Cell
臨近年終，Cell期刊選擇了那些引起廣泛關注或影響的評論和研究文章，推出「2020年度最佳文章」合集。
毫無疑問，今年的「Best of Cell 2020」是被新冠大流行所主導的一年。在收錄的16篇文章中，包括將ACE2和TMPRSS2確定為SARS-CoV-2進入所需的細胞因子的論文，將 "D614G "描述為在全球範圍內流通的一種主要SARS-CoV-2變異體的論文，以及由福奇博士合著的觀點文章，都與新冠病毒有關，並在首發時期引發廣泛關注。
但一如既往的，涉及廣泛主題的有影響力的科學文章仍然在發光，包括在自閉症神經生物學、癌症免疫療法、應激生物學和染色質組織方面的發現，以及應用於繪製多種人類腫瘤類型圖譜、利用單細胞轉錄組學和人工智慧的最先進技術發現新抗生素的獨特生物學方法。同時合集還收錄了一篇綜述，為人類腸道微生物組實驗提供了權威觀點。
而合集最前部的「SnapShots」（快照）環節，提供了最新的、可快速閱讀的視覺總結，包括精準醫學中的臨床試驗類型、新冠病毒和近年來新發現的鐵死亡。希望這些文章能成為科學界有用的參考工具。下面我們將選取醫學領域相關文章，一一進行品讀！
第一部分：可視化總結
1.新冠病毒
新冠肺炎在全球範圍內引起重大疫情，並造成了相當大的發病率和死亡率。遺傳分析表明，蝙蝠可能是SARS-CoV-2的天然儲存庫，其他動物是潛在中間宿主。
新冠病毒簡介
DOI https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.04.013
新冠病原體SARS-CoV-2 30 kb的基因組編碼了蛋白酶和一個RNA依賴性RNA聚合酶（RdRp）以及一些結構蛋白。SARS-CoV-2病毒由與RNA基因組結合的核帽蛋白(N)形成的螺旋狀帽殼和由膜蛋白(M)和包膜蛋白(E)組成的包膜組成，包膜上塗有三聚穗蛋白(S)。S蛋白與2型肺細胞和腸上皮細胞質膜上的ACE2酶結合。結合後，S蛋白被宿主膜上的絲氨酸蛋白酶TMPRSS2切割，促進病毒進入。
在輕度病例中，人類免疫反應的特點可能是強大的I型幹擾素抗病毒反應和CD4+Th1和CD8+T細胞反應，從而清除病毒。在重症病例中，最初可能出現抗病毒反應的延遲，隨後炎性細胞因子的產生增加，單核細胞和中性粒細胞湧入肺部，導致細胞因子風暴症候群。這些細胞因子，包括白細胞介素（IL）-1、IL-6、IL-12和腫瘤壞死因子-α，導致血管通透性增加，可能導致呼吸衰竭。嚴重病例的另一個標誌是淋巴減少，這可能是由於淋巴細胞直接感染或抗病毒反應對骨髓的抑制。感染後2周內可檢測到SARS-CoV-2的中和性IgM和IgG抗體。
呼吸道樣本的逆轉錄酶-聚合酶鏈反應仍然是診斷新冠的金標準，而免疫測定法、等溫核酸擴增試驗和基於CRISPR的診斷試驗正在開發中。在被診斷的患者中，常見的實驗室檢查結果包括淋巴細胞減少、包括C反應蛋白在內的炎症標誌物升高、包括D-二聚體在內的凝血級聯激活標誌物升高；較高的病毒載量和炎症標誌物水平與疾病嚴重程度的增加相關。有症狀患者的胸部計算機斷層掃描（CT）對檢測疾病很敏感，但無特異性。
目前對COVID-19的管理主要集中在感染控制、支持性護理（包括必要的呼吸機支持）以及後遺症和併發症的治療。疑似COVID-19的患者如無症狀或病情較輕，建議自暴露之日起自我隔離2周，根據需要使用對乙醯氨基酚，保持水分，並監測症狀惡化。病情較重的患者要入院治療，如缺氧、呼吸衰竭、ARDS、敗血症休克等。
正在研究的藥物包括羥氯喹、雷米迪維、法匹拉韋、洛匹那韋/利託那韋、託西珠單抗、西妥昔單抗、沙利魯單抗。血漿療法和疫苗正在開發和測試中。當該領域展望COVID-19療法的未來時，應考慮治療的時間性，因為一些療法在不同的疾病階段可能顯示出更大的療效。
2.精準醫學的試驗類型
分子生物學給循證醫學帶來了革命性的變化，使我們能夠提出更深層次的問題、更完善的假設、更詳細的診斷、更有針對性的細胞過程和更全面的數據分析。我們對與分子標誌相關的臨床數據的了解來自於不同的研究方法，以及幹預或真實世界。每種方法都具備解決特定問題集的能力，同時也有優勢和弱點。
不同試驗類型簡介
DOI: 10.1016/j.cell.2020.02.032
綜合來看，數據的質量往往與收集數據的成本和複雜性成正比。研究性試驗是證據生成方法的金標準，但通常只用於藥物開發，只在患者治療史上的一個時間點。真實世界的數據工作可以進行更廣泛的探索，但 "許多患者中的許多藥物蘊藏著許多生物標誌物 "的方法會使尋找無偏見的獲益變得非常困難。理論上，關於不斷推進分子檢測、治療罕見改變或改變組合、測序或組合治療、使用未被FDA或專業協會批准的治療方法的益處等問題，都可以通過真實世界的數據集來回答。但是，這些答案需要有足夠質量和數量的數據來減輕偏差。缺乏患者同意限制了回訪特定患者以驗證獲益的能力。在所有分子醫學、幹預或真實世界的試驗中，需要有足夠的患者進行篩選和入組，以確定罕見或複雜的關聯和益處。
我們開始了解分子醫學的基礎層：基因組學的臨床意義。轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學、表觀基因組學、細胞代謝、微環境、宿主因素、免疫因素、腸道生物組等更深層次的因素，穩步增加了臨床數據收集的複雜性。理想情況下，我們需要利用一切可以利用的數據收集方法，匯總成倍增加的患者信息，才能真正理解個性化醫療。
3.鐵死亡
近幾十年來，人們發現，在幾乎所有多細胞生物的發育和穩態中，受控的細胞死亡是無處不在的。鐵死亡是一種由鐵依賴性脂質過氧化驅動的調節性細胞死亡形式：鐵死亡可以通過特定的藥理和遺傳擾動誘導或抑制。構成細胞膜的脂質雙層的磷脂的過氧化是鐵死亡的關鍵驅動力。
對鐵死亡的調控涉及控制關鍵磷脂底物的豐度、驅動其過氧化的因素以及消除這些脂質過氧化物的因素。
鐵死亡過程簡介
DOI https://doi.org/10.1016/j.cell. 2020.04.039
在鐵死亡過程中，過氧化的底物是具有多不飽和醯基尾巴的磷脂（PL-PUFAs）。這些PL-PUFAs是由ACSL4和LPCATs等酶產生的，這些酶激活並將游離的PUFAs納入磷脂中。PUFAs可以從環境和膳食中攝取，並可以通過乙醯CoA羧化酶(ACC)的作用，從基本構件乙醯CoA合成。能量應激和AMPK通過抑制ACC抑制鐵死亡。
一旦PL-PUFAs被納入到膜環境中，鐵依賴性酶和弱鐵利用分子氧（O2 ）會發生過氧化反應，生成PL-PUFA-OH。而驅動鐵死亡的鐵依賴性酶包括脂氧酶和細胞色素P450氧化還原酶(POR)。
鐵元素通過轉鐵蛋白受體1(TfR1)導入並儲存在鐵蛋白中。鐵蛋白可以通過一個被稱為鐵蛋白吞噬的自噬樣過程進行降解，該過程釋放出弱鐵並促進驅動鐵銹病的過氧化反應。輻射也可以直接刺激脂質過氧化，而放療可能部分地通過觸發鐵死亡起作用。相反，Prominin2通過促進含有鐵蛋白結合鐵的多泡體的形成，並因此將鐵從細胞中導出來抑制鐵死亡。
有三種消除過氧化PL-PUFAs的途徑：GPX4-穀胱甘肽軸、FSP1-CoQ10軸和GCH1-BH4軸。
我們對新陳代謝、脂質過氧化和鐵死亡之間聯繫的機制有了越來越多的了解，研究這種細胞死亡形式的工具的可用性，以及其新出現的生理功能，些都預示著未來會在利用鐵死亡來了解和治療疾病方面將取得豐富的進展。
第二部分：卓越觀點
1.福奇：新冠大流行是如何發展至今日局面的？
這是由福奇博士合著的一篇對流行性疾病的病理生理學和免疫學的一個很好的回顧，它提醒人們，像COVID-19這樣的流行性疾病並不是一個新現象。疾病的出現反映了由人類、動物、病原體和環境組成的複雜的全球分布的生態系統中的動態平衡和不平衡。了解這些變數是控制未來破壞性疾病出現的必要步驟。
通過對病毒、宿主及宿主轉換在新發傳染病中作用的分析，文章指出如果我們要控制傳染病的出現，則需要更充分地理解新型傳染病的晦澀機制，以便我們能夠通過以下方式預測其暴發的風險：a）監測和表徵潛在新型病毒的分類群，包括親緣關係可能最近的病毒，例如冠狀病毒、肝炎病毒、黃病毒、沙粒病毒和絲狀病毒；b）對可疑的高風險病毒類別進行深入研究，以確定合適的實驗動物、用於疫苗研發的保守表位，以及抗病毒療法的準確靶點；c）在實驗動物研究中發現潛在的人類傳播機制；d）在諸如畜牧業、野生動植物接觸、控制齧齒動物、病媒和蚊子/蝨子等領域建立完善的控制機制；e）制定環境、土地管理、野生動植物保護/防控計劃；f）利用病毒學、信息學和技術領域的新方法來了解病毒的進化，或預測疾病暴發的可能性。
病毒進入宿主細胞的可變機制
宿主轉換的模擬分子機制
Emerging Pandemic Diseases: How We Got to COVID-19.https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.08.021
需要明白的是，科學一定會給我們帶來許多救命的藥物、疫苗和診斷方法；但是，沒有理由認為僅憑這些就能克服越來越頻繁和致命的傳染病突發的威脅。在可預見的未來，我們仍然處於風險之中。COVID-19是一個多世紀以來最「生動」的警鐘之一。它迫使我們適應、應對和重新考慮我們與自然界的關係。
2.腸道菌群相關研究可能有所誇大，需深刻反思
現今對於腸道菌群的研究可謂如火如荼，越來越多的人類疾病被認為與自身腸道微生物的改變有著千絲萬縷的聯繫，但是，這種改變與發生的疾病之間是因果還是伴隨或者乾脆就不相關，仍存諸多疑問。來自加拿大阿爾伯塔大學的研究人員對腸道菌群研究進行了反思。
在系統的綜述中，研究人員發現95％的已發表的有關HMA嚙齒類動物的研究（36/38）報告了病理表型轉移至受體動物的行為，並且許多研究結果就此推斷出了對人類疾病與微生物群組改變的因果推論。他們認為這種跨物種的推論是令人難以信服的，並且誇大了腸道微生物組在人類疾病中的作用。因此主張採用更嚴謹和批判的方法來推斷因果關係，特別是當使用HMA齧齒動物作為其建立因果關係的基礎模型時更應該注意這一點，以避免錯誤的概念並防止不切實際的期望，這些期望可能會破壞微生物組科學的信譽並延遲其轉化。
使用HMA小鼠模型進行研究的結果和分析
Establishing or Exaggerating Causality for the Gut Microbiome: Lessons from Human Microbiota-Associated Rodents.https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.12.025
半個多世紀前，卡爾·波普爾（Karl Popper）建議嚴謹的研究應該嘗試拒絕它的假設；「對理論的每一次真正的檢驗都是一次嘗試證偽它，或反駁它」。正如所有的科學努力一樣，我們的領域如果更高層次期刊的編輯政策更好以及資助機構的指導方針不去鼓勵任何針對陰性數據、重複、實驗驗證設計和統計分析的歧視，那我們領域發展的春天才會來臨。
3.人類腫瘤圖譜網絡計劃分享追蹤癌症的策略
人類腫瘤圖譜網絡（Human Tumor Atlas Network，HTAN）計劃於2018年9月啟動，屬於美國國家癌症研究所資助的癌症登月計劃的一部分。這項計劃旨在利用一系列的單細胞圖譜來定義人類癌症發展過程中的關鍵過程和事件，如癌前病變向惡性腫瘤的轉化、惡性腫瘤向轉移性腫瘤的發展，以及腫瘤對治療的反應。
Broad研究所、國家癌症研究所、紀念斯隆凱特琳癌症中心等機構的研究人員概述了人類腫瘤圖譜網絡研究迄今為止取得的進展。他們認為，這些腫瘤圖譜將對人們理解癌症生物學產生深遠影響，並有望改善癌症檢測、預防和治療。
研究計劃開展單細胞RNA測序或單核RNA測序，再加上空間信息、外顯子組序列、蛋白質組特徵、表觀基因組數據以及代謝組和微生物組線索，以了解幾種成人癌症和小兒癌症的癌前、惡性和轉移性癌症樣本中的突變、拷貝數變化、表達變化及其他變化。
在這篇文章中，研究團隊闡述了這項工作的理由、詳細的檢測方法以及有望從腫瘤中獲得的見解。未來五年，這些研究將在美國的10個跨學科癌症中心開展。例如，費城兒童醫院計劃將重點放在某些小兒癌症的原發性和耐藥性形式上，而其他機構的人員將主要關注原發性、轉移性和耐藥性的成人腫瘤。
其實，在惡性腫瘤被診斷出來之前，癌症的發展早就有跡可循。因此，研究人員認為，通過分析腫瘤的形態特徵、基因組學特徵、表觀遺傳調控因子以及腫瘤微環境，有望弄清癌症發展的詳細軌跡。多個研究中心也會將重點放在尚未癌變的樣本上。
研究人員稱，這項計劃還將專注於成熟的腫瘤細胞所產生的細胞，有些細胞對治療無響應，而有些細胞在最初響應後形成了耐藥性。作者表示，HTAN項目將建立一種臨床、實驗、計算的框架，以便針對各種類型的腫瘤生成信息豐富的三維癌症轉化圖譜。
構建3D人類腫瘤圖譜
The Human Tumor Atlas Network:Charting Tumor Transitions acrossSpace and Time at Single-Cell Resolution.https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.03.053
他們詳細列出了此項技術所使用的工具，包括分子分析、空間分子分析、組織學分析和解剖學分析的工具。有了這些三維的癌症圖譜，人們不僅能夠更好地了解癌症生物學和治療策略，還能夠利用HTAN數據集來加強癌症的診斷和監控。
人類腫瘤圖譜網絡將提供操作方案、軟體和最佳實踐指南，以促進各項技術的開發，這將對人類腫瘤的研究產生深遠的影響，包括組織學和組織病理學方面的開放標準。希望這項技術能帶來基本資源，以增進對癌症患者的了解、診斷、監測和治療。
第三部分：卓越研究進展
1.AI從超1億個分子中預測強力抗生素，殺傷超級耐藥細菌
細菌對抗生素的耐藥性在全球範圍內急劇上升，研究人員預測，除非緊急開發新的藥物，否則到2050年，耐藥感染每年可能導致1000萬人死亡。但在過去的幾十年裡，新抗生素的發現和監管審批都有所放緩。
但可喜的是，一項開創性的機器學習方法已經從1億多個分子中識別出了強大的新型抗生素，可以對付多種細菌，包括肺結核和被認為無法治癒的菌株。
研究人員表示，這種名為halicin的抗生素是第一個被人工智慧發現的抗生素。儘管人工智慧以前曾被用於協助抗生素發現過程的某些部分，但他們表示，這是人工智慧首次在不使用任何人類假設的情況下，從零開始識別出全新種類的抗生素。這項研究由劍橋麻省理工學院的合成生物學家Jim Collins領導。
人工智慧在抗生素發現中的應用
A Deep Learning Approach to Antibiotic Discovery.https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.01.021
研究人員利用已知的2335個抗菌分子，訓練其神經網絡識別抑制大腸桿菌生長的分子。這包括一個包含約300種經批准的抗生素的文庫，以及800種來自植物、動物和微生物來源的天然產品。
從識別的結果中，研究人員選擇了大約100個候選分子進行動物實驗。結果發現其中一種被用作糖尿病治療的分子被證明是一種有效的抗生素，並將其命名為halicin。在小鼠實驗中，這種分子對多種病原體都有活性，包括一株艱難梭狀芽胞桿菌和一株鮑曼不動桿菌。鮑曼不動桿菌具有"泛耐藥性"，急需開發新的抗生素。且即使經過30天的測試，也沒有發現對halicin的任何耐藥性。"
該團隊隨後在一個名為ZINC15的資料庫中篩選了超過1.07億個分子結構。在23項測試中，有8項被確定具有抗菌活性。其中兩種對多種病原體都有很強的活性，甚至可以戰勝對抗生素有抗藥性的大腸桿菌。
賓夕法尼亞匹茲堡大學的計算生物學家Jacob Durrant說，這項研究意義非凡。他說，研究小組不僅確定了候選分子，還在動物實驗中驗證了有希望的分子。更重要的是，這種方法也可以應用於其他類型的藥物，如用於治療癌症或神經退行性疾病的藥物。
2.揭示新型冠狀病毒進入宿主細胞的機制冠狀病毒的刺突（S）蛋白（下稱S蛋白）有助於病毒進入靶細胞。細胞進入取決於S蛋白的表面亞基S1與細胞受體的結合，這種結合有助於病毒附著至靶細胞的表面。另外，細胞進入需要通過細胞蛋白酶激活S蛋白（S protein priming），這需要在S蛋白的S1/S2和S2'位點切割這種蛋白，並允許病毒膜和細胞膜融合，這一過程由S蛋白的S2亞基驅動。SARS-CoV S蛋白以血管緊張素轉換酶2（ACE2）作為進入受體，並利用細胞絲氨酸蛋白酶TMPRSS2激活S蛋白。已在原子水平上闡明了SARS-CoV S/ACE2界面，發現ACE2的使用效率是SARS-CoV傳播能力的關鍵決定因素。SARS-CoV S蛋白和SARS-CoV-2 S蛋白具有大約76％的胺基酸序列一致性（sequence identity）。然而，人們仍不清楚SARS-CoV-2 S蛋白是否像SARS-CoV S蛋白那樣使用ACE2和TMPRSS2進入宿主細胞。 在一項新的研究中，德國研究人員提供證據表明SARS-CoV-2的宿主細胞進入依賴於SARS-CoV受體ACE2，並且可以被臨床證明的細胞絲氨酸蛋白酶TMPRSS2抑制劑阻斷，而且TMPRSS2被SARS-CoV-2用於S蛋白激活。此外，這項研究還發現針對SARS-CoV產生的抗體反應可以至少部分地抵禦SARS-CoV-2感染。這些結果對人們對SARS-CoV-2的可傳播性和發病機理的理解具有重要意義，並揭示了進行治療性幹預的靶標。
SARS-2-S蘊藏對ACE2結合至關重要的胺基酸殘基
SARS-CoV-2 Cell Entry Depends on ACE2 and TMPRSS2 and Is Blocked by a Clinically Proven Protease Inhibitor.https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.02.052
這一發現提示著這種冠狀病毒像SARS-CoV那樣靶向一系列細胞。在肺部，SARS-CoV主要感染肺細胞和巨噬細胞。然而，ACE2的表達不僅限於肺部，而且還觀察到SARS-CoV在ACE2+組織中的肺外擴散。雖然還需要比較SARS-CoV S蛋白和SARS-CoV-2 S蛋白對ACE2的親和力，但是這些研究人員認為可以預期SARS-CoV-2也會如此。
3.攜帶D614G突變的SARS-CoV-2成為在當今世界上傳播的主導毒株
來自美國杜克大學人類疫苗研究所、洛斯阿拉莫斯國家實驗室、拉霍亞免疫學研究所、華盛頓大學、哈佛大學和英國謝菲爾德大學的研究人員發現新型冠狀病毒SARS-CoV-2基因組中的一種突變提高了這種病毒感染人體細胞的能力，並幫助它成為在當今世界上傳播的主導毒株。
到3月中旬，D614G變體在世界上佔據了主導地位
Tracking Changes in SARS-CoV-2 Spike:Evidence that D614G Increases Infectivity of the COVID-19 Virus.https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.06.043
這項研究發現在實驗室條件下，這種突變讓這種病毒在細胞培養物中更具感染力。這種突變被命名為「D614G」，使得從這種病毒表面突出的「刺突（spike）」糖蛋白（S蛋白）發生了微小但有效的變化，其中這種病毒利用S蛋白進入並感染人體細胞。 這種攜帶D614G突變的SARS-CoV-2（下稱D614G變體）在首次出現後不久就迅速成為主導毒株，地理樣本顯示這種病毒群體的數量從最初的病毒毒株到這種新的病毒毒株發生了重大轉變。 來自洛斯阿拉莫斯國家實驗室和杜克大學的研究人員，與來自謝菲爾德大學COVID-19基因組學的研究團隊合作，對發表在GISAID資料庫上的SARS-CoV-2基因組樣本進行分析，其中GISAID是全球研究人員共享基因組序列的國際資源。 論文共同作者、洛斯阿拉莫斯國家實驗室的Will Fischer博士評論說，「對我來說，這很了不起。僅通過對序列數據的仔細觀察就發現了這種感染性的增加，而且我們的實驗同事可以在如此短的時間內用活病毒來證實這一點。」
4.新研究發現102個與自閉症相關基因
在一項迄今為止針對自閉症譜系障礙（ASD）的最大規模遺傳學研究中，來自全球50多個中心的研究人員報導102個基因與這種疾病有關，包括幾十個之前未被發現的基因。某些基因還與智力障礙和發育遲緩有關。但是其他的一些基因是這種疾病特有的，並且似乎與作為這種疾病的典型特徵的社交困難有關。了解這些與這種疾病相關的基因將有助於人們更好地理解它的病因並且可能為患有嚴重ASD的兒童開發出新的藥物療法。
ASC隊列中的基因發現
Large-Scale Exome Sequencing Study Implicates Both Developmental and Functional Changes in the Neurobiology of Autism.https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.12.036
有些基因是「高風險」的，並攜帶著完全的突變。大多數ASD患者（可能佔80％）並不攜帶這些完全的突變，相反，這些患者將在多個基因上發生「微小的微小變化」。 還需要開展更多的研究來準確了解所有這些基因的作用。但是，這些研究人員發現，大多數風險基因在大腦發育的早期就較為活躍，並在調節其他基因的活性或腦細胞之間的交流中發揮作用。這些風險基因在「興奮性」和「抑制性」神經元中也有活性。作者Buxbaum說，這表明自閉症不僅與一種主要類型的腦細胞有關，而且還涉及腦細胞功能受到「許多破壞」。
作者Buxbaum指出，「自閉症存在一個譜系，許多人不需要做任何新的靶向藥物治療，這是因為他們表現良好。」他說，但是對於那些受到這種疾病嚴重影響的兒童來說，「精確醫學」方法——根據他們的特徵（比如他們攜帶的基因）為他們量身定製的治療方法——可能會帶來希望。
5.染色質結構如何調控？
來自美國西南醫學中心的Michael K. Rosen課題組從相分離的角度揭示了細胞內染色質結構的調節。
為了研究染色質能否發生相分離，作者首先利用含有12個重複的Widom’s 601- nucleosome positioning sequence序列的雙鏈DNA片段與純化的不同物種的以及不同螢光標記的組蛋白八聚體在體外重新組裝成核小體結構，模擬體內的染色質結構用於後續的染色質相分離實驗。作者發現體外重構的染色質結構能夠在生理鹽濃度下發生相分離，形成典型的「lipid droplets」,這種droplets符合液滴的各種性質，呈現球形，可以相互融合，能夠在螢光漂白恢復，而且這種體外重構的染色質結構的相分離現象隨著構成染色質的核小體個數的增長而更加明顯。
為了進一步說明體外重構的染色質結構的相分離與核小體個數有關，作者在體外將單個的核小體使用T4 DNA連接酶連接起來成為一串核小體結構，作者發現，單個的核小體結構不能發生相分離，但是經過T4 DNA 連接酶連接後的核小體能夠發生相分離現象。作者通過以上實驗發現了染色質結構在正常生理濃度的鹽離子條件下能夠發生相分離現象，並且這種相分離現在依賴於核小體的個數。作者進一步研究了組蛋白的結構對於相分離的影響，作者發現組蛋白的游離在八聚體外面的組蛋白Tail結構，對於相分離現象是必須的，將這段序列使用胰酶消化或者將組蛋白H4的Basic Patch的K16,R17,R19,K20 突變後便不能在發生相分離現象，說明了Histone H4的Basic Patch與DNA的結合對於染色質發生相分離是非常重要的。
生理鹽中重組染色質的相分離研究
Organization of Chromatin by Intrinsic and Regulated Phase Separation. https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.08.037
作者進一步使用FRAP實驗檢測在發生相分離後的「liquid droplets」裡面的蛋白是否是活躍的，即證明不是一種固態的結構確實是一種液滴的結構。作者發現，如果將整個liquid droplets漂白，其恢復速度極其緩慢，但是如果僅漂白一個液滴的部分區域，這部分區域的螢光強度能夠非常快的恢復，說明了液滴內部組分之間的流動性，作者進一步測定了在液滴內部以及溶液中的蛋白濃度，作者發現液滴內部的但阿比濃度可以高達340微摩爾，比溶液中的濃度高出了10000倍，這也能解釋漂白整個液滴後恢復速度為什麼會非常緩慢的問題，溶液中的組蛋白的濃度過於低，導致其整個液滴的螢光恢復非常緩慢。
作者在發現體外重構的染色質結構可以發生相分離的現象後，進一步對這種相分離現象在細胞內的可能的調控因素做了詳細的研究。這為我們進一步理解生命現象的本質，對一些疾病的發生發展機制以及相關的幹預手段的開發提供了全新的理解和思路。
6.揭示組織在機械壓力下如何保護DNA不受損！在日常生活中，我們的組織，例如皮膚和肌肉，被拉伸、拉伸和壓縮，而不會對細胞或DNA造成損傷。來自馬克斯普朗克研究所衰老生物學研究所、科隆大學的CECAD卓越團體和赫爾辛基大學生命科學研究所的Sara Wickstrom領導的一組研究人員發現了細胞保護自己免受這些壓力的機制，包括細胞核變形且軟化遺傳物質本身。
拉伸誘導近地線張力和核力學性能的變化
Heterochromatin-Driven Nuclear Softening Protects the Genome against Mechanical Stress-Induced Damage.https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.03.052
為了研究幹細胞中的DNA是如何對機械變形做出反應的，研究人員使用了一種特殊的機械裝置，使皮膚和肌肉乾細胞暴露在與它們在組織內經歷的類似的機械拉伸條件下。由於拉伸，細胞核和DNA都重新組織了，同時也改變了它們的機械性能，變得更軟了。這提示可以通過對幹細胞施加機械力來改變DNA的機械性質，這一發現讓人興奮。更驚人的是，如果通過實驗阻止這種變化，幹細胞現在就會受到DNA損傷，這表明我們已經發現了一種重要的保護機制。
在深入研究幹細胞對拉伸反應的細胞機制時，Nava、Miroshnikova和同事們發現，如果在機械拉伸中暴露的時間更長，整個組織就會向力的方向運動。這種組織尺度的定位阻止了細胞核和它的DNA的變形，使它們恢復到原來的狀態。這種組織水平的定向因此成為長期的機械保護。
最後，研究人員還注意到，由於關鍵核蛋白水平的差異，癌細胞對機械拉伸的敏感性不如健康幹細胞。Sara Wickstrom說："有趣的是，定義癌症的兩個核心特徵是它們的遺傳不穩定性，即頻繁獲得新的突變，以及它們對外部信號控制的不敏感性。我們實驗室未來的一個主要目標是了解這個新發現途徑中的缺陷如何促進癌症形成，以及癌症如何利用這些機制來逃脫組織的控制機制。"
7.揭示結直腸癌靶向髓系細胞的免疫治療機理
在腫瘤微環境中，除淋巴細胞外，髓系免疫細胞（Myeloid cell）作為主要的抗原提呈細胞在腫瘤免疫中同樣發揮重要的功能。多項靶向髓系免疫細胞如腫瘤相關巨噬細胞（Tumor-associated macrophage, TAM）和樹突狀細胞（Dendritic cell, DC ）的治療策略已進入臨床前試驗。然而這些細胞在結直腸癌腫瘤微環境中的特徵，其與T細胞等其他細胞的相互作用關係，以及其靶向藥物的作用機理尚未得到全面闡釋。 2020年4月，北京大學生物醫學前沿創新中心張澤民課題組聯合美國安進公司Jackon G. Egen團隊和北京大學人民醫院申佔龍課題組在Cell上發表研究論文。該研究在單細胞水平對結直腸癌患者的腫瘤微環境，特別是浸潤髓系細胞類群首次進行了系統性的刻畫，分析了TAM和DC細胞的類群特徵、譜系發育及其與T細胞和其他細胞間相互作用關係。
通過scRNA-seq鑑定人類CRC中的腫瘤浸潤性骨髓細胞特徵
Single-Cell Analyses Inform Mechanisms of Myeloid-Targeted Therapies in Colon Cancer.https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.03.048
研究團隊分別對接受anti-CSF1R抑制劑和anti-CD40激動劑的小鼠模型進行單細胞測序，揭示了這兩種靶向髓系細胞的免疫治療策略潛在的作用機理。在此項結合人鼠單細胞轉錄組的工作中，團隊首次發現靶向DC的治療策略anti-CD40可以顯著地提高此類細胞的水平，為MSS病人的臨床治療策略提供一定的指導。而靶向TAM的藥物機制的研究，將大大有助於後續靶點的挖掘及新的治療策略的開發。
8.闡明CD4+ T細胞的嘌呤合成紊亂與壓力引發的焦慮症間的重要聯繫
浙江大學生命科學研究院靳津實驗室聯合東南大學柴人傑實驗室揭示了CD4+T細胞嘌呤合成代謝功能紊亂在慢性應激誘導的心理疾病中的重要功能。
作者團隊首先發現，T、B細胞的Rag1-/-小鼠明顯對反覆電擊誘導的焦慮情緒具有明顯的抵抗，抗體中和試驗進而證明，在此過程中CD4+T細胞對於慢性壓力引發的焦慮行為具有核心的調控作用。作者通過比較靜息狀態的T細胞和效應性T細胞，發現引發焦慮行為的這群CD4+T細胞並不依賴其自身的活化狀態，這與T細胞的活化才是其發揮功能的關鍵的傳統觀點相悖，說明T細胞仍有我們尚不明確的發揮作用的方式。研究人員通過轉錄組測序發現，壓力應激的CD4+T細胞上調多種線粒體基因。白三烯B4可能是導致外周T細胞線粒體分裂的直接「元兇」，沒有外周CD4+T細胞，這些物質也不在具有誘導焦慮行為的能力。作者通過這些基因的T細胞特異性敲除小鼠（MIGA2TKO，MFN1/2TKO），證明T細胞中線粒體的分裂形態直接導致了焦慮行為的產生，這些小鼠同時還伴隨著抑鬱和社交障礙等精神系統疾病。與之一致，作者在臨床焦慮病人的外周CD4+T細胞中也觀察到了類似的現象，說明CD4+T細胞線粒體的分裂是導致焦慮發生的關鍵步驟。
CD4+T細胞在壓力誘導的焦慮樣行為中發揮重要作用
Stress-Induced Metabolic Disorder in Peripheral CD4+ T Cells Leads to Anxiety-like Behavior.https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.10.001
MIGA2-/-CD4+T細胞相關炎症基因和炎症性疾病進程並未發生改變，作者進而通過代謝組學分析發現MIGA2TKO小鼠表現出嚴重的嘌呤合成紊亂。通過阻斷黃嘌呤的合成能夠顯著改善MIGA2TKO小鼠的焦慮症狀。
該研究成果確定了慢性應激如何影響外周CD4+T細胞的線粒體形態，進而誘導產生的焦慮行為中的分子機制。臨床治療精神疾病的大多數藥物直接針對中樞神經系統，如選擇性單胺神經遞質再攝取抑制劑。這些藥物伴隨著許多副作用，包括性功能障礙、全身代謝紊亂和持續性高血壓等。而靶向其他系統幹預精神疾病的藥物或治療手段有限。該工作加深對神經發育、精神疾病與免疫生理功能之間聯繫的理解，對了解抑鬱症和焦慮症的發病機制並開發新的治療藥物具有重要意義。
在未來對CD4+T細胞介導產生焦慮的研究中，腸道微生物的調節作用將是一個重要的研究方向。這項工作闡明了通過靶向藥物抑制CD4+T細胞黃嘌呤合成，從而對中樞神經系統的神經迴路功能進行調節的可能性。為那些因免疫系統失調而導致精神疾病症狀的患者提供了精準治療設計的方向。
最後，希望這些凝結科研人員心血的力作能為讀者帶來啟發，以上。
來源 ：梅斯醫學綜合報導
編輯：Sam
審核：Wahson