的）会产生严重的后果，因为其会促进DNA突变最终诱发癌症，但并非每个DNA的破坏都会产生灾难性的后果，因为细胞在修复损伤方面也拥有独创性的手段和方法。其中一个主要的DNA修复通路涉及从复制的姐妹染色单体上拷贝受损DNA的缺失信息，但要想做到这一点，姐妹染色单体的两个DNA分子需要在完全相同的基因组位置彼此靠近，然而，这两个DNA分子是如何被彼此组织起来用以支持重要的修复环节的，目前研究人员并不清楚。

【3】Nature：新冠候选疫苗BNT162b1可引发强劲的人体抗体反应和TH1 T细胞反应

doi：10.1038/s41586-020-2814-7

人们需要一种有效的疫苗来阻止SARS-CoV-2大流行的蔓延。最近，来自美国辉瑞公司的研究人员报道了一项正在进行的安慰剂对照、观察者单盲（observer-blinded）的1/2期2019年冠状病毒病（COVID-19）疫苗（称为BNT162b1）临床试验的安全性、耐受性和抗体反应数据，该临床试验涉及45名年龄在18岁至55岁之间的健康成年人。其中的一半人被随机选择注射低、中、高剂量的BNT162b1，而另一半人注射 “假疫苗”安慰剂。它的临床结果表明这种候选疫苗在参与者中引起了强大的免疫反应，而且剂量越大，免疫反应越强。注射第二剂“加强”疫苗也会增强免疫系统的反应。事实上，在注射这种候选疫苗的参与者中，SARS-CoV-2中和抗体的水平比那些从 SARS-CoV-2感染中恢复过来的患者高1.9 至 4.6 倍。不过，这些研究人员强调还需开展III期临床试验---在更大的人群中测试这种候选疫苗---来验证这种候选疫苗的安全性、它所引起的保护作用的强度和持续时间。

BNT162b1是一种脂质纳米颗粒（lipid nanoparticle， LNP）配制的经过核苷酸修饰的信使RNA（mRNA），这种mRNA编码SARS-CoV-2刺突蛋白（S蛋白）的受体结合结构域（RBD）。在一项新的研究中，这些研究人员在18～55岁的健康成年人中开展了第二项非随机的开放标签的BNT162b1疫苗1/2期临床试验，评估了这些参与者接种BNT162b1疫苗后的抗体反应和T细胞反应，相关研究结果发表在Nature期刊上。

【4】Nature：新一代的类器官或能像机体真正的组织那样生长及发挥功能！

doi：10.1038/s41586-020-2724-8

如今，类器官正在迅速成为现代生命科学研究的前沿工具，研究人员想通过利用干细胞来制造微型组织和器官，并使其能够精确地模仿真实组织和器官的行为。从基础生物学研究到药物开发和测试，类器官都能够通过提供健康或疾病的人类组织来补充动物学实验，并加速从实验室研究到临床试验的漫长旅程；除此之外，研究人员还有可能通过提取来自患者机体自身的干细胞，并培育其成为新的肝脏、心脏、肾脏或肺脏等组织，从而利用类器官技术来取代患者自身受损的组织甚至器官等。

然而，截止到目前为止，已经存在的制造类器官的方法都存在相当大的缺陷，干细胞能不受控制地发育成为寿命较短的圆形和封闭的组织，以及非生理状态下的尺寸和形状，所有这些因素都导致了类器官与真实器官在解剖学和生理学上的整体不一致性。近日，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自洛桑联邦理工学院等机构的科学家们通过研究开发了一种新方法，其能引导干细胞形成肠道类器官，其在外观和功能上与真实的组织几乎一模一样，研究者表示，这种新方法能利用干细胞沿着模拟原生组织表面的管状支架生长和组织的能力，并能将其植入一种微流体芯片中。

【5】Nature：新角色！小胶质细胞或能有效调节大脑中神经元的功能和行为！

doi：10.1038/s41586-020-2777-8

近日，来自西奈山医院等机构的科学家们通过研究发现，在大脑中扮演清道夫角色帮助清理死亡细胞的免疫细胞，或在小鼠和人类机体行为的调节上也扮演着关键角色，相关研究成果刊登在了国际杂志Nature上，这种特殊的清道夫细胞名为小胶质细胞（microglia），其能保护大脑在健康和疾病状态下不受异常激活的影响，本文研究结果对于科学家们治疗与人类神经变性疾病和炎性疾病相关的行为异常也有着非常重要的意义。

医学博士Anne Schaefer表示，当我们想到大脑功能时通常会思考大脑中的神经元是如何控制思想和机体行为的，但大脑同时还能控制大量的非神经性细胞，包括小胶质细胞等，本文研究就发现了一个新亮点，即小胶质细胞或能作为神经细胞调节大脑神经活性和行为的“伙伴”，这些小胶质细胞能够感知并对神经激活产生反应，同时还能对过度的神经活性产生一种负反馈机制，这种新型的小胶质细胞介导的神经调节机制在保护大脑免于疾病侵袭方面发挥着重要作用。

图片来源：CC0 Public Domain

【6】Nature：重磅！科学家成功绘制出肠道类器官再生的表型蓝图！

doi：10.1038/s41586-020-2776-9

过去十年里，科学家们共同见证了类器官研究领域的发展和繁荣，即在体外利用干细胞培育的微型器官；这些类器官能够展现亲缘器官（比如大脑、肾脏、肠道或肺脏）的细胞类型组成和多种功能，而且其能完美地适用于实验操作，这就使其能够成为全球研究人员使用的一种无价的工具。源自肠道（哺乳动物更新速度最快的组织）的类器官不仅能够展示肠道上皮组织的结构，还能表现出肠道组织损伤后的再生能力，肠道类器官能从单个细胞发育而来，其会受到细胞内在能力的驱动并经历一种再生过程，从而通过自组装方式构建复杂的层次结构，然而，目前研究人员并不清楚驱动和调节这一过程的因素和机制。

近日，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自Friedrich Miescher生物医学研究所等机构的科学家们就通过研究绘制出调节肠道类器官发育组装过程的功能性遗传互作图谱，来理解肠道组织再生的分子机制，基于此，研究人员构建了一种基于图像的表型筛选平台，其能对经过化合物文库处理的40万个类器官进行分析，从而评估哪种化合物能影响类器官的功能，随后，研究人员根据表型对每种类器官进行了分类，并针对所筛选的3000种化合物的每一种产生了一种独特的“表型指纹”图谱。

【7】Nature：科学家通过对97，691个全基因组进行分析揭示了诱发克隆性造血过程的遗传性原因！

doi：10.1038/s41586-020-2819-2

近日，一项刊登在国际杂志Nature上题为“Inherited causes of clonal haematopoiesis in 97，691 whole genomes”的研究报告中，来自麻省总医院等机构的科学家们通过对97，691名个体机体的全基因组进行分析揭示了诱发克隆性造血（clonal haematopoiesis）的遗传原因。

年龄是诱发大多数人类慢性疾病的主要风险因素，但目前研究人员并不清楚衰老所介导的疾病风险背后的分子机制；在再生造血干细胞群中，年龄相关的体细胞突变的获得会导致克隆的扩展，最近这已经被证实与人类血液癌症和冠心病发生直接相关，这种现象被称之为“不确定的潜在克隆性造血作用”（CHIP，clonal haematopoiesis of indeterminate potential）；同时分析种系和体细胞的全基因组序列数据或能为揭示诱发CHIP的根本原因提供一定的思路和机会。

【8】Nature：科学家对于人工智能技术的透明度和可再现性提出质疑！

doi：10.1038/s41586-020-2766-y

近日，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自纽约市立大学等机构的科学家们对利用人工智能系统来进行乳腺癌筛查的评估研究提出了异议，研究者Levi Waldron说道，我们对于那些用于卫生应用的人工智能算法缺少一定的透明度表示关切。在最近发表的一项研究中，包括来自谷歌健康团队（Google Health）的研究人员表示，他们利用人工智能技术能通过乳腺X光照片的信息来进行乳腺癌的诊断，而且这要比人类放射学专家更加准确。研究者认为，限制性的数据访问程序、缺乏公开的计算机代码以及并未报告的模型参数或许让任何研究人员证实或扩展该项工作带来很大的困难。

此外，本文研究结果还强调了如何建立保护患者隐私的适当措施，同时研究者还允许更广泛的研究团队贡献更多的方法来纠正潜在的错误。研究者Waldron说道，这种反反复复的斗争是当前关于谁控制数据的斗争状态的一个非常引人注目的例子，而这种斗争在生物医学和其它研究领域已经上演了数十年了。资金充足且进行患者数据收集的研究人员很少会有分享的动机，但他们却是让患者签下知情同意书的人，也是决定分享条款的人；保护患者的隐私，即使是假设的风险，或许也会成为一种方法，让宝贵的数据（甚至是由此所产生的预测模型的参数）远离其他研究人员。

【9】Nature：揭示一种新的阻止细胞过早衰老机制

doi：10.1038/s41586-020-2815-6

众所周知，积聚在染色体末端的分子在防止DNA受损方面发挥着关键作用。如今，在一项新的研究中，来自瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员揭示了这些分子如何靶向到染色体的特定部分上---这一发现可能有助于更好地理解衰老和癌症中调节细胞存活的过程，相关研究结果近期发表在Nature期刊上；就像鞋带两端的金属饰物能防止鞋带末端磨损一样，称为端粒的DNA片段在染色体末端形成保护帽。但随着细胞发生分裂，端粒变得越来越短，这使得保护帽的作用降低。一旦端粒变得太短，细胞就会停止分裂。端粒缩短和功能失常与细胞老化和包括癌症在内的年龄相关疾病有关。

科学家们已经知道，一种称为TERRA的RNA分子有助于调节端粒的长度和功能。2007年，洛桑联邦理工学院Joachim Lingner教授研究团队中的博士后研究员Claus Azzalin发现了TERRA，TERRA属于非编码RNA（ncRNA），ncRNA不会表达蛋白，但是作为染色体的结构成分发挥作用。TERRA积累在染色体末端，发出端粒应当被伸长或修复的信号。

【10】Nature：揭示癌细胞扩散的新机制

doi：10.1038/s41586-020-2774-y

肿瘤的形态和形式多种多样，但他们都有一个共同点，那就是通过假扮成正常细胞，进而学会生长，存活和扩散至新器官。最近，洛克菲勒大学的科学家发现了促进乳腺和肺部肿瘤转移的信号通路。在《Nature》杂志上发表的这项研究中，研究人员描述了这些癌细胞如何吸引附近的血管来获取该神经信号，最终使它们从原发肿瘤逃逸并进入血液循环。

几年前，Sohail Tavazoie实验室的科学家观察到，最终转移的肿瘤倾向于招募更多的血管，这使人们长期以来一直怀疑，渗入血管系统不仅帮助肿瘤存活和生长：它还可能促进癌细胞离开其原发部位，并在体内其他地方蔓延。研究者表示，我们假设血管内壁的细胞会发出信号，指示原发性肿瘤中的癌细胞发生转移，文章中，研究人员着手使用复杂的遗传，分子和生化方法组合寻找其中的信号机制。最终，Tavora和他的同事们找到了这一叫做Slit2的信号分子，这通常是神经元产生的一种蛋白质。此外，他们还解释了癌细胞是如何成功通过该信号发生转移的。（生物谷Bioon.com）

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