在2021年1月4日，中國學者在Nature Communications 在線發表了13項生命科學相關的研究成果；武漢大學，南京大學，上海交通大學，北京大學，陸軍軍醫大學，復旦大學，南方科技大學等單位發表了重要的研究成果。iNature系統盤點這13項研究成果：
【1】葡萄糖代謝和先天免疫同時發生。目前尚不清楚在B型肝炎病毒（HBV）感染期間這兩個系統是否以及如何相互作用，如果存在，則涉及哪些機制。 2020年1月4日，武漢大學劉實團隊在Nature Communications 在線發表題為「Hepatitis B virus rigs the cellular metabolome to avoid innate immune recognition」的研究論文，該研究報告HBV激活糖酵解，以阻止視黃酸誘導基因I（RIG-I）誘導的幹擾素生產。 該研究證明了HBV通過形成包括己糖激酶（HK）在內的三元複合物從RIG-I螯合MAVS。使用一系列藥理和遺傳學方法，該研究提供了體外和體內證據，表明HBV通過乳酸脫氫酶A依賴性乳酸產生抑制RLR信號傳導。乳酸直接結合MAVS，防止其在HBV感染期間聚集和線粒體定位。因此，該研究發現HK2和糖酵解來源的乳酸在HBV的免疫逃逸中具有重要功能，並且能量代謝調節HBV感染期間的先天免疫。
【2】Zn2 +在代謝和信號調節中起重要作用。亞細胞Zn2 +分隔對於細胞器功能和細胞生物學至關重要，但是目前尚無一種方法可以用一種探針測定兩個以上細胞器之間的Zn2 +信號傳導關係。2020年1月4日，南京大學陳韻聰，何衛江及辛辛那提大學Jiajie Diao通訊共同在Nature Communications 在線發表題為」Simultaneous Zn2+ tracking in multiple organelles using super-resolution morphology-correlated organelle identification in living cells」的研究論文，該研究報告了多個細胞器（Zn-STIMO）中同時進行的Zn2 +跟蹤，這是一種使用結構化照明顯微鏡（SIM）和單個Zn2 +螢光探針的方法，可以在活細胞中鑑定超高解析度的形態相關細胞器。為了確保SIM成像質量可用於細胞器識別，該研究通過調節萘二甲醯亞胺衍生的Zn2 +探針的親脂性，使其在除細胞核之外的多個細胞器中積累，開發了一種新型的Zn2 +螢光探針NapBu-BPEA。帶有該探針的Zn-STIMO表明，CCCP誘導的HeLa細胞線粒體與不穩定的Zn2 +增強有關。因此，由SIM成像支持的直接細胞器識別使Zn-STIMO成為一種可靠的方法，可使用一個探針確定各種細胞器中不穩定的Zn2 +動力學。最後，使用NapBu-BPEA對多能幹細胞來源的類器官進行SIM成像，證明了超解析度形態相關細胞器識別的潛力，可追蹤類動物體內特定細胞器中的生物種類和事件。
【3】鑑定新的藥物靶標以克服對酪氨酸激酶抑制劑（TKIs）的耐藥性並根除白血病幹/祖細胞對於治療慢性粒細胞性白血病（CML）是必需的。2020年1月4日，上海交通大學吳英理，陳國強及Zhou Li通訊共同在Nature Communications 在線發表題為「Targeting USP47 overcomes tyrosine kinase inhibitor resistance and eradicates leukemia stem/progenitor cells in chronic myelogenous leukemia」的研究論文，該研究顯示泛素特異性肽酶47（USP47）是克服TKI耐藥性的潛在目標。功能分析表明，在體外和體內，USP47敲低可抑制對伊馬替尼敏感或耐藥的CML細胞的增殖。Usp47的敲除可顯著抑制小鼠中BCR-ABL和BCR-ABLT315I誘導的CML，同時減少Lin-Sca1 + c-Kit + CML幹/祖細胞。機理研究表明，穩定的Y盒結合蛋白1有助於CML細胞中USP47介導的DNA損傷修復。通過P22077抑制USP47，可在體內外對具有或不具有TKI耐藥性的CML細胞產生細胞毒性。此外，P22077消除了CML小鼠中的白血病幹/祖細胞。總之，靶向USP47是克服TKI耐藥性並根除CML中的白血病幹/祖細胞的有前途的策略。
【4】循環腫瘤DNA（ctDNA）提供了一種非侵入性方法來闡明患者的基因組情況和可行的信息。2020年1月4日，解放軍總醫院曾強及北京大學賈淑芹共同在Nature Communications 在線發表題為「Pan-cancer circulating tumor DNA detection in over 10,000 Chinese patients」的研究論文，該研究設計了一項基於ctDNA的研究，研究了10,000多名中國癌症患者。使用血漿和白細胞之間的平行測序，無血漿細胞的DNA樣本中有14％包含克隆性血細胞生成（CH）變體，其可檢測性隨年齡增長而增加。消除CH變異後，在73.5％的血漿樣本中檢測到ctDNA，其中小細胞肺癌（91·1％）和前列腺癌（87·9％）顯示出最高的可檢測性。 ctDNA分析揭示的推定驅動基因的情況與基於組織的資料庫相似（R2 = 0·87，p <0·001），但也顯示出一些差異，例如較高的EGFR和較低的KRAS，肝細胞癌的TP53發生率更高。高達41.2％的血漿樣本具有藥物敏感性改變。這些發現可能有助於確定治療目標和聯合治療策略。
【5】陰道前脫垂（AVP）是盆腔器官脫垂（POP）的最常見形式，對女性健康具有有害影響。儘管最近在AVP診斷和治療方面取得了進展，但尚未建立AVP中陰道壁的細胞圖譜。2020年1月4日，中國醫學科學院北京協和醫學院朱蘭及中國科學院北京基因組研究所楊運桂通訊共同在Nature Communications 在線發表題為「Single-cell transcriptome profiling of the vaginal wall in women with severe anterior vaginal prolapse」的研究論文，該研究採用單細胞RNA-seq從AVP和對照樣品構建陰道壁上81,026個單個細胞的轉錄組圖譜，並鑑定11種細胞類型。 該研究揭示了AVP中不同細胞類型中異常的基因表達。在非免疫和免疫細胞類型中均發現了細胞外基質（ECM）失調和免疫反應。此外，該研究發現與ECM和免疫調節相關的幾種轉錄因子在AVP中被激活。此外，該研究揭示了AVP中細胞間通信模式失調的情況。 兩者合計，這項工作為解密細胞異質性和嚴重AVP的分子機制提供了寶貴的資源。
【6】脂肪組織巨噬細胞（ATM）的促炎性激活與肥胖和肥胖相關疾病有因果關係。大量研究表明，線粒體代謝在巨噬細胞激活中起著至關重要的作用。但是，缺乏針對ATM的線粒體代謝的藥物來治療肥胖相關疾病。2020年1月4日，陸軍軍醫大學史春夢，王鈺及繆洪明通訊共同在Nature Communications 在線發表題為「Improvement of obesity-associated disorders by a small-molecule drug targeting mitochondria of adipose tissue macrophages」的研究論文，該研究描述了一種近紅外螢光團（IR-61）的特徵，該螢光團優先積累在ATM的線粒體中，並且對飲食誘發的肥胖以及與肥胖相關的胰島素抵抗和脂肪肝具有治療作用。IR-61通過增加線粒體複合物水平和經由ROS / Akt / Acly途徑的氧化磷酸化來抑制ATM的經典活化。綜上所述，該研究發現表明ATM氧化磷酸化的特異性增強可改善慢性炎症和與肥胖相關的疾病。IR-61可能是靶向ATM線粒體的抗炎藥，可用於治療肥胖相關疾病。
【7】RNA結合蛋白QKI屬於hnRNP K-同源結構域蛋白家族，它是前mRNA選擇性剪接的眾所周知的調節子，與幾種神經發育障礙有關。發現Qki在發育中和成年心臟中高度表達。2020年1月4日，復旦大學孫寧，黃國英及美國印第安納大學Weinian Shou通訊共同在Nature Communications 在線發表題為「QKI is a critical pre-mRNA alternative splicing regulator of cardiac myofibrillogenesis and contractile function」的研究論文，該研究通過將人類胚胎幹細胞（hESC）用於心肌細胞分化系統並使用CRISPR / Cas9基因編輯技術生成QKI缺陷型hESC（hESCs-QKIdel），分析了QKI在心肌細胞分化，成熟和收縮功能中的生理作用。hESCs-QKIdel在很大程度上維持了正常的多能性和正常的分化潛能，可以產生早期的心源性祖細胞，但它們無法轉變為功能性心肌細胞。在這項工作中，通過使用一系列的轉錄組學，細胞和生化分析以及Qki缺陷型小鼠模型，該研究證明了QKI通過調節參與Z盤形成基因的選擇性剪接，對心臟肉瘤的發生和心臟功能必不可少，表明QKI與某些形式的心肌病的發病機制有關。
【8】信號複合體通常以時空方式和微小的時間尺度組織。基於工程化抗壞血酸過氧化物酶APEX2的鄰近標記率先在活細胞中原位捕獲時空膜蛋白複合物，但由於高標記背景，其在細胞質蛋白中的應用仍然受到限制。2020年1月4日，南方科技大學田瑞軍團隊在Nature Communications 在線發表題為「Spatiotemporal profiling of cytosolic signaling complexes in living cells by selective proximity proteomics」的研究論文，該研究開發了具有更高標記選擇性的鄰近標記探針。這些探針與無標記的定量蛋白質組學結合，可以探索胞質蛋白組裝體，例如響應於微小規模的EGF刺激而形成的磷酸酪氨酸介導的蛋白複合物。作為概念驗證，該研究系統地分析了EGFR信號組件STS1的時空相互作用組。對於STS1核心複合物，近距離蛋白質組學方法顯示出與基於親和純化-質譜法的時間相互作用組分析相當的性能，同時還捕獲了其他蛋白質，尤其是位於體內的蛋白質複合物。總之，該研究提供了一種通用的方法，以幾分鐘的時間解析度探索活細胞中移動胞質蛋白的相互作用組。
【9】腸出血性大腸桿菌（EHEC）引起腸道細胞骨架的變化以及附著和脫落的病變的形成，其特徵是出現了微絨毛的脫落，然後形成了緊密附著細菌的肌動蛋白基架。2020年1月4日，國立成功大學陳昌熙團隊在Nature Communications 在線發表題為「Host CDK-1 and formin mediate microvillar effacement induced by enterohemorrhagic Escherichia coli」的研究論文，該研究使用EHEC感染的秀麗隱杆線蟲模型來顯示微絨毛表面受損是由包括有絲分裂細胞周期蛋白依賴性激酶1（CDK1）和透照相關的甲蛋白1（CYK1）的信號傳導途徑介導的。在體外使用EHEC感染的人腸道細胞也獲得了類似的觀察結果。該研究結果支持使用秀麗隱杆線蟲作為宿主模型來研究體內附著和消融病變，並揭示CDK1-formin信號軸對於EHEC誘導的微靜脈消融是必需的。
【10】在胎盤哺乳動物的雄性生殖細胞中，當精母細胞進入減數分裂的粗線期時，會出現26–30 nt長的PIWI相互作用RNA（piRNA）。在小鼠中，粗線期細胞piRNA來源於約100個離散的常染色體位點，這些位點產生典型的RNA聚合酶II轉錄本。這些piRNA簇帶有5『帽和3'poly（A）尾巴，並且通常包含內含子，這些內含子在核輸出並加工成piRNA之前就被去除了。什麼標誌著粗線期的piRNA簇產生piRNA，什麼將它們的表達限制在生殖細胞中？2020年1月4日，同濟大學，麻薩諸塞大學等多單位合作，Wen Zhiping等人在Nature Communications 在線發表題為「Long first exons and epigenetic marks distinguish conserved pachytene piRNA clusters from other mammalian genes」的研究論文，該研究報告說，異常長的第一個外顯子（≥10kb）或長的未剪接的轉錄本與生殖細胞特異性轉錄和piRNA產生有關。對多種物種的轉錄組，piRNA和表觀基因組數據集的綜合分析表明，長的第一個外顯子是粗線期發育性piRNA簇的進化保守特徵。此外，高度甲基化的啟動子（通常包含低水平或中等水平的CG二核苷酸）與生殖細胞表達和粗線期piRNA簇的體細胞沉默相關。粗線期piRNA前體轉錄物結合THOC1和THOC2，這是THO複雜的亞基，已知可促進轉錄伸長和mRNA核輸出。這些特徵一起可以解釋為什麼粗線期細胞piRNA簇的主要來源會在胎盤哺乳動物的雄性生殖系中特異性地產生這些獨特的小RNA。
【11】耐藥性和腫瘤復發是癌症治療中的主要挑戰。癌細胞通常顯示中心體擴增。為了維持生存，癌細胞通過聚集多餘的中心體實現雙極分裂。因此，靶向中心體簇被認為是有前途的治療策略。但是，中心體聚集的調節機制仍不清楚。2020年1月4日，上海交通大學Wang Chuangui及Zhang Shengping通訊共同在Nature Communications 在線發表題為「The ATM and ATR kinases regulate centrosome clustering and tumor recurrence by targeting KIFC1 phosphorylation」的研究論文，該研究發現KIFC1，一種中心體聚類調節劑，與腫瘤復發呈正相關。在DNA損傷處理下，ATM和ATR激酶使Ser26處的KIFC1磷酸化，從而通過中心體聚類選擇性地維持帶有擴增的中心體的癌細胞的存活，從而導致耐藥性和腫瘤復發。這項研究確定了KIFC1是一種預後性腫瘤復發標誌物，並揭示了腫瘤可以通過在DNA損傷脅迫下觸發中心體簇而獲得治療抗性和復發，這表明阻斷KIFC1磷酸化可能為癌症治療打開新的希望。
【12】長的納米孔讀數在從頭基因組組裝中是有利的。但是，納米孔讀取通常具有廣泛的錯誤分布和較高的錯誤率子序列。現有的錯誤校正工具無法有效地校正納米孔讀數。大多數方法都會在糾錯期間修剪高錯誤率的子序列，從而減少讀取的長度和最終裝配的連續性。2020年1月4日，中山大學肖傳樂，劉奕志，中南大學王建新及克萊姆森大學Luo Feng通訊共同在Nature Communications 在線發表題為「Efficient assembly of nanopore reads via highly accurate and intact error correction」的研究論文，該研究開發了一種糾錯和從頭組裝的工具，旨在克服納米孔讀取中的複雜錯誤。該研究提出了一種自適應閱讀選擇和兩步漸進方法，可以快速正確地校正納米孔讀數。該研究介紹了一個兩階段的彙編程序，以利用全長的納米孔讀數。該研究的工具在糾錯和從頭組裝納米孔讀數方面均具有卓越的性能。組裝35X覆蓋率的人類基因組僅需8122個小時，就能將NG50提升2.47倍。此外，該研究組裝的人類WERI細胞系顯示NG50為22 Mbp。納米孔讀段的高質量組裝可以顯著減少結構變異檢測中的假陽性。
【13】線粒體向樹突和軸突的運輸在神經元的生理和病理生理中起重要作用。2020年1月4日，2020年1月4日，中國科學院生物物理所馮巍，王香明及史丹福大學沈康通訊共同在Nature Communications 在線發表題為「Metaxins are core components of mitochondrial transport adaptor complexes」的研究論文，該研究表明，metaxins MTX-1和MTX-2有助於線粒體運輸到秀麗隱杆線蟲神經元的樹突和軸突中。MTX1 / 2與MIRO-1和驅動蛋白輕鏈KLC-1結合，形成介導基於驅動蛋白1的線粒體運動的複合物，其中MTX-1 / 2是必不可少的，而MIRO-1則起輔助作用。該研究發現，MTX-2，MIRO-1和TRAK-1形成了另一種獨特的銜接子複合物，以介導基於 dynein的運輸。此外，該研究表明，樹突中線粒體運輸的失敗會導致年齡依賴性的樹突變性。
先天免疫系統通過模式識別受體（例如Toll樣受體（TLR）和視黃酸誘導型基因I（RIG-1）樣受體（RLRs））識別病原體。包括RIG-1和MDA5在內的RLR是胞質RNA傳感器，它們通過募集稱為線粒體抗病毒信號（MAVS）（也稱為Cardif，VISA和IPS-1）的信號適配器來觸發先天性免疫反應。一旦激活，MAVS分子就會在線粒體上形成病毒樣的超分子聚集體，從而聚集並激活TBK1和IKKε。活化的TBK1和IKKε誘導轉錄因子的激活，包括IRF3和核因子κB，從而導致產生I型幹擾素（IFN）和促炎性細胞因子。分泌的I型IFN（IFN-I）與大多數有核細胞表面上存在的同源IFNα/β受體（IFNAR）結合。IFNAR受體啟動Jak / STAT信號傳導，導致IFN刺激基因（ISG）的轉錄。ISG具有執行抗病毒活性的多種生物學功能。
病毒感染後，免疫細胞會增加其葡萄糖攝取和利用，以滿足其對能量和分子構件的需求。通過葡萄糖轉運蛋白內化後，葡萄糖分子通過糖酵解，己糖胺生物合成途徑（HBP）或戊糖磷酸途徑進行處理。每個途徑都有不同的功能和目的。在糖酵解過程中，葡萄糖代謝為丙酮酸，可以通過兩種不同的方式進一步代謝：（I）在有氧存在下，丙酮酸由線粒體中的丙酮酸脫氫酶複合物（PDHc）通過三羧酸循環（TCA）處理，從而導致生成乙醯輔酶A。（II）在沒有氧氣的情況下，乳酸脫氫酶（LDH）使用丙酮酸生成乳酸。過去，乳酸通常被認為是無用的代謝終產物。然而，最近，一些研究證明了乳酸鹽在調節各種細胞過程中的重要性，這些過程與腫瘤免疫監視，T輔助細胞分化和巨噬細胞極化有關。
B型肝炎病毒（HBV）是部分雙鏈DNA（dsDNA）病毒，編碼幾種病毒蛋白，例如DNA聚合酶，表面抗原（HBsAg），核心抗原（HBcAg）和X蛋白（HBx） 。HBV生命周期很特殊：進入細胞後，dsDNA基因組被轉運至細胞核；修復了部分雙鏈DNA基因組，形成了共價閉合的環狀DNA（cccDNA）基因組。核cccDNA用作編碼所有病毒蛋白的前基因組RNA（pgRNA）和亞基因組RNA轉錄本的模板。RIG-I識別HBV的pgRNA並激活先天免疫。
最近，一項具有裡程碑意義的研究表明，通過靶向MAVS，乳酸是RLR信號傳導的天然抑制劑。該研究證明了HBV介導的免疫逃逸的新機制，HBV通過糖酵解作用減弱RLR信號傳導。從機制上講，HBV誘導的乳酸與MAVS結合，導致MAVS的線粒體定位受損，與RIG-I和MAVS的相互作用競爭，並削弱了MAVS聚集，這對於其刺激先天免疫的功能是必需的。 因此，該研究發現HK2和糖酵解來源的乳酸在HBV的免疫逃逸中具有重要功能，並且能量代謝調節HBV感染期間的先天免疫。
參考消息：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20316-8
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20309-7
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20259-0
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20162-8
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20358-y
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20315-9
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20327-5
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20367-x
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20355-1
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20208-x
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20346-2
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