腹主動脈瘤發病機制方面的研究取得重要進展

醫學

腹主動脈瘤發病機制方面的研究取得重要進展

北京大學醫學部基礎醫學院孔煒教授研究團隊開展同型半胱氨酸直接結合并激活血管緊張素2受體1從而加重血管損傷的研究，研究論文發表于《自然—通訊》。該研究從臨床問題出發，揭示高同型半胱氨酸作為新的危險因素，促發腹主動脈瘤新機制，即同型半胱氨酸可作為血管緊張素I型受體（AngiotensinⅡType 1，AT1）新的配體，以不依賴于血管緊張素Ⅱ（AngII）作用，激活AT1受體，從而加重血管損害。腹主動脈瘤是與高血壓相關的高度致死心血管疾病，目前尚無有效藥物治療方法。同型半胱氨酸（Homocysteine， Hcy）為蛋氨酸代謝中間產物，高同型半胱氨酸血癥是多種心血管疾病的危險因素。

耐藥鮑曼不動桿菌感染誘導宿主細胞死亡

中科院昆明動物研究所齊曉朋課題組研究I型干擾素信號途徑在鮑曼不動桿菌感染誘導宿主細胞死亡調控中的作用機理，研究論文發表于Cell Death Differentiation。鮑曼不動桿菌是一種廣泛存在于環境中的革蘭氏陰性細菌。耐藥性鮑曼不動桿菌已成為醫院內主要流行病原菌，對免疫力低下人群感染性和致病性極強。鮑曼不動桿菌能引起肺炎、尿路感染、血行性感染，也是引起燒傷感染的主要病原。鮑曼不動桿菌在全球范圍內對包括碳青霉烯類及粘菌素類在內的多種抗生素具有廣譜耐藥性，對其針對性治療日益困難。鮑曼不動桿菌感染通過TRIF依賴的信號通路誘發I型干擾素的產生。

中國人群甲狀腺乳頭狀癌的遺傳圖譜

中科院北京生命科學研究院孫中生研究團隊與北京大學腫瘤醫院頭頸外科劉寶國課題組合作，收集了355對甲狀腺乳頭狀癌的癌組織和癌旁組織樣本，繪制了中國人群甲狀腺乳頭狀癌的遺傳圖譜，研究論文發表于The Journal of Pathology。甲狀腺乳頭狀癌是內分泌系統中發病率最高的惡性腫瘤，發病率在近30年的時間里上升了3倍。目前，國際上大規模的全基因組重測序和轉錄組測序已經鑒定出多個甲狀腺乳頭狀癌驅動變異，但研究對象主要是西方人群。由于癌癥的驅動遺傳變異具有地域和人群的特異性，故而研究中國人群甲狀腺乳頭狀癌的遺傳學極為重要。

新型革蘭氏陽性菌藥物外排泵

中科大合肥微尺度物質科學國家研究中心和生命科學學院教授周叢照、陳宇星課題組，解析了肺炎鏈球菌中一種新型ABC轉運蛋白（Spr0693和Spr0694-0695）的原子分辨率結構，揭示了革蘭氏陽性菌抗藥的一種新機制，相關論文發表于《自然—通訊》。藥物外排泵是細菌抵御外界有毒物質的主要方式，而ABC轉運蛋白是藥物外排泵中的一種重要類型，它依靠ATP水解的能量將這些有毒物質排出。在大腸桿菌等革蘭氏陰性菌中已發現一種ABC類型的藥物外排泵MacAB-TolC，可將抗生素從胞內依次跨過內膜、周質腔、外膜轉運到細菌外。該研究工作發現了一類全新的革蘭氏陽性菌ABC轉運蛋白的組織形式。

醫學

NLRP3炎癥小體調控進展

南京大學生命科學學院、醫藥生物技術國家重點實驗室徐強教授、孫洋教授研究團隊開展磷酸酶SHP2通過與ANT1互作維持線粒體穩態從而負調控NLRP3炎癥小體活化研究，相關研究論文發表于《自然—通訊》。NLRP3炎癥小體作為天然免疫的重要組成部分，在機體免疫反應和疾病發生發展過程中發揮著重要作用，其過度活化可導致多種人類重大疾病如阿爾茨海默病、炎癥性腸病、糖尿病以及惡性腫瘤等的發生。蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2可在NLRP3激活劑ATP、尿酸鹽結晶以及尼日利亞菌素等刺激下，穩定線粒體膜電位、抑制線粒體DNA以及活性氧的釋放、下調由此引發的NLRP3炎癥小體的過度活化。

應激性心臟損傷方面的研究進展

北京大學第三醫院心內科張幼怡研究員團隊開展白介素18剪切活化啟動b-腎上腺素受體過度激活所致心臟炎癥及纖維化研究，相關論文發表于《歐洲心臟雜志》。圍繞交感神經系統過度激活所致心臟損傷機制開展研究，從臨床問題出發，分析在急性b-腎上腺素受體激活后，心臟炎癥因子表達和心臟組織結構和功能的動態變化過程。發現急性b-腎上腺素受體激活后，心肌細胞特異的炎性小體快速活化，引起IL-18剪切激活，后者是促發心臟細胞因子瀑布反應和巨噬細胞浸潤，并導致心肌損傷和功能減低的關鍵因子。交感過度激活的急性胸痛患者也伴隨著外周血IL-18水平的升高。

髓系抑制性細胞（MDSC）在新生個體免疫穩態建立過程中的作用

中山大學中山醫學院人類病毒學研究所周潔教授和Dmitry Gabrilovich教授團隊合作，揭示了髓系抑制性細胞（myeloidderived suppressor cells， MDSC）在新生個體免疫穩態建立過程中的重要作用，相關成果發表于《自然—醫學》。MDSCs是一類非成熟的髓系細胞，具有廣譜的免疫抑制功能。目前普遍認為，MDSC的擴增主要存在于腫瘤，感染等病理狀態，通過抑制免疫應答，誘導機體對腫瘤或病原體的免疫耐受，促進腫瘤或感染性疾病的進展；而在正常健康機體中，MDSC被認為不存在或水平極低。該項研究發現了MDSC在新生兒期的重要生理性免疫調節作用。

成纖維細胞亞群調控腫瘤干細胞新機制

中山大學孫逸仙紀念醫院宋爾衛、蘇士成團隊運用細胞膜蛋白CD10和GPR77為化療耐受相關的成纖維細胞亞群貼上“身份標簽”，發現了一種新型表達CD10+與GPR77+細胞表面標記分子的癌癥相關成纖維細胞，此種成纖維細胞可顯著促進乳腺癌與肺癌病人對化療的耐藥性，并為腫瘤干細胞的干性維持提供了環境，研究論文發表于《細胞》。既往研究提示腫瘤相關成纖維細胞具有高度的異質性。該研究采用術前化療作為研究腫瘤微環境異質性的臨床模型，通過臨床標本高通量篩選發現的膜蛋白鑒定成纖維細胞亞群，闡述了補體分子對炎癥轉錄因子轉錄后修飾的調控作用，為靶向腫瘤干細胞微環境的治療提供了新思路。

信息

成對輻射奇異點體系中體費米弧和偏振態半核的觀測

北京大學信息科學技術學院、區域光纖通信網與新型光通信系統國家重點實驗室彭超副教授與麻省理工學院物理學系Marin Solja i 教授課題組、賓夕法尼亞大學物理學與天文學系Bo Zhen助理教授合作，對非厄米系統的拓撲性質展開直接實驗研究，成功觀測到非閉合的費米弧（Fermi arcs）和偏振態半核（polarization half-charge）現象，相關論文發表于《科學》。費米弧是能量等高線上具有開放端點的不閉合弧。實驗觀測的費米弧來自三維體系自身，而非其二維表面，因此被叫做體費米弧。體費米弧連接了系統中的兩個輻射奇異點，體現出非厄米系統的拓撲性質。同時，還觀測到系統內拓撲性質的另一種表現——光子偏振態半核。

共融機器人的基礎理論與關鍵技術

華中科技大學丁漢院士、吳豪研究員，國防科技大學楊學軍院士、西安交通大學鄭南寧院士，國家自然科學基金委黎明研究員共同撰寫的觀點文章，介紹了“共融機器人基礎理論與關鍵技術研究”重大研究計劃，該計劃旨在引導中國機器人領域學者深化相關領域的基礎研究，同時推動中國機器人產業的發展；文章發表于《國家科學評論》。共融機器人研究關注三個主要科學問題。首先是剛—柔—軟體機器人的運動特性與可控性。其次是人—機—環境多模態感知與自然交互。最后是機器人群體智能與操作系統架構。機器人的應用已經從基本的機械加工和簡單協助演變成了通過交互作用完成不同環境下的復雜任務。

基于支持向量機技術的智能恒虛警率檢測器

中科院聲學研究所水下航行器信息技術重點實驗室助理研究員王雷歐及其合作者利用機器學習中的支持向量機技術，研制出一種智能的恒虛警率（Constant False Alarm Rate，CFAR）檢測器，研究論文發表于IEEE Access。該研究提出的CFAR檢測器則利用先驗數據訓練SVM，隨后用訓練好的SVM識別當前工作環境并輸出一個判斷信號，根據判斷信號，智能選擇合適的檢測閾值。它可以在均勻背景環境下提供最優檢測性能，并在非均勻背景環境下提高檢測性能的魯棒性。經測試，該檢測器在不同環境下的檢測性能優于傳統方法。該研究將機器學習技術移植到傳統的信號檢測器領域，為非高斯背景下的信號檢測工作提供了新思路。

類生命機器人研究進展

中科院沈陽自動化所微納米課題組王文學、劉連慶研究員等與國內科學家合作，將類生命機器人領域取得的最新成果發表于Biophysical Journal。類生命機器人是近10年來機器人領域新興的前沿研究方向，核心是將離體生命單元與傳統的機電結構在分子、細胞和組織尺度上進行深度有機的物理和信息融合，形成一種新型的基于生命功能機制的機器人系統，從而使機器人能夠兼具生命系統的優勢和傳統機電系統的優點，如生物體的高能量轉換效率、本質安全性，以及機電系統的高強度、高重復性等特點。研究者提出了一種基于肌細胞亞細胞結構的細胞機械動力學模型，描述肌細胞跳動的動力學行為。

信息

“墨子號”量子衛星成功實現洲際量子密鑰分發

中科大潘建偉教授及其同事彭承志等組成的研究團隊，聯合中國科學院上海技術物理研究所王建宇研究組、微小衛星創新研究院、光電技術研究所、國家天文臺、國家空間科學中心等，與奧地利科學院Anton Zeilinger研究組合作，利用“墨子號”量子科學實驗衛星，在中國和奧地利之間首次實現距離達7600公里的洲際量子密鑰分發，并利用共享密鑰實現加密數據傳輸和視頻通信。相關成果發表于《物理評論快報》。“墨子號”衛星與不同國家和地區的地面站之間實現成功對接，標志著“墨子號”已具備實現洲際量子保密通信的能力，為未來構建全球化量子通信網絡奠定了堅實基礎。

錫烯中的超導電性

清華大學物理系張定助理教授、徐勇助理教授和薛其坤教授研究團隊報道了在薄至兩個原子層厚度的灰錫—錫烯—中，發現了二維超導電性，并揭示了其拓撲非平庸物性，研究成果以薄層錫烯中的超導電性為題發表于《自然—物理》。錫烯的態密度受到了襯底的調制，導致了超導電性的出現。通過改變襯底厚度，實現了錫烯從單帶超導體到雙帶超導體的轉變。外延生長的錫烯薄膜極其穩定，在沒有任何保護層的情況下其超導電性可以長久保持（超過1年）。由于錫烯超導層與碲化鉍襯底具有原子級平整的界面，而后者是三維拓撲絕緣體，這個特點使得通過超導近鄰效應實現量子化的馬約拉納零能模成為可能。

超表面全息圖批量化制備技術

中科院光電技術研究所微細加工與光學技術國家重點實驗室羅先剛等利用表面等離子體共振光刻技術，成功實現了亞波長超表面全息圖的批量化制備，相關論文發表于《先進光學材料》。全息技術是一種理想無輔助設備的虛擬現實技術，在3D顯示領域、信息加密與存儲、全息防偽等方面具有重要應用價值。超表面具備亞波長尺度（幾十到百納米）內調控光場相位及振幅的能力，是理想的全息圖編碼材料。表面等離子體光刻技術相對于目前大多使用的逐點掃描加工的方式具有加工效率高、加工成本低等優勢。在光刻結構中，使用共振腔體來放大倏逝波成分并調制成像面的電場分量，獲得高分辨率的各向異性超表面全息結構。

細胞“感知”機械力的精巧分子機器結構與機制

清華大學肖百龍與李雪明課題組合作，開展Piezo1離子通道的結構與機械門控機制研究，研究論文發表于《自然》。文章解析了哺乳動物機械門控Piezo1離子通道的高分辨率三維結構，揭示了其參與機械力感受與傳遞的關鍵功能位點，進而提出了Piezo通道以類似杠桿原理進行機械門控的精巧工作機制。機械門控陽離子通道是一類能夠響應機械力刺激而引起陽離子進出細胞、進而誘發細胞興奮和信號傳遞的一類重要離子通道。Piezo通道作為機械力受體能夠被擠壓、牽張及被流體剪切力等不同形式的機械力所激活。表達在血管內皮細胞中的Piezo1被證實作為剪切力受體感知血流，從而控制血管發育及進行血壓調節。

植物

泛基因組分析揭示栽培稻和野生稻中基因組變異

中科院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所和上海師范大學生命與環境科學學院黃學輝教授團隊合作，在水稻基因組復雜遺傳變異的研究中取得進展，相關成果發表于《自然—遺傳學》。該研究繪制了栽培稻—野生稻的泛基因組圖譜，系統鑒定了涵蓋各類群水稻的編碼基因集，其中很多新鑒定出的基因在各類群水稻中呈現出豐富的“存在—缺失”變異。水稻是我國重要的糧食農作物。亞洲栽培稻及其祖先種普通野生稻存在多種類群，分布廣泛，可以適應多樣的生態環境和農藝條件。水稻豐富的遺傳多樣性在馴化和現代育種中都發揮了重要的作用，并將成為應對糧食需求增長和環境變化進行品種改良的關鍵資源。

基因疊加對玉米轉錄組代謝組的影響

中國農業科學院生物技術研究所王志興課題組解析了多基因疊加對玉米轉錄組和代謝組的影響，相關論文發表于The Plant Journal。基因疊加（Gene stacking）是當前轉基因作物研發的趨勢，即在一個植物中同時轉入兩個或兩個以上外源基因。對基因疊加的效應評估是轉基因作物安全評估中的重要問題。該研究將2個轉基因玉米材料進行雜交后，分別對比了轉基因雜交玉米12-5×IE034和2個親本轉基因玉米以及6個常規玉米品種中的轉錄譜和代謝譜的差異。結果顯示，轉基因玉米育種復合所帶來的基因表達和代謝物的變化數量介于常規玉米品種間的變異范圍之內。

水稻低溫適應性的“分子開關”

中科院植物研究所種康院士率領的研究團隊發現水稻MADS-box轉錄因子家族OsMADS57協同其互作蛋白OsTB1，能夠調控水稻的低溫耐受性，具有平衡器官發生和防御反應的分子開關特性，研究論文發表于New Phytologist。植物協調應對逆境脅迫的防御反應和器官發育的環境塑造，是植物在長期的進化過程中適應多變環境的基本條件。因此，植物適應環境的分子機制是植物科學最重要的科學問題之一，也是作物分子設計的理論基礎。OsMADS57作為調控水稻側芽發育和低溫耐受性的分子開關，平衡水稻的生長發育和脅迫響應的分子調控網絡，控制植物對低溫環境的適應性。

異源四倍體小麥進化的穩定性研究

南京農業大學陳增建教授團隊對異源四倍體小麥進化的穩定性研究取得進展，相關論文發表于The Plant Journal。四倍體硬粒小麥（AABB）和六倍體面包小麥（AABBDD）都是種間雜交和多倍化形成的。但是，只有部分種間雜交形成了新的多倍體物種。該研究發現兩個四倍體小麥在基因和小RNA表達、組蛋白修飾和轉座子激活方面存在很大差異。在AADD四倍體中，很多基因表達下降、與異染色質有關的組蛋白修飾減少，導致很多轉座子的表達，不利于維持染色體的穩定；而SSAA四倍體中的基因表達、染色質和轉座子相對穩定。SSAA演化成了自然界中的硬粒小麥（AABB），而AADD不穩定，不能形成穩定的四倍體小麥。

植物

東亞植物區系形成新觀點

中科院昆明植物研究所孫航研究組最新研究論文發表于National Science Review。在中國—日本森林植物亞區和中國—喜馬拉雅森林植物亞區的基礎上，進一步將以古特有或孑遺植物集中分布的中國—日本森林植物亞區（華中—華東地區為核心）界定為“水杉植物區系（Metasequoia Flora）”；與之對應，將以杜鵑屬（Rhododendron）為代表、眾多形成物種分化中心的北半球大屬集中分布的中國—喜馬拉雅森林植物亞區核心區域（橫斷山—東喜馬拉雅地區）命名為“杜鵑植物區系（Rhododendron Flora）”，客觀地反映了東亞植物區系的核心范圍。在此基礎上對東亞植物區系在時間和空間上的演化進行整合分析（Meta-analysis）。

棉花體胚發生調控機制研究

華中農業大學植物科學技術學院楊細燕副教授等人基于棉花團隊早期對高效體胚發生材料YZ1的小RNA和降解組測序中鑒定到的小RNA及其靶標基因，探討GhmiR157a/GhSPL10在棉花體細胞胚胎發生中的功能，相關論文發表于Journal of Experimental Botany。體細胞胚胎發生（SE）體系是研究組織和器官脫分化和再分化的良好模型，也是植物轉基因技術的重要依托，對于其機制的研究具有重要的理論和應用價值。microRNAs（miRNAs）是一類長度通常為19-25個核苷酸（nt）的內源非編碼RNA，在植物生長發育、激素信號轉導、逆境脅迫響應等方面起著重要的作用。

獼猴桃多重高效基因組編輯系統研究

中科院華南植物園黃宏文研究員等人，建立了一種新的快速高效的成對sgRNA的Cas9雙元表達載體的構建策略，研究論文發表于Plant Biotechnology Journal。獼猴桃為我國特有的雌雄異株多年生果樹，因其豐富的營養價值和獨特的風味而成為全球性重要的新興水果。獼猴桃中PTG/Cas9系統的靶標突變效率相比傳統的CRISPR/Cas9系統高出近10倍。實驗設計的兩種系統均能成功地誘導由G418抗性愈傷組織再生的獼猴桃幼苗白化表型。該研究在獼猴桃中建立了多重高效的PTG/Cas9基因組編輯系統，研究結果為在其他植物或作物中進行基因組編輯效率的優化提供了借鑒和指導。

小麥多倍體研究進展

中國農業大學農學院小麥研究中心辛明明等人與西北農林科技大學等合作，將小麥多倍體研究最新成果發表于The Plant Cell。研究利用轉錄組測序，從全基因組水平上分析了二倍體小麥、四倍體小麥和六倍體小麥不同發育時期胚乳印跡基因數目、種類及其功能類別，提出了母本印跡基因主要參與了營養的代謝而父本印跡基因參與基因轉錄調控。發現了約50%的印跡基因在小麥多倍體形成過程中表達模式具有保守性。同時，小麥多倍體形成過程中，可能由于亞組基因的互作影響了親本等位基因的表達，使得部分同源基因之間的父母本等位基因表達發生分化，從而在多倍體小麥鑒定到更多的印跡基因。