2020年5月31日訊/
生物谷BIOON/---2020年5月份即將結束了，5月份Science期刊又有哪些亮點研究值得學習呢？小編對此進行了整理，與各位分享。
1.兩篇Science論文指出在恆河猴中，DNA疫苗可預防SARS-CoV-2感染，而且之前的感染可預防再次感染全球有近500萬例確診病例，有30多萬人死於COVID-19，但對導致這種疾病的SARS-CoV-2病毒仍有許多未知數。兩個關鍵問題是疫苗是否能夠預防新型冠狀病毒SARS-CoV-2感染，以及已經從COVID-19中恢復過來的人是否能夠避免再次感染。由美國貝斯以色列女執事醫療中心（BIDMC）的研究人員領導的兩項新的研究為解答這些問題提供了新的啟示。相關研究結果於2020年5月20日在線發表在Science期刊上，論文標題分別為「DNA vaccine protection against SARS-CoV-2 in rhesus macaques」和「SARS-CoV-2 infection protects against rechallenge in rhesus macaques」。
圖片來自Science, Published on 20 May 2020, doi:10.1126/science.abc6284。
在第一項研究中，這些研究人員證實六種候選DNA疫苗在恆河猴中誘導出中和抗體反應，並可預防它們感染SARS-CoV-2。Barouch及其同事們在1月中旬中國科學家發布病毒基因組時，就開始研製COVID-19疫苗，開發了一系列表達刺突蛋白變體的候選DNA疫苗，其中，刺突蛋白是新型冠狀病毒SARS-CoV-2的關鍵抗體靶點。這些疫苗旨在訓練人體的免疫系統在接觸病毒後迅速識別它並作出反應。
為了評估這些疫苗的療效，這些研究人員對25隻成年恆河猴進行了研究性DNA疫苗免疫接種，另外10隻恆河猴接受了模擬對照（sham control）接種。接種過疫苗的恆河猴產生了抗病毒的中和抗體。在加強疫苗接種三周後，所有35隻恆河猴都暴露於病毒中。隨訪測試顯示，與對照組相比，接種疫苗的恆河猴的病毒載量顯著降低。在25隻接種疫苗的恆河猴中，有8隻恆河猴在暴露於病毒中後的任何一個時間點上都沒有表現出可檢測到的病毒，剩下的17隻具有較低的病毒水平。此外，較高的抗體水平與較低的病毒載量有關，這表明中和抗體可能作為保護的一個相關因素，並可能被證明是臨床測試SARS-CoV-2疫苗的一個基準。
在第二項研究中，這些研究人員證實，從COVID-19中恢復的恆河猴會產生天然的保護性免疫力，防止再次感染。Barouch說，「從許多病毒感染中恢復過來的個體通常會產生抗體，這些抗體可以防止再次感染，但並不是所有的病毒感染都會產生這種天然的保護性免疫力。」
這些研究人員將9隻成年恆河猴暴露於SARS-CoV-2病毒中後，隨著這些恆河猴的恢復，對它們的病毒水平進行了監測。這9隻動物都恢復了，並產生了抗病毒的抗體。在初次感染後一個多月後，他們讓這些恆河猴再次暴露在病毒中。在第二次暴露後，它們近乎完全預防這種病毒的再次感染。這些數據表明這種動物模型在初次感染後對COVID-19具有天然的保護性免疫力。
2.Science：開發出利用人工蛋白設計疫苗策略在一項新的研究中，瑞士洛桑聯邦理工學院蛋白設計與免疫工程實驗室的Bruno Correia教授及其團隊如今開發出一種設計人工蛋白的策略，所設計出的人工幹白可以非常精確地指導身體的免疫系統產生哪些抗體。相關研究結果在2020年5月15日的Science期刊上，論文標題為「De novo protein design enables the precise induction of RSV-neutralizing antibodies」。
Correia團隊用計算方法設構建出人工蛋白。論文共同第一作者Che Yang說，「它們在自然界中是不存在的。」 論文共同第一作者Fabian Sesterhenn說，「我們開發出一種名為TopoBuilder的蛋白設計算法。它可以讓你幾乎像把樂高積木拼接在一起那樣構建蛋白。組裝具有新功能的人工蛋白絕對是非常迷人的。」
Correia團隊專注於從頭設計能夠產生呼吸道合胞病毒（RSV）疫苗的蛋白。RSV會導致嚴重的肺部感染，是導致嬰兒和老年人住院的主要原因之一。Correia說，「儘管經過數十年的研究，直到今天，仍然沒有針對呼吸道合胞病毒的疫苗或治癒方法。」
這些人工蛋白是在實驗室中構建的，然後在動物模型中測試，並觸發免疫系統產生針對RSV弱點的特異性抗體。Correia說，「我們的發現是令人鼓舞的，這是因為它們表明，有朝一日我們將能夠促使免疫系統產生這些特定的抗體，從而更有效地設計出針對特定病毒的疫苗。要使我們開發的疫苗更有效，我們還有很多的研究工作要做---這項研究是朝著這個方向邁出的第一步。」
3.兩篇Science論文揭示瘧原蟲也有自己的內部時鐘，用於協調對宿主細胞的破壞瘧疾感染期間，無數瘧原蟲同時破壞它們所棲息的紅細胞。這種破壞會在感染者體內每隔24小時、48小時或72小時就會引起一波發燒和發冷，這取決於哪種瘧原蟲蟲株引起的感染。多年來，科學家們一直假設宿主的生物節律負責對瘧原蟲活動的協調和計時。不過，在兩項新的研究中，研究人員發現瘧原蟲有它們自己的內部時鐘（或者說固有時鐘），從而既能對宿主做出反應，又能自行振蕩。
在第一項研究中，Rijo-Ferreira及其同事們用夏氏瘧原蟲（Plasmodium chabaudi）感染小鼠，其中夏氏瘧原蟲感染導致小鼠患上瘧疾。他們發現無論是讓小鼠長期處於黑暗中，還是改變它們的進食節律，都不會擾亂夏氏瘧原蟲強大的細胞周期和基因表達節律。當Rijo-Ferreira團隊讓夏氏瘧原蟲感染經過基因改造後具有26小時而不是24小時晝夜節律的小鼠時，這種瘧原蟲將它們的無性生活周期延長到26小時，而不是典型的24小時，這表明它們是靈活的，對宿主的振蕩有反應。
在這一點上，Rijo-Ferreira團隊預測，如果這種瘧原蟲沒有內在時鐘，它們會在沒有明確節律的宿主中很快就變得不同步。但當他們用夏氏瘧原蟲感染經過基因改造後缺乏晝夜節律的小鼠時，這種瘧原蟲在5到7天內保持了24小時的細胞周期和基因表達節律，這表明它們確實有一種內部時鐘。鑑於這種瘧原蟲的內部時鐘最終失去了同步性，他們得出結論，它的內部時鐘節律依賴於宿主的協調。
在第二項研究中，美國杜克大學生物學家Steven Haase領導的一個研究團隊發現當在人血中培養時，四種導致人類患上瘧疾的瘧原蟲蟲株在基因表達和細胞周期活動方面也表現出內在振蕩。雖然在體外培養的瘧原蟲比小鼠體內的瘧原蟲更快地失去同步性，但是在兩天的時間窗口裡，它們可以保持自己的節律，這與其他已經被證明擁有晝夜節律的培養系統是相類似的。
4.Science：氣候的局部變化不太可能導致早期的COVID-19大流行在一項新的研究中，來自美國普林斯頓大學的研究人員發現氣候的局部變化不太可能主導COVID-19的第一波疫情。他們發現大量的人仍然容易受到導致COVID-19疫情的新型冠狀病毒SARS-CoV-2毒株的影響，而且這種病原體的傳播速度意味著氣候條件只可能對目前的感染率產生影響。相關研究結果於2020年5月18日在線發表在Science期刊上，論文標題為「Susceptible supply limits the role of climate in the early SARS-CoV-2 pandemic」。
圖片來自Science, 2020, doi:10.1126/science.abc2535。
論文第一作者兼論文通訊作者、普林斯頓大學普林斯頓環境研究所博士後研究助理Rachel Baker說，「我們預測更溫暖或更潮溼的氣候不會在COVID-19疫情的早期階段減緩這種病毒的傳播速度。我們確實觀察到氣候對COVID-19疫情的規模和時間有一定的影響，但是總地來說，由於人群中有如此多人存在易感性，無論氣候條件如何，這種病毒都會迅速傳播。」
Baker說，這種病毒在巴西、厄瓜多、澳大利亞和其他熱帶和南半球國家的迅速傳播---這種病毒在夏季開始流行的地方---表明較暖的環境確實無助於阻止COVID-19疫情。
5.全文編譯！我國科學家發表Science論文，發現兩種非競爭性人類中和抗體可阻斷SARS-CoV-2病毒結合人ACE2受體SARS-CoV-2病毒屬於β冠狀病毒屬，β冠狀病毒屬包括5種能夠感染人類的病原體。在這5種病原體中，SARS-CoV和中東呼吸症候群冠狀病毒（MERS-CoV）是兩種高致病性冠狀病毒。與其他冠狀病毒一樣，位於SARS-CoV-2病毒表面上的刺突糖蛋白（S蛋白）同源三聚體在受體結合和病毒進入中起著至關重要的作用。S蛋白是一種I類融合蛋白---每個S蛋白原體由S1和S2結構域組成，受體結合結構域（RBD）位於S1結構域上。先前的研究顯示，與SARS-CoV類似的是，SARS-CoV-2也利用人ACE2（hACE2）受體進入細胞。科學家們已經發現了許多靶向SARS-CoV或MERS-CoV RBD的中和抗體。因此，篩選出靶向SARS-CoV-2 RBD的中和抗體是當務之急。
在一項新的研究中，來自中國科學院、中國科學院大學、首都醫科大學、中國科學技術大學、深圳市第三人民醫院、中國農業大學、山西高等創新研究院、中國疾病預防控制中心和中國食品藥品檢定研究院的研究人員表達了SARS-CoV-2 RBD蛋白作為誘餌，從COVID-19患者外周血單核細胞（PBMC）中分離出特異性的記憶B細胞。編碼抗體重鏈和輕鏈的可變區分別從不同的B細胞中擴增出來，然後與抗體恆定區一起被克隆到pCAGGS質粒載體中，以產生IgG1抗體。相關研究結果於2020年5月13日在線發表在Science期刊上，論文標題為「A noncompeting pair of human neutralizing antibodies block COVID-19 virus binding to its receptor ACE2」。
6.Science：抗癌藥物伊利司莫有望治療門克斯病等銅缺乏症門克斯病是一種罕見的遺傳性疾病，大約每5萬～30萬名新生兒中就有1名患此病。患有這種疾病的幼兒通常在出生後3年內死亡，死亡原因是基因突變限制了他們的身體從飲食中吸收和利用銅的能力。銅缺乏會導致嚴重的腦損傷和神經肌肉功能障礙。
在一項新的研究中，美國德克薩斯農工大學生物化學與生物物理學系教授James Sacchettini博士和生物化學與生物物理學系助理教授Vishal Gohil博士領導的一個研究團隊概述了他們的最新發現：使用抗癌藥物伊利司莫（elesclomol）有望治療門克斯病（Menkes disease）中的銅缺乏。這一發現為銅缺乏症患者（特別是被診斷為門克斯病的幼兒患者）帶來了一個好消息。相關研究結果發表在2020年5月8日的Science期刊上，論文標題為「Elesclomol alleviates Menkes pathology and mortality by escorting Cu to cuproenzymes in mice」。
Sacchettini說，「實驗性療法並不能有效地克服這種疾病的最嚴重症狀或早期死亡率。」Gohil說，「我們當前的研究記錄了在門克斯病小鼠模型中使用伊利司莫的療效，這使得我們離臨床試驗又近了一步。」
7.Science：重大進展！構建出人造葉綠體，比自然界的光合作用更高效！經過幾十億年的時間，微生物和植物進化出了一種非凡過程，即我們所知道的光合作用。光合作用將太陽的能量轉化為化學能，從而為地球上的所有生命提供食物和氧氣。作為產生光合作用的細胞區室，葉綠體可能是地球上最重要的自然引擎。許多科學家認為人工重建和控制光合作用過程 是 "我們這個時代的阿波羅計劃"。這將意味著有能力生產出清潔能源---清潔燃料、清潔碳化合物（如抗生素），以及其他僅靠光和二氧化碳就能產生的產品。
圖片來自Planck Institute for terrestrial Microbiology/Erb。
但如何從頭開始建造一個有生命的光合細胞？模擬活細胞的光合過程的關鍵是讓它的各個組成部分在合適的時間和地點共同發揮作用。在德國馬普學會，這個雄心勃勃的目標是在一個跨學科的多實驗室計劃--MaxSynBio網絡---中實現的。現如今，由Tobias Erb主任領導的一個研究團隊已經成功地創建了一種平臺，用於自動構建細胞大小的光合作用區室---人造葉綠體（artificial chloroplast），所構建出的人造葉綠體可以用光來捕捉和轉化溫室氣體二氧化碳。相關研究結果發表在2020年5月8日的Science期刊上，論文標題為「Light-powered CO2 fixation in a chloroplast mimic with natural and synthetic parts」。
8.Science：新研究表明COVID症狀追蹤應用程式在應對病毒疫情中大有可為在一項新的研究中，一個在大數據研究和流行病學方面有專長的科學家聯盟開發出一款COVID症狀追蹤應用程式（App），旨在快速收集信息，幫助應對正在發生的COVID-19大流行病。在美國和美國，有250萬多人較早地使用了這款app，這為醫生、科學家和政府官員提供了關於COVID-19的寶貴數據，以便更好地抗擊病毒疫情。相關研究結果於2020年5月5日在線發表在Science期刊上，論文標題為「Rapid implementation of mobile technology for real-time epidemiology of COVID-19」。
圖片來自Science, 2020, doi:10.1126/science.abc0473。
論文通訊作者、麻省總醫院（MGH）癌症中心癌症流行病學主任Andrew T. Chan博士說，「這款App每天都會收集社區中的個人信息，包括他們是否感覺良好，如果不舒服，他們的具體症狀是什麼，以及他們是否接受過COVID-19檢測。」這款app旨在深入了解關於COVID-19的熱點地區在哪裡以及需要注意的新症狀，它可能作為一種有用的規劃工具，為自我隔離提供指導方針方面的信息，確定需要增加呼吸機和擴大醫院容量的地區，並提供實時數據，為未來的疫情爆發做好準備。
這款稱為COVID症狀追蹤應用程式（COVID Symptom Tracker）的app於3月24日在英國推出，3月29日在美國上市。自推出以來，已經有超過300萬人使用過它。
9.Science揭示衰老新機制！免疫細胞缺陷導致我們衰老！T細胞本應保護我們免受病原體的侵害，但一項新的小鼠研究表明，它們也可能加速衰老。阻斷由細胞引起的炎症或增加關鍵代謝分子的供應，可以減輕齧齒動物衰老相關症狀的嚴重程度，增加了這些治療可能對老年人有益的可能性。相關研究成果於近日發表在Science上，該研究題為"T cells with dysfunctional mitochondria induce multimorbidity and premature senescence"。
澳大利亞RMIT大學的免疫學家Kylie Quinn說，這一發現是"一個神奇的結果，它直接將新陳代謝、炎症和衰老聯繫起來。他們做了一項非常徹底的工作，以確保是T細胞導致老鼠迅速衰老。"
隨著年齡的增長，我們的T細胞會讓我們失望，成為更弱的病原體鬥士。這種下降有助於解釋為什麼老年人更容易受到感染，而對疫苗的反應較差。隨著年齡的增長，T細胞會出現衰退，原因之一是細胞內作為動力裝置的線粒體開始失靈。
10.Science：意外！運動竟然可以通過細胞因子促進耐力！白細胞介素-13 (IL-13)是一種由T細胞、固有淋巴細胞(ILC2s)和粒細胞分泌的細胞因子。它在過敏和抗寄生蟲防禦中起著重要的中介作用，具有多種作用。5月1日，來自哈佛大學陳曾熙公共衛生學院、德克薩斯大學麥戈文醫學院等單位的Knudsen等人在Science上發文報導了IL-13在運動和代謝中的獨特作用。該研究表明接受耐力訓練的小鼠血液中IL-13含量增加，這與ILC2在肌肉中的擴張有關。相比之下，當小鼠缺乏IL-13時，運動無法導致肌肉脂肪酸利用和線粒體生物生成的增加。肌肉IL-13受體下遊信號通路的激活是這一作用的關鍵。肌內注射腺病毒IL-13可再現運動誘導的代謝重編程過程。這一信號通路可能是為了對抗寄生蟲感染的代謝壓力而進化的。
實際上早在20世紀60年代初，人們就已經發現不穩定的血液和淋巴因子可以調節運動對新陳代謝的影響。最近的研究進一步支持這樣一種觀點，即宿主免疫細胞與其宿主組織之間的交流對於調節代謝閾值從而維持組織功能非常重要。Knudsen等人發現耐力運動增加了小鼠和人類血液中白細胞介素-13 (IL-13)的循環水平。耐力運動還導致2型固有淋巴細胞(ILC2s)的擴增，ILC2s是小鼠肌肉中產生IL -13的主要細胞類型之一。這暗示了IL-13在運動引起的適應性反應控制中的作用。研究人員使用了幾種分子和生物能量分析，並生成了三個遺傳模型，以確定IL-13信號在骨骼肌肉對耐力運動訓練的代謝重編程中的作用。
與野生型對照動物相比，IL-13缺陷小鼠在跑步機上的跑步能力下降。研究人員對對照組和IL-13缺陷小鼠的骨骼肌進行了RNA測序，以檢測IL-13在運動生理學中的作用。結果表明IL-13對靜止肌肉代謝基因表達無明顯影響。然而，耐力訓練增加了對照組動物肌肉中線粒體和脂肪酸氧化基因的網絡信號，而缺乏IL- 13的小鼠則丟失了這些基因。IL-13缺乏的肌肉在一次運動後表現出脂肪酸利用缺陷，在耐力訓練後未能增加線粒體的生物發生過程。此外，對照組動物的耐力訓練導致肌肉氧化纖維數量的增加和線粒體呼吸、耐力和葡萄糖耐量的改善。所有這些運動訓練的代謝益處都需要完整的IL-13信號。
Knudsen等人發現，IL-13通過其受體IL-13Rα1直接作用於骨骼肌，導致Stat3的激活。在單次訓練和耐力訓練後，肌肉中Stat3磷酸化水平升高，而IL-13缺陷小鼠體內的這種效應消失了。研究人員發現在C2C12肌小管中，IL-13處理增加了依賴於IL-13Ra1和Stat3的線粒體呼吸。IL-13-Stat3軸控制代謝程序通過協調與兩個核受體和轉錄調控線粒體調節因子ERRα和ERRγ引起運動訓練的改變和調控。在骨骼肌中特別缺乏IL-13Ra1或Stat3的小鼠，其肌肉脂肪酸氧化能力和耐力下降。相比之下，骨骼肌中IL-13水平的升高則以Stat3依賴的方式再現了耐力運動誘導的代謝重編程，從而改善了全身葡萄糖穩態和跑步能力。（生物谷 Bioon.com）