在2021年1月1日，中國學者在Science Advances 在線發表了10項研究成果，其中生命科學的有8項，物理學有1項及材料學有1項；廈門大學，陸軍軍醫大學，華中科技大學，武漢大學，暨南大學，中國科學技術大學等單位發表了重要的研究成果。iNature系統盤點這10項研究成果：
【1】唐氏症候群（DS）是由21號染色體的三體性引起的，是早發性阿爾茨海默氏病（AD）的最重要危險因素；但是，連接DS和AD的基本機制仍不清楚。2021年1月1日，廈門大學王鑫團隊在Science Advances 在線發表題為」Trisomy 21–induced dysregulation of microglial homeostasis in Alzheimer’s brains is mediated by USP25「的研究論文，該研究顯示了額外的21號染色體副本會加劇5xFAD小鼠的神經炎症，並且DS相關基因USP25在此過程中起關鍵作用。
USP25（一種由21號染色體編碼的去泛素化酶）的過表達導致小膠質細胞活化並誘導突觸和認知缺陷，而Usp25的基因缺陷可減輕5xFAD小鼠的神經炎症並恢復突觸和認知功能。從機制上講，USP25缺乏會減弱小膠質細胞介導的促炎細胞因子的過度產生和突觸消除。抑制USP25可在5xFAD小鼠體內建立穩態的小神經膠質標記並恢復突觸和認知功能。總之，由於USP25劑量增加，該研究證明了21三體性疾病和與小膠質細胞增生相關的致病作用具有空前的作用，這暗示USP25作為DS和AD中神經炎症的治療靶標。
【2】2021年1月1日，華中科技大學王從義，熊維寧及張惠蘭共同通訊在Science Advances 在線發表題為」MBD2 serves as a viable target against pulmonary fibrosis by inhibiting macrophage M2 program「的研究論文，該研究證明了源自不同類型PF患者的肺，包括COVID-19，系統性硬化症相關性間質性肺病和特發性PF，以及博萊黴素（BLM）誘導的PF後小鼠的肺部特徵是，MBD2在巨噬細胞中的表達。巨噬細胞中Mbd2的消耗可保護小鼠免受BLM誘導的PF。
Mbd2缺乏顯著減弱了轉化生長因子-β1（TGF-β1）的產生，並減少了BLM誘導後肺中M2巨噬細胞的積累。從機制上講，Mbd2選擇性結合巨噬細胞中的Ship啟動子，通過它抑制Ship表達並增強PI3K / Akt信號傳導，從而促進巨噬細胞M2程序。因此，氣管內給藥負載Mbd2 siRNA的脂質體可保護小鼠免受BLM誘導的肺損傷和纖維化。總之，該研究數據支持MBD2可能成為臨床環境中抗PF的可行靶標的可能性。
【3】尚不清楚阿爾茨海默氏病（AD）中天然存在的針對β澱粉樣蛋白（NAbs-Aβ）抗體的病理相關性。2021年1月1日，陸軍軍醫大學王延江及澳大利亞墨爾本大學Colin L. Masters共同通訊在Science Advances 在線發表題為」Association of naturally occurring antibodies to β-amyloid with cognitive decline and cerebral amyloidosis in Alzheimer’s disease「的研究論文，該研究旨在通過中國的橫斷面隊列研究和澳大利亞影像，生物標誌物和生活方式研究（AIBL）的縱向隊列研究他們的水平及其與Aβ負擔和AD認知下降的關係。
根據血漿和腦脊液（CSF）的抗原決定簇檢測其NAbs-Aβ水平。在AD患者的CSF和血漿中，靶向Aβ氨基末端的NAbs水平增加，而靶向Aβ中域的NAbs水平降低。靶向Aβ氨基末端的更高血漿水平的NAbs和靶向Aβ中域的較低血漿水平的NAbs與基線時較高的腦澱粉樣變性和隨訪期間較快的認知能力下降有關。該研究結果表明適應性免疫系統在AD進展中的動態反應，並與當前的被動免疫治療策略有關。
【4】大腦皮層區域身份的正確形成對於大腦的認知功能和社交行為至關重要。尚不明確表觀遺傳機制（包括組蛋白甲基化）是否調節皮質區域化。2021年1月1日，武漢大學周嚴及吳旻共同通訊在Science Advances 在線發表題為」Abnormal neocortex arealization and Sotos-like syndrome–associated behavior in Setd2 mutant mice「的研究論文，該研究刪除了正在發育的小鼠背側前腦中的組蛋白3賴氨酸-36三甲基化（H3K36me3）的甲基轉移酶SETD2，並顯示Setd2是適當的皮質區域化和皮質-丘腦-皮質迴路形成所必需的。
此外，Setd2條件性基因敲除小鼠在社交互動，運動學習和空間記憶方面表現出缺陷，讓人聯想到帶有SETD2突變的Sotos樣症候群的患者。SETD2以H3K36me3甲基轉移酶依賴性方式維持簇狀原鈣粘蛋白（cPcdh）基因的表達。在cPcdh雜合小鼠中概括了異常的皮質區域化。總之，該研究強調了表皮遺傳學機制和Sotos樣症候群的發病機制。
【5】環境壓力可以誘導生存優勢，這些優勢可以傳承至多代，這代表著物種一級的進化優勢。2021年1月1日，暨南大學周慶華團隊在Science Advances 在線發表題為」N6-methyldeoxyadenine and histone methylation mediate transgenerational survival advantages induced by hormetic heat stress「的研究論文，該研究以線蟲為模型，發現在任何一個父母中經歷的熱休克都可以增加他們的壽命，直到第五代後代。機理分析表明，轉錄因子DAF-16 / FOXO，熱休克因子HSF-1和核受體DAF-12 / FXR具有代代相傳的功能，可以實現強烈的應激反應。
組蛋白H3K9me3甲基轉移酶SET-25，SET-32和DNA N6-甲基甲基轉移酶DAMT-1參與了幾代之間的高溫記憶傳遞。H3K9me3和N6-甲基腺嘌呤可以標記熱應激反應基因並促進其在子代中的轉錄以延長壽命。該研究解剖了負責實施和傳遞熱休克父母后代的環境記憶的機制，並證明了通過H3K9me3和N6-mA修飾可以將由應激引起的生存益處傳遞給多代。
【6】2021年1月1日，中國科學院分子細胞科學卓越創新中心叢堯及中國科學院巴斯德研究所黃忠共同通訊在Science Advances 在線發表題為」Conformational dynamics of SARS-CoV-2 trimeric spike glycoprotein in complex with receptor ACE2 revealed by cryo-EM「的研究論文，該研究報告了緊密封閉的SARS-CoV-2 S三聚體與包裝的融合肽和ACE2結合的S三聚體在2.7-和3.8-解析度的冷凍EM結構。伴隨著ACE2與RBD的結合，相關的ACE2-RBD呈現出連續的擺動運動。
值得注意的是，關於SARS-CoV-2 S三聚體對受體觸發的從閉合預融合狀態到易融合開放狀態的轉化比SARS-CoV S三聚體對ACE2受體的敏感性要高得多，這可能有助於其優異的感染SARS-CoV-2。該研究將RBD T470-T478環和Y505定義為由ACE2特異性識別SARS-CoV-2 RBD的病毒決定因素。該研究的發現描述了ACE2誘導的S三聚體構象從融合前狀態向融合後狀態轉變的機制，從而促進了抗SARS-CoV-2疫苗和治療劑的開發。
【7】急性髓細胞性白血病（AML）是一種致命的血液惡性腫瘤，經常復發。AML治療的最大挑戰是缺乏靶向和殺死異質性白血病細胞的方法，這些方法可導致疾病復發。2021年1月1日，陸軍軍醫大學史春夢等團隊在Science Advances 在線發表題為」Near-infrared oxidative phosphorylation inhibitor integrates acute myeloid leukemia–targeted imaging and therapy「的研究論文，該研究描述了一種近紅外（NIR）螢光染料IR-26，它優先聚集在AML細胞的線粒體中，具體取決於惡性細胞的過度活躍的糖酵解，同時損害氧化磷酸化（OXPHOS）以發揮靶向治療作用用於AML細胞。
特別是，IR-26還具有利用體內流式細胞術（IVFC）系統實時監測AML細胞的潛力。因此，IR-26代表了一種新型的多合一藥物，可整合AML靶向，檢測和治療，可幫助監測疾病的進展和治療反應，防止不必要的前期治療延誤，並提高治療效率。
【8】目前尚不清楚COVID-19患者的康復過程。一些康復的患者抱怨持續呼吸急促。在COVID-19中已報導了血管病變，強調了在肺泡-毛細血管界面探測肺微結構和功能的重要性。儘管計算機斷層掃描（CT）檢測到結構異常，但對疾病對肺功能的影響知之甚少。129Xe磁共振成像（MRI）是一項獨特的技術，能夠評估通風，微結構和氣體交換。
2021年1月1日，中國科學院武漢精密測量科學與技術創新研究院周欣及華中科技大學夏黎明共同通訊在Science Advances 在線發表題為」Damaged lung gas exchange function of discharged COVID-19 patients detected by hyperpolarized 129Xe MRI「的研究論文，該研究使用129Xe MRI，發現與健康個體相比，COVID-19患者的通氣缺陷發生率更高（5.9％對3.7％），微觀結構不變，氣血交換時間更長（43.5 ms對32.5 ms）。這些發現表明，出院時區域通氣和肺泡空域的尺寸相對正常，而氣血交換功能卻減弱了。這項研究確定了在COVID-19患者中進行局部肺功能測量的可行性及其作為結構成像補充的潛在用途。
【9】單個參數的量子估計已被廣泛研究。然而，實際應用中通常涉及多個參數，而對於這些參數的最終精度卻鮮為人知。2021年1月1日，中國科學技術大學項國勇及香港中文大學袁海東共同通訊在Science Advances 在線發表題為」Zero–trade-off multiparameter quantum estimation via simultaneously saturating multiple Heisenberg uncertainty relations「的研究論文，該研究通過將精度極限直接與海森堡不確定性關係聯繫起來，表明要同時獲得多個參數的最高精度，需要同時使多個海森堡不確定性關係飽和。
以此見識為指導，該研究通過實驗證明了一種最優控制的方案，該方案同時飽和了三個Heisenberg不確定性關係，並獲得了SU（2）算子中所有三個參數的估計最高精度。通過八個控制項，與具有相同損耗的經典方案相比，該研究在方差方面實現了13.27 dB的改善（SD為6.63 dB）。作為展示同時實現多個參數的最終精度的實驗，該研究的工作標誌著具有廣泛意義的多參數量子計量學的重要一步。
【10】高機械強度和對纖維囊形成的長期抵抗力是可植入材料的兩個主要挑戰。不幸的是，這兩個不同的屬性並沒有融合在一起，而是相互折衷。2021年1月1日，華盛頓大學，天津大學等多單位合作，Shaoyi Jiang團隊在Science Advances 在線發表題為」High-strength and fibrous capsule–resistant zwitterionic elastomers「的研究論文，該研究通過「溶脹」和「鎖定」機制將兩種弱性兩性離子水凝膠整合到類似彈性體的高強度純兩性離子水凝膠中，從而報告了獨特的材料類別。這些兩性離子-彈性體-網絡化（ZEN）水凝膠進一步顯示，在植入小鼠體內長達1年後能有效抵抗纖維囊的形成。具有高機械性能和長期纖維囊抗性的這種材料以前從未獲得過。這項工作不僅證明了一類耐用且耐纖維的膠囊材料，而且還為兩性離子彈性體水凝膠提供了設計原理。
唐氏綜合症（DS）是由21號染色體的全部或部分三體性引起的，是智力殘疾的最常見原因，全世界約800例新生兒中有1例發生此現象。21三體綜合症是早發性阿爾茨海默氏病（AD）的唯一最常見的危險因素。到40歲時，患有DS的人普遍發展與AD相關的神經病理學特徵，包括澱粉樣斑塊，神經原纖維纏結，突觸功能障礙和易發性大腦區域的神經發炎。但是，在DS的背景下，第21號染色體基因是否以及如何影響AD發病機理仍然未知。
小膠質細胞是大腦中的主要免疫細胞，在維持中樞神經系統（CNS）穩態和保護大腦免受感染和傷害方面起著關鍵作用。小膠質細胞轉變為反應性狀態，與損傷過程中促炎性細胞因子的分泌增加和吞噬攝取有關。小膠質細胞的短期活化可促進碎片清除和組織修復；然而，小膠質細胞的持續活化會誘導促炎性細胞因子的長期釋放，從而在神經退行性變中引發炎症級聯反應和致病性神經毒性作用。
泛素-蛋白酶體系統（UPS）是必不可少的蛋白質降解途徑，UPS中的缺陷會導致神經毒性蛋白質在各種神經退行性疾病（例如AD，帕金森氏病和亨廷頓氏病）中積聚。USP25基因位於人染色體21q11.2上，編碼泛素特異性蛋白酶-泛素特異性肽酶25（USP25）。USP25首先被確定為白介素17（IL-17）介導的信號傳導和炎症反應的負調節劑。此外，USP25缺乏會抑制幹擾素調節因子的轉錄活性，從而降低I型幹擾素的產生。UPS介導的蛋白質降解和神經炎症在神經退行性變中起重要作用。然而，USP25在DS和AD發病機理中的作用尚不清楚。
在這裡，該研究顯示了額外的21號染色體副本會加劇5xFAD小鼠的神經炎症，並且DS相關基因USP25在此過程中起關鍵作用。細菌人工染色體（BAC）–Tg–USP25小鼠表現出與DS-AD小鼠相似的神經病理，包括小膠質細胞激活和突觸和認知功能受損。另外，在5×FAD小鼠中Usp25的基因缺失顯著減輕了神經炎症和認知缺陷。用USP25抑制劑進行藥理治療可使5xFAD小鼠的小膠質細胞恢復到穩態的轉錄狀態，並逆轉突觸和認知功能的損傷。因此，該研究揭示了USP25在維持神經變性中小膠質細胞穩態方面的關鍵作用，並確定了AD和DS的新型治療途徑。
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