科技名刊精選

科技名刊精選

抑制卵泡刺激素誘導脂肪組織產熱減少全身脂肪

武漢大學口腔醫學院季耀庭與美國西奈山醫學院內分泌專家扎伊迪等合作，發現卵泡刺激素對脂肪組織能量代謝有顯著影響，有望推動開發單一藥物治療更年期后骨質疏松與體重增加，以及一般性的肥胖癥，研究成果發表于《自然》。科學家設計了特異性針對高卵泡刺激素（FSH）的抗體，從而實現在體內中和FSH的作用。該抗體可顯著減少高脂飼料誘導小鼠和去勢小鼠的內臟脂肪的積累。通過對棕色脂肪激活報道小鼠的研究發現：抗FSH抗體抑制FSH作用后，實驗小鼠脂肪細胞內線粒體含量、小鼠活動耗氧量、身體活動、棕色脂肪和米色脂肪的產熱作用都提高。

治療多發性硬化癥的小分子抑制劑研究

華中科技大學生命學院王晨輝教授團隊開展IL-17在少突膠質前提細胞中激活NOTCH信號通路參與細胞增殖以及調節細胞炎性細胞因子表達研究，研究成果發表于《自然—通訊》。多發性硬化癥是一種中樞神經脫髓鞘疾病，好發于視神經、脊髓和腦干。目前該疾病還沒有較好的治療方法，現有藥物只能緩解病程，無法根治該疾病。研究發現IL-17在中樞神經系統內能夠作用于少突膠質前提細胞，并激活NOTCH信號通路。IL-17誘導的NOTCH信號通路的激活對于疾病的發生發展至關重要，其主要通過影響下游信號分子的表達來發揮作用。研究提示這些小分子NOTCH抑制劑很可能可以作為多發性硬化癥的治療藥物。

天然免疫應答過程中的去泛素化調控網絡研究

武漢大學生命科學學院鐘波教授團隊闡述USP13通過去泛素化STING調控天然免疫應答的過程，相關論文發表于《自然—通訊》。天然免疫是保護機體抵御病原微生物入侵的第一道生理防線。其中MITA（也稱STING）介導的信號通路，在機體抗DNA病毒天然免疫應答的過程中扮演著重要角色，其功能受到泛素化和去泛素化修飾的嚴格調控。USP13通過去MITA的K27連接的泛素化修飾，進而抑制宿主抗DNA病毒天然免疫應答。在USP13敲除的細胞中，MITA的泛素化修飾增強，促進了MITA與TBK1的相互作用，從而促進了病毒感染誘導的IRF3和NF-B的激活以及干擾素和炎性細胞因子等下游基因的表達。

腫瘤精準用藥生物信息平臺

天津醫科大學基礎醫學院李俊教授團隊和香港大學研究人員最近開發了一套基于腫瘤基因組突變的藥物響應分析生物信息平臺，研究成果發表于《核酸研究》。開發的Mutation To Cancer Therapy Scan的網絡服務器，簡稱為mTCTScan，可以基于給定的癌癥基因組譜分析突變腫瘤藥物關聯。mTCTScan能夠整合所有與癌癥藥物和臨床前化合物的關聯來排優化可行性突變，并結合整個癌癥基因組譜（而非單個的基因突變）來分類抗腫瘤藥物/化合物。mTCTScan還納入了全面的癌癥相關突變注釋和藥物信息，助力精準醫療。

人類胚胎干細胞體外誘導為卵泡樣細胞

清華大學醫學院紀家葵課題組首次建立人胚胎干細胞定向分化為人卵巢類卵泡樣細胞的體外分化體系，證明在不借助體細胞的條件下，通過在人胚胎干細胞中過表達核糖核酸（RNA）結合蛋白可以體外獲得人類卵泡樣細胞，相關論文發表于《自然—通訊》。卵泡是卵巢皮質內由一個卵母細胞和其周圍許多顆粒細胞所組成。健康的卵泡是形成成熟卵細胞的必要前提。體外誘導人卵泡細胞的體系能提供改進輔助生育技術或為研究女性卵巢早衰等疾病提供直接測試基因突變的體外模型。在外源因子（GDF9與BMP15）與內源基因（DAZL和BOULE）共同作用下，人胚胎干細胞能進一步分化為人類卵泡樣細胞的潛能。

某些防曬霜添加劑損害毛囊干細胞

青島農業大學沈偉教授課題組闡述了涂抹在皮膚表面的防曬霜添加劑納米氧化鋅如何通過毛囊結構侵入皮膚組織，并對皮膚組織產生消極影響，研究論文發表于《納米毒理學》。納米氧化鋅具有特殊的物理性質，涂抹到皮膚表面之后可以有效吸收紫外線UVA和UVB，防止皮膚紫外線損傷。而且其涂抹到皮膚上后呈透明狀，不會反光，看上去不會“油乎乎”，這些特性使納米氧化鋅成為一種常用防曬霜添加劑。周期性的涂抹納米氧化鋅會導致這些納米顆粒積累在實驗小鼠毛囊中，而隨著積累濃度的升高，最終導致納米氧化鋅對毛囊中干細胞的分化潛力產生損傷，對皮膚健康不利。

高胰島素血癥細胞模型和雄激素促進胰腺β細胞分化研究

中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院李尹雄課題組建立了KATP通道失活型先天性高胰島素血癥干細胞模型，通過胰島β細胞分化在體外模擬了先天性高胰島素血癥的相關臨床癥狀，研究論文發表于《科學報告》。先天性高胰島素血癥是由基因突變引發的胰島β細胞過量分泌胰島素所導致的高胰島素低血糖綜合征，發病率在1/25000～1/50000之間，其主要分子病理基礎是ABCC8和KCNJ11基因突變，導致它們分別編碼的KATP通道蛋白SUR1和Kir6.2亞基的功能異常。論文進一步分析ABCC8突變胰島β樣細胞對各種不同促進或移植胰島素分泌藥物的反應，為體外高通量藥物篩選模型提供了基礎。

移植動脈硬化研究進展

浙江大學生命科學學院余路陽課題組闡釋了血管內皮中蛋白酶SENP1介導的蛋白翻譯后SUMO化修飾通過調控轉錄因子GATA2在移植動脈硬化發生發展中的重要作用，相關論文發表于《自然—通訊》。器官移植后的慢性排斥反應能引起移植物動脈病變，最終導致移植失敗。移植動脈硬化(Graft Arteriosclerosis, GA)是導致移植后血管病變的主要原因。移植血管中以及體外培養的內皮細胞中的GATA2可被SUMO化修飾，并受SENP1直接調控。炎癥誘導的SENP1高表達促進了內皮細胞GATA2的去SUMO化修飾，繼而增加了GATA2的蛋白穩定性，與相關粘附分子基因啟動子的結合能力，協同促進內皮激活，加劇GA的發生。

世界首次千公里量級的量子糾纏

中科大潘建偉院士團隊與國內科學家合作，實現了“墨子號”量子衛星在世界上首次千公里量級的量子糾纏，研究論文發表于《科學》。長距離糾纏量子對分發對于量子物理基礎的檢驗和可擴展量子網絡的實現是極其必要的。然而由于通道損耗，之前能夠實現的分發距離被限制在100公里左右。此次實驗通過距離總長在1600～2400公里之間的兩個星—地下行線路，驗證了基于衛星的、糾纏光子對在地面相距1203公里的兩個接收站間的分發。實驗觀測到長距離站點間雙光子糾纏的保持以及嚴格愛因斯坦局域化條件下貝爾不等式的違背。實驗得到的線路效率比此前雙光子通過通信光纖直接雙向傳輸的效率高十幾個量級。

亞波長全光模擬運算研究

浙江大學物理系阮智超教授研究組與合作者在亞波長全光模擬運算研究中取得進展，研究論文發表于《自然—通訊》。現代社會對信息處理性能的需求正在不斷提高。光學信息處理技術與傳統電子器件的信息處理方式相比，具備超快速、大帶寬、大通量、低損耗等優勢。科學家設計了一種基于金屬表面等離激元的空間光場微分器，能夠在光的反射過程中，實時地對光場的空間分布進行微分模擬運算。該器件基于最簡單的表面等離激元結構，易于制備及大規模生產。該器件能夠分別實現對空間光場的振幅和相位分布實現微分運算，可以直接應用于圖像處理中，例如對圖像實現超快速的實時邊界檢測、邊緣提取。

“線粒體炫”調控神經元突觸水平的長時程記憶被發現

中科大生命科學學院畢國強課題組與北京大學分子醫學研究所程和平課題組合作，發現神經元樹突“線粒體炫信號”在神經突觸傳遞短時程記憶向長時程記憶的轉化中可能發揮著關鍵作用，研究論文發表于《自然—通訊》。突觸可塑性是學習記憶的神經基礎。利用學習記憶的經典細胞模型——大鼠的海馬神經元為研究對象，發現化學及電刺激方法誘發突觸的長時程增強總是伴有突觸附近一個或多個線粒體炫信號。人為激活線粒體炫信號，則能夠穩定其附近的突觸增大，從而產生從短時程增強向長時程增強的轉化。線粒體炫的發生依賴于神經活動鈣信號及鈣依賴性激酶，其所釋放的活性氧信號可能是促進突觸長時程增強的信號分子。

石墨烯/黑磷烯平面超級電容器

中國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組吳忠帥研究員團隊與中科院金屬研究所任文才研究員團隊合作，通過掩膜版協助一步過濾法制備出具有疊層結構的二維黑磷烯與石墨烯復合微電極，該電極可直接轉移到柔性基底作為平面超級電容器，在離子液體中顯示出優異的能量密度和良好的機械柔韌性，相關論文于《美國化學會—納米》。平面超級電容器由于其具有厚度薄、體積小、功率密度高、循環壽命長等優點被認為是集成電子器件中重要的微電源儲能器件而備受關注。這種器件制備方便，且無需加入常規的金屬集流體、內部互聯或接觸體，可構筑模塊化器件，進而獲得高的容量和輸出電壓。

碳納米管三維單片光電集成系統

北京大學信息科學技術學院彭練矛教授課題組在碳納米管三維光電集成研究中取得進展，研究論文發表于《自然—通訊》。研究團隊利用對稱電極制備高性能碳管晶體管，利用非對稱電極實現碳管光電二極管和發光二極管。通過引入“虛電極”的光伏倍增效應，有效提高碳管光電二極管的開路電壓輸出（9級級聯的碳管光電二極管開路電壓輸出可以倍增到高于2V），從而實現了對后級晶體管器件的靜電控制。2015年，國際半導體技術發展路線圖（ITRS）委員會正式宣布摩爾定律將走到盡頭，信息技術進入后摩爾時代。碳納米管被認為是后摩爾時代的理想溝道材料，在電子和光電子器件中被廣泛研究。

運動平臺光束穩定控制

中國科學院光電技術研究所光束控制重點實驗室任戈、毛耀課題組在運動平臺快反鏡光束精密穩定控制方法研究的進展如下：1.提出一種基于擾動加速度估計補償的快反鏡控制方法；2.提出一種增強的基于加速度測量的擾動觀測器控制器方法；能有力地增強了系統的主動擾動隔離能力，提高了跟蹤控制性能。相關成果先后發表于傳感器和IEEE光子學雜志。運動平臺上基座的擾動會直接傳遞到快反鏡鏡面上，從而降低偏轉光束的穩定跟蹤精度，影響系統性能。快反鏡作為光學精密跟蹤控制系統的核心部件已多用于長距離激光通信、自適應光學、太空望遠鏡系統等光學系統上。在航天器、飛機、汽車等運動平臺上也逐漸開始應用。

絕緣體襯底上直接制備石墨烯研究

中國科學院上海微系統與信息技術研究所信息功能材料國家重點實驗室SOI(絕緣體上硅)材料與器件課題組汪子文、薛忠營等在鍺輔助絕緣體上石墨烯材料生長取得進展,相關論文發表于Small。科學家基于鍺襯底上生長高質量單層石墨烯的研究基礎，在絕緣襯底上預先沉積鍺薄膜作為催化劑，通過優化石墨烯生長溫度和生長時間，在完全蒸發掉鍺薄膜的同時實現單層石墨烯在絕緣襯底表面的全覆蓋。獲得的絕緣體上石墨烯材料表現出良好的電學性能，初步展示了其在除霧、電致變色等加熱器件方面的應用。該研究有助于推動石墨烯材料在微電子領域的應用。

藻類細胞微型機器人

中科院沈陽自動化研究所微納米課題組劉連慶、焦念東等將微型機器人和生物驅動領域的最新研究成果發表于芯片實驗室。從工程學的角度來看藻類細胞如同一個個微型機器人，它具有感知和驅動能力，能夠從周圍液體環境中獲取能量，并高效地將化學能轉化為其鞭毛的機械能，推動細胞自由游動。該研究實現了藻類細胞的陣列化旋轉。結合光誘導介電泳技術（ODEP），建立了藻類細胞在ODEP微環境中的轉動狀態模型和受力模型，實現了對藻類細胞的快速捕獲及陣列化旋轉，且通過改變光強可有效調節細胞旋轉速度。構建的藻類細胞旋轉陣列有望作為微尺度馬達陣列，在微流控及生物驅動領域發揮重要作用。