2022年2月Cell期刊不得不看的亮点研究

2022年2月28日讯/生物谷BIOON/---2022年2月份即将结束了，2月份Cell期刊又有哪些亮点研究值得学习呢？小编对此进行了整理，与各位分享。

1.Cell：揭示完整HIV病毒颗粒上的Env蛋白三维结构，可揭示Gag晶格的结构变异和定位
doi:10.1016/j.cell.2022.01.013

在一项新的研究中，利用在结构生物学领域开发的强大工具和技术，来自美国华盛顿大学和斯克里普斯研究所的研究人员发现了有关人类免疫缺陷病毒（HIV）的新细节。这些发现使人们关注这种病毒表面上下的基本结构，可能有助于设计和开发预防艾滋病（AIDS）的疫苗。相关研究结果发表在2022年2月17日的Cell期刊上，论文标题为“Cryo-ET of Env on intact HIV virions reveals structural variation and positioning on the Gag lattice”。

图片来自Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.01.013。

这些详细的发现包括在整个HIV病毒的背景下，这种病毒的包膜“刺突”蛋白（Env蛋白，在这种病毒与宿主细胞结合时使用）的结构和位置的三维视图。通常情况下，科学家们会观察从这种病毒中分离出来的蛋白颗粒，或者表达为工程蛋白或纯化蛋白。在另一项关键的发现中，这些作者对聚糖屏障（glycan shield）有了新的认识---病毒蛋白表面上存在的可以将HIV隐藏在身体免疫系统之外的糖链。

2.Cell：新方法筛选大规模遗传数据，有望鉴定出致先天性心脏病的蛋白网络
doi:10.1016/j.cell.2022.01.021

近1%的儿童出生时患有先天性心脏病--一系列可能威胁生命的心脏结构和功能的问题。对于大多数儿童来说，这些可怕的缺陷的确切原因是未知的。罪魁祸首似乎是参与子宫内心脏形成的异常基因版本，或者说基因变体。但是，关于究竟哪些基因会导致先天性心脏病以及它们如何相互作用，仍有许多东西有待了解。

如今，在一项新的研究中，来自美国格拉德斯通研究所的研究人员开发出一种新方法，用于识别可能在先天性心脏病中发挥重要作用的基因变体，为加快研究这一严重疾病提供了机会。相关研究结果于2022年2月18日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Transcription factor protein interactomes reveal genetic determinants in heart disease”。论文通讯作者为格拉德斯通研究所所长Deepak Srivastava博士和格拉德斯通数据科学与生物技术研究所主任Katie Pollard博士。

Srivastava说，“以前的方法产生了一长串在患者身上检测到的变体名单，但许多变体实际上被证明是不重要的，因此该领域的一个主要挑战是确定哪些变体是最重要的。我们的方法确定了最有可能参与疾病的变体，使我们能够专注于这些变体，加深对疾病的潜在生物学的理解，而且我们希望能够更迅速地迈向开发新的治疗方法。”

3.Cell：临床前研究发现肠道真菌影响神经免疫和社交行为
doi:10.1016/j.cell.2022.01.017

根据一项新的临床前研究，来自美国威尔康乃尔医学院的研究人员发现驻留在肠道中的一组特定的真菌可以保护肠道免受损伤并影响社交行为。他们揭示了一组新的分子信号，将肠道中的真菌与它们在整个身体中的宿主细胞（包括免疫细胞和神经元）联系起来。这些发现扩展了越来越多的“肠道-免疫-脑轴（gut-immunity-brain axis）”方面的研究，其中作为一种信号系统，肠道-免疫-脑轴可能对健康和疾病的生理学特性产生广泛的影响，不仅受到身体自身细胞的影响，也受到身体驻留微生物的影响。相关研究结果于2022年2月16日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Mucosal fungi promote gut barrier function and social behavior via Type 17 immunity”。

图片来自Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.01.017。

论文通讯作者、威尔康乃尔医学院胃肠病学与肝脏病学科医学免疫学副教授Iliyan Iliev博士说，“我们在肠道内壁中真菌诱导的主要免疫途径和影响动物行为的神经系统信号之间建立了直接的联系。”

肠道内壁必须平衡相互冲突的需求：从食物中吸收水分和营养物，同时作为屏障阻止肠道中大量微生物侵入血液。这些作者在一种小鼠模型中研究了这一系统，绘制了肠道内不同真菌的位置，并发现一组独特的真菌倾向于聚集在肠道上皮或内壁附近的特定部位，这表明这些物种已经在肠道内驻留，并与附近的上皮细胞密切相互作用。

4.Cell：免疫细胞或会在转移到大脑的肿瘤上留下指纹线索 或有望帮助开发治疗癌症脑转移的新型疗法
doi:10.1016/j.cell.2021.12.043

脑转移是最常见的脑癌形式，其特点是患者机体神经系统的残疾以及非常糟糕的预后；近日，一篇发表在国际杂志Cell上题为“Cellular architecture of human brain metastases”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，利用来自15个人类大脑转移中超过10万个恶性和非恶性细胞的数据，揭示了跨越7种不同类型脑瘤的转移细胞的两种功能性原型，其每一种都包含免疫和非免疫细胞的类型，相关研究结果为科学家们研究转移性脑瘤的形成提供了一种潜在的路线图，或有望帮助开发新型疗法来改善癌症转移性患者的治疗。

研究者Hugo Gonzalez表示，我们对转移性的肿瘤细胞（MTCs）进行了分析，并识别出了MTCs在七种转移性脑癌中所表达的8个功能性过程，这些专门和互补的过程在单细胞中能相互协作从而塑造两种反复出现的细胞原型，其中一种是炎性的，另外一种则是增殖性的，其在每一种转移性肿瘤中都会共存，都是由免疫细胞所塑造的。

脑转移是脑癌最常见的转移性形式，其发生率要比开始于大脑的癌症高出近10倍，尽管近年来用于大脑转移的疗法得到了极大的改善，但对于脑癌发生转移的机制还需要科学家们更为深入地理解。文章中，研究人员结合对来自不同癌症类型和实验模型的人类大脑组织转移进行高维单细胞分析，从而识别并理解能定义患者机体转移过程形成特征的反复模式，同时研究人员还确定了一种可比较的转移生境或微环境，以及一种富含T细胞和转移相关巨噬细胞的免疫抑制基质，其似乎在这两种原型的动态过程中发挥着重要作用。

5.Cell：科学家发现一种对肠道疾病伤口愈合非常关键的特殊蛋白的修复特性
doi:10.1016/j.cell.2021.12.024

Gasdermins是一种结构相关的蛋白质家族，最初是因为其在细胞焦亡(pyroptosis)中的作用而被科学家所描述，其成员Gasdermin B (GSDMB)目前被研究得最少，尽管其与机体慢性粘膜性炎症性障碍的遗传易感性之间存在一定的关联，但科学家们对在活动性疾病状态下其功能相关性知之甚少。近日，一篇发表在国际杂志Cell上题为“GSDMB is increased in IBD and regulates epithelial restitution/repair independent of pyroptosis”的研究报告中，来自凯斯西储大学医学院等机构的科学家们通过研究发现了Gasdermin B蛋白的新型特性，其或能促进诸如克罗恩病和溃疡性结肠炎等炎性肠病患者机体胃肠道内壁细胞的修复。相关研究结果意义重大，因为Gasdermin B对愈合上皮细胞的影响在研究伤口形成并设计新型疗法来增强伤口修复上扮演着非常重要的作用。

Gasdermins是一种会引发细胞焦亡的蛋白质家族，这种类型的细胞死亡通常是由感染和炎症所诱发的，其会导致诸如溃疡性结肠炎和克罗恩病等炎性肠病的发生。与其它Gasdermin蛋白不同的是，Gasdermin B（GSDMB）不会引发细胞交往，尤其是在上皮细胞中，但其却会保持胃肠道的健康，这或许对于后期开发新型治疗性策略具有重要意义。此前研究结果表明，携带Gasdermin B遗传突变的个体或患诸如哮喘症或炎性肠病等炎性障碍的风险较高。

图片来源：CC0 Public Domain。

研究者Pizarro说道，对于这种情况是如何发生的机制，我们知之甚少；本文研究中我们揭示了这些GSDMB遗传突变所产生功能性后果。因此，尽管当炎性肠病患者病情发作时其可能会产生高水平的GSDMB，因遗传突变所产生的GSDMB蛋白或干扰上皮细胞再生和形成对愈合至关重要的健康屏障的能力，比如在溃疡性结肠炎患者的机体溃疡位点。

随后科学家们使用最先进的技术分析了来自克罗恩病和溃疡性结肠炎患者机体的样本，比如单细胞RNA测序、CRISPR/Cas9和上皮类器官培养物等，研究结果证实，与健康个体机体中的GSDMB水平相比，炎性肠病（尤其是溃疡性结肠炎）患者机体活组织中的GSDMB的水平发生了实质性的增加。本文研究结果表明，GSDMB并没有导致上皮细胞的死亡，其水平的增加反而会导致：1）新生细胞的增殖和生长；2）细胞的迁移或移动；3）动态粘附性的减少，即细胞和影响其运动的其它表面之间的吸引力。这些过程或许都会促进上皮细胞层的恢复以及有效的伤口愈合。

6.Cell：科学家揭示人类日常饮食、肠道菌群和微生物代谢产物之间的神秘关联
doi:10.1016/j.cell.2022.01.002

我们都知道，生活在机体肠道中的微生物（微生物组）会以多种方式来影响机体的健康，竞争性微生物群落之间的平衡被认为在人类炎性肠病、免疫功能紊乱、神经变性疾病、癌症等多种疾病发生过程中扮演着重要角色。我们所摄入的饮食中的糖分会反过来影响微生物群落的平衡，即哪些微生物会不断生长，而哪些则不会生长；此外，微生物所分泌的成千上万种不同的代谢产物也会影响其彼此的生存，乃至宿主机体的健康。

近日，一篇发表在国际杂志Cell上题为“Strain-level fitness in the gut microbiome is an emergent property of glycans and a single metabolite”的研究报告中，来自波士顿儿童医院等机构的科学家们通过研究深入揭示了饮食、肠道菌群及其代谢产物之间的神秘关联；同时研究人员理解了这些复杂的部分是如何结合在一起的，文章中，研究人员重点对人类肠道中最主要的革兰氏阴性菌拟杆菌属(Bacteroides)进行了相关研究。

研究者表示，我们需要理解肠道微生物组中的每个物种，尤其是拟杆菌属细菌是如何在机体肠道中存活的，尤其是在我们想增强或减少它们时。肠道菌群能够竞争使用我们饮食中未消化的糖类来作为其能量来源，其中一些细菌有一半的基因组是专门用来如何更好地利用这些糖类的。研究者Rakoff-Nahoum及其同事系统性地检测了肠道中的代谢产物如何影响拟杆菌属细菌生长的，其中一种代谢产物会明显抑制某些拟杆菌，即一种名为丁酸盐的短链脂肪酸，其在宿主机体中扮演着至关重要的角色，包括免疫系统的发育等。当研究人员在人类饮食的不同糖类中培养拟杆菌时，他们发现，丁酸盐的抗微生物效应取决于每种细菌使用了什么样的糖类。

研究者表示，如果你将任何两种菌株放到糖类X中生长（在丁酸盐存在的情况下），A菌株就会被杀灭，而B菌株的生长状况就好像丁酸盐完全不存在一样。而在糖类Y中，研究人员恰恰观察到了相反的情况，即B菌株能被丁酸盐杀灭，而A菌株则不受任何影响。为何丁酸盐会杀灭某些拟杆菌而不是其它细菌呢？本文研究确定了第三个层面，即遗传因素，影响辅酶A代谢的基因的轻微变异会导致不同拟杆菌属细菌对丁酸盐敏感性的差异。

7.Cell：新研究为癌症转移的基因组基础提供了新见解
doi:10.1016/j.cell.2022.01.003

在一项新的研究中，来自美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心（MSK）的研究人员取得的新发现支持癌症科学中的一个新兴框架，即认为癌症转移主要不是由基因突变驱动的，而是由由于癌细胞与周围环境中的正常细胞相互作用而发生的表观遗传学变化驱动的。鉴于目前90%的癌症死亡是由癌症转移引起的，这一新数据有助于揭开围绕癌症转移的神秘面纱。相关研究结果发表在2022年2月3日的Cell期刊上，论文标题为“Genomic characterization of metastatic patterns from prospective clinical sequencing of 25,000 patients”。

图片来自Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.01.003。

大约六年前，一项合作研究开始确定是否有可能仅根据肿瘤的基因组图谱来预测肿瘤会转移到哪些器官。具体来说，人们想知道在许多不同的癌症类型中，某些突变或突变组合是否与癌症向特定器官的扩散相关联。

论文共同通讯作者、MSK流行病学与生物统计学系计算肿瘤学家Nikolaus Schultz博士说，“虽然我们确实发现一些基因突变在具有特定转移过渡的肿瘤样本中略为常见，但我们没有发现任何单一基因在发生突变时，能够预测肿瘤转移到特定器官的可能性。”

8.Cell：揭示新冠肺炎导致嗅觉丧失机制
doi:10.1016/j.cell.2022.01.024

在一项新的研究中，来自美国哥伦比亚大学和西奈山伊坎医学院等研究机构的研究人员发现了一种可能解释为何COVID-19患者会失去嗅觉的机制。具体而言，他们发现感染大流行病病毒SARS-CoV-2会间接调低嗅觉受体（OR）的作用，即鼻子中神经细胞（即神经元）表面的蛋白，可以探测与气味有关的分子。相关研究结果于2022年2月1日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Non-cell autonomous disruption of nuclear architecture as a potential cause of COVID-19 induced anosmia”。

这项新研究还可能阐明COVID-19对其他类型脑细胞的影响，以及COVID-19的其他挥之不去的神经系统影响，如“脑雾”、头痛和抑郁。

实验表明这种病毒在嗅觉组织的神经元附近的存在带来了能感知并对抗感染的免疫细胞---小胶质细胞和T细胞--的涌入。这些作者说，这些免疫细胞释放称为细胞因子的蛋白，改变了嗅觉神经元的遗传活动，即使这种病毒不能感染它们。根据他们的理论，免疫细胞的活动在其他情况下会迅速消散，而在大脑中，免疫信号的持续存在会降低表达嗅觉受体的基因的活性。

9.Cell：以往感染过SARS-CoV-2或接种过疫苗的大多数人都对Omicron变体产生T细胞免疫反应
doi:10.1016/j.cell.2022.01.029

当一个人感染了导致COVID-19的冠状病毒SARS-CoV-2时，免疫系统被要求采取行动，产生靶向病毒蛋白的抗体和T细胞，以便清除感染。已经很清楚的是，SARS-CoV-2最近的奥密克戎（Omicron）变体可以逃避抗体反应，甚至在许多接种过COVID-19疫苗的人身上也是如此；然而，在一项新的研究中，来自美国麻省总医院（MGH）等研究机构的研究人员发现在大多数先前遭受SARS-CoV-2感染或接种疫苗的人身上，T细胞对Omicron变体的反应仍然很强大，从而提供了对严重疾病的保护。相关研究结果近期发表在Cell期刊上，论文标题为“T-cell reactivity to the SARS-CoV-2 Omicron variant is preserved in most but not all individuals”。

图片来自Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.01.029。

在这项研究中，这些作者从马萨诸塞州切尔西市76名接种过疫苗和未接种过疫苗的成年人中获得了血液样本，这些人中一些之前遭受SARS-CoV-2感染，另一些没有遭受感染。他们发现，有先前感染、接种疫苗、既有先前感染又有接种疫苗、以及接种加强疫苗的人的T细胞反应在很大程度上保留了对Omicron变体刺突蛋白的反应。有先前感染的人也会产生针对这种病毒中其他蛋白的反应。

10.Cell：新开发的吸入式疫苗可对SARS-CoV-2变体提供广泛保护
doi:10.1016/j.cell.2022.02.005

在一项新的研究中，来自加拿大麦克马斯特大学的研究人员开发出一种吸入式的COVID-19疫苗，并证实该疫苗能够针对SARS-CoV-2的原始毒株和令人担忧的变体提供广泛、持久的保护。这些发现揭示了不采取传统注射而将疫苗直接递送到呼吸道的免疫机制和重大好处。他们表示，鉴于吸入式疫苗靶向呼吸道病毒首次进入人体的肺部和上呼吸道，它们在诱发保护性免疫反应方面要有效得多。相关研究结果于2022年2月8日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Respiratory mucosal delivery of next-generation COVID-19 vaccine provides robust protection against both ancestral and variant strains of SARS-CoV-2”。

这项临床前研究是在动物模型上进行的，它提供了关键的概念证明，使目前正在进行的1期临床试验能够在已经接受过两剂COVID mRNA疫苗的健康成年人身上评估吸入式气溶胶疫苗。（生物谷 Bioon.com）