科技名刊精選

Nature

RNA聚合酶III/TFIIIB/DNA復合體的拓撲結構

Nature封面：酵母Pol III轉錄起始前復合物（PIC)的冷凍電鏡結構。Nature雜志第7688期封面文章報道了RNA聚合酶III（Pol III)催化在細胞生長期間對于蛋白質合成至關重要的短RNA轉錄過程。Pol III主要在轉錄起始階段被調控，而Pol III活動調控異常與癌癥等疾病存在關聯。研究包含Pol III的全部17個亞基以及3個TFIIIB亞基TBP（粉色)、Brf1（黃色)和Bdp1（橙色)，它們與處于不同功能狀態的啟動子DNA相結合。這些結構詳細闡明了Pol III如何被招募至目標啟動子以及啟動子DNA如何打開形成穩定的轉錄泡。

染色體不穩定性驅動癌癥轉移機制

Nature封面：封面顯示的是一個藝術家對一個癌細胞的想象圖，其中由于染色體不穩定性而導致DNA形成微核。Nature雜志第7689期封面文章報道了染色體不穩定性驅動癌癥轉移機制。Samuel Bakhoum及同事表明，當這些微核破裂，DNA外露流入胞質溶膠（綠色)，于是激起會幫助驅動癌癥轉移的炎癥反應。這些發現在染色體不穩定性和癌癥轉移之間建立起直接聯系，為預防癌癥轉移開辟了潛在新途徑。這些結論為染色體不穩定性驅動癌癥轉移機制提供了研究基礎。

揭開美西螈基因組的秘密

Nature封面：蠑螈。Nature雜志第7690期封面文章報道了用于發育、再生及演化研究的模式生物美西螈的基因組，它包含320億個堿基對，且存在許多較長的重復區域。為了測序和組裝該大型復雜基因組，研究人員采用了長讀長測序、光學標測和新型計算機算法MARVEL。研究人員估計該基因組包含約23000個蛋白質編碼基因，而且缺少Pax3基因——對于許多動物的發育至關重要。但是，對相關的Pax7基因進行編輯可以彌補部分功能。組裝得到的基因組應可為演化、發育和再生研究帶來新機會。

太陽爆發過程的研究進展

Nature封面：展示了太陽爆發過程的模型。Nature雜志第7691期封面文章報道了有一種現象能夠決定所有太陽爆發的性質和行為。爆發分兩種：產生日冕物質拋射的噴發型以及不會產生日冕物質拋射的約束型。對于約束型爆發的確切起源，科學家們分成兩派，始終未能達成一致意見。一種指向太陽表面磁場結構的拓撲復雜性，另一種指向扭曲而不穩定的磁通量繩。Amari和他的團隊表明第二種的可能性更大。研究人員重點分析了2014年10月發生的一次爆發，使用一個二階段模型預測其演化過程。

Science

沒有地方漫游

Science封面：一只豹穿過印度孟買的一條小巷。Science雜志第6374期封面文章報道了在人為改變的景觀中，哺乳動物的距離平均為其野外活動長度的1/2～1/3，縮短行程可能會對物種生存和生態系統功能產生深遠影響。動物活動是生態系統功能和物種生存的基礎。該研究利用57個物種803個個體的獨特GPS追蹤數據，發現人類足跡相對集中地區比足跡稀少地區的動物活動平均減少至1/2～1/3，這可能歸因于人類活動導致的物種行為改變和長距離運動受限。此外，全球動物活動減少可能會廣泛影響種群延續和生態進程。

半人馬A衛星系的旋轉平面挑戰標準的宇宙學范式

Science封面：橢圓星系半人馬座A的多波長合成圖像。Science雜志第6375期封面文章報道了冷暗物質宇宙論面臨著半人馬A衛星系的旋轉平面的挑戰。銀河系等龐大星系周圍都環繞著矮星系。標準宇宙模型預測，這些矮星系應該是環繞宿主星系隨機運動。該研究通過半人馬A周圍衛星系運動學數據來檢驗上述假設的情況。統計分析顯示，半人馬A周圍的衛星系在一個窄平面內共旋，這一結論與前述假設相悖。這種情況有可能是一種常態，而傳統宇宙論或許存在某些偏差。

蜂鳥的形態、肌肉能力、技巧和機動能力

Science封面：蜂鳥。Science雜志第6376期封面文章報道了蜂鳥在飛行中保持高度機動性的奧秘。動物在飛行中能夠迅速改變方向和速度的能力稱為機動性。蜂鳥以在飛行中驚人的靈活性著稱。該研究對25種蜂鳥的200多個個體的加速、旋轉和轉向進行計算機視覺記錄分析，發現不同的性能指標相互關聯且物種間靈活類型不同。體型大的物種靈活性更強，其中肌肉能力決定了加速機動性，而翅膀形狀決定了轉向機動性。蜂鳥的機動行為是由個體結構的生物機械特點和飛行技巧共同決定的。

戈登研究會議

Science封面：一種南方的樹漏斗網蜘蛛(Hadronyche cerberea)的尖牙上有毒液的飛沫。Science雜志第6377期封面文章刊登了2018年戈登研究會議時間表，該時間表也可以登陸www.grc.org網站找到。當受到威脅時，這只樹漏斗網蜘蛛會豎起來，毒液慢慢地流到毒牙的末端。當蜘蛛保持防御姿態時，毒液滴變大。關于毒液進化、功能和生物醫學應用的戈登研究會議將于2018年8月5日至10日在佛蒙特州西多佛舉行。

新能源

一款在零下70攝氏度條件下使用的鋰電池

復旦大學夏永姚團隊開發出一款可在零下70攝氏度條件下使用的鋰電池，研究論文發表于Joule。傳統鋰電池在零下20攝氏度時性能只有其最優水平的50%，零下40攝氏度時只有最優水平的12%。俄羅斯和加拿大等極寒地區溫度低于零下50攝氏度；在太空中，溫度甚至低至零下157攝氏度。乙酸乙酯電解液和有機高分子電極讓可充電電池在零下70攝氏度的極低溫條件下工作。采用凝固點低、可在極端低溫條件下導電的乙酸乙酯作為電解液，并使用兩種有機化合物作為電極，分別為PTPAn陰極和PNTCDA陽極。這種電極使用的有機化合物不需要將鋰離子嵌入到電極的分子矩陣中，避免了低溫條件下嵌入過程變慢。

乙酸乙酯電解液（圖片來源于Nature Communications）

電化學特征（圖片來源于Nature Communications）

一種非鉛鈣鈦礦光電探測晶體材料

中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室羅軍華研究團隊，制備出非鉛的英寸級高質量單晶，相關論文發表于《先進功能材料》。鉛基鹵素鈣鈦礦單晶具有高吸光系數、長載流子遷移距離和高載流子遷移率等光電性能。該鈣鈦礦單晶材料具有寬的吸光范圍，極少的缺陷態密度以及較高的載流子遷移率；利用該單晶材料制備成的平面陣列光探測器，表現出良好的探測性能，對晶體本征吸收區的光輻射可以實現高靈敏度、快速探測。作為一個潛在的雜化半導體材料，其將進一步拓展非鉛的無機/有機雜化鈣鈦礦材料在太陽能電池、光電探測等方面的應用范圍。

摩擦起電效應中的電子轉移機制

中國科學院北京納米能源與系統研究所首席科學家王中林基于麥克斯韋位移電流原理提出的摩擦納米發電機（Triboelectric nanogenerator，TENG)技術，可以精確地表征表面電荷密度，并可以實現不同溫度下的應用。在王中林指導下，副教授許程、博士訾云龍、博士研究生王琦等通過設計的可以工作在高溫下的TENG，實現了表面電荷密度/電荷量的實時與定量測量，從而揭示了接觸起電過程中的電荷特性與根本機制；研究成果發表于《先進材料》。此外，該研究揭示了不同材料的表面有著不同的勢壘高度，正是由于該勢壘的存在，才使得接觸起電產生的電荷能夠貯存于表面而不致逃逸。

MXene基一體化電極應用于鋰硫電池

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（DNL21T3)吳忠帥研究員、先進二次電池研究組（DNL0306)陳劍研究員及中國科學院金屬研究所王曉輝研究員合作，創新構筑了全MXene基一體化硫正極，并證明其具有優異的鋰硫電池性能，相關成果發表于ACS Nano。MXene是一類新型二維金屬碳（氮)化物納米片，網絡結構具有相互連通大孔結構以及高比表面積，可實現高硫載量和快的離子傳輸。制備的d-Ti3C2納米片中間層可通過物理阻擋或化學吸附作用有效阻止多硫化物穿梭效應的發生，從而實現優異的鋰硫電池性能。新策略有望在其它類型電池和超級電容器中得到廣泛應用。

模擬核燃料小球制備研究進展

中國科學院近代物理研究所嬗變化學研究室秦芝研究員等與瑞士保羅謝勒研究所（PSI)合作，通過對溶膠凝膠過程的化學動力學進行系統研究，發現在室溫下通過改變料液組成可在短時間內完成溶膠凝膠過程，研究論文發表于Ceramics International。由此提出了一種室溫即時—無冷卻混合與微波輔助加熱相結合的快速溶膠凝膠方法，用于在手套箱內制備包含有次錒系核素的新型核燃料小球。在瑞士PSI和近代物理所分別搭建了用于制備包含有次錒系核素核燃料小球的實驗平臺，并成功制備了粒徑為500微米的模擬核燃料CeO2小球。該方法有效避免了次錒系核素的α和γ射線對凝膠劑的輻射分解，以及二次有機放射性廢液的產生。

CeO2凝膠球（圖片來源于中國科學院近代物理研究所）

即時—無冷卻混合與微波加熱相結合的溶膠凝膠原理示意圖（圖片來源于中國科學院近代物理研究所）

基于陰離子交換膜的堿性燃料電池

中國科學院山西煤化所李南文研究組采用高效的“點擊化學”合成方法，成功制備不同結構的季銨鹽型陰離子交換膜（包括側鏈型、梳型、側鏈/梳型等)，并系統研究陰離子交換膜材料的化學結構、膜性能與燃料電池壽命之間的關系；研究論文發表于Energy & Environmental Science。側鏈型陰離子交換膜雖然具有較高的氫氧根離子電導率和堿性穩定性，但是其堿性燃料電池的壽命較短，這主要是由于膜材料中的側鏈型季銨鹽發生了降解反應；而堿性穩定性差的芐基三甲胺季銨鹽陰離子交換膜的燃料電池壽命較長，并且在電池壽命測試前后，其化學結構沒有發生明顯變化。

一種新型高超聲速飛機氣動布局

中國科學院力學所高溫氣體動力學國家重點實驗室崔凱、肖堯、徐應洲和李廣利提出了一種全新的“I”型雙升力面布局，采用這種布局的飛行器可同時滿足高升阻比、高升力系數和高容積率的“三高”需求，為未來高超聲速飛機的設計開辟了一條新途徑，研究成果發表于Science China (Physics，Mechanics & Astronomy)。高超聲速飛機的飛行速度一般可達現有飛機的7倍以上，可大幅縮短飛行時間。飛行器的氣動布局一般須具有“三高”特點，即高升阻比以保證其航程，高升力使其在高海拔巡航飛行條件下保持升重平衡，高容積率以滿足載客/載貨需求。

阻變器件電流—保持特性調控

中國科學院微電子研究所劉明院士團隊及其合作者在陽離子基阻變器件電流—保持特性調控上取得進展，相關成果發表于Advanced Materials。阻變存儲器是一種新型的存儲技術，具有低功耗，高存取速度，可縮小性好及易于3D集成等優勢，被認為是下一代存儲技術的有力競爭者。基于1S1R單元的3D交叉陣列構架是RRAM最具潛力的高密度集成技術方案。為保證1S1R正常工作，選擇器必須能夠提供相較于存儲器更高的驅動電流。研究團隊通過石墨烯缺陷工程控制活性電極離子向阻變功能層中注入的路徑尺寸和數量，集中化/離散化陽離子基阻變器件中導電通路的分布來調控其穩定性。

醫療健康

預測鼻咽癌遠處轉移的分子標記物

中山大學腫瘤防治中心馬駿教授團隊在鼻咽癌分子標記物研究方面獲得重要進展，報道了一組mRNA分子標簽有效預測局部晚期鼻咽癌轉移，相關研究成果發表于The Lancet Oncology。研究團隊開展了大規模的鼻咽癌分子標志物研究，通過表達譜芯片對接受治療后有無出現遠處轉移的鼻咽癌組織全基因組表達水平進行對比分析，從數萬個基因中初步鎖定137個差異表達基因，再用回歸分類器的統計方法從410例患者中篩選13個遠處轉移相關的基因構建分子標簽，將病人分為高風險組和低風險組。結果顯示，高風險組患者5年遠處轉移率高達37%，低風險組則僅為9%。

13個基因構成的分子標簽（DMGN）能有效預測鼻咽癌患者無遠處轉移生存（圖片來源于中山大學）

DMGN和臨床指標構建的列線圖可提高鼻咽癌患者遠處轉移風險預測的準確性（圖片來源于中山大學）

精神分裂癥遺傳機制研究

中國科學院昆明動物研究所羅雄劍和陳勇彬課題組合作，發現GLT8D1和CSNK2B參與調控胚胎神經干細胞的增殖和分化能力，以及神經元的形態和突觸傳遞等生理功能，提示精神分裂癥易感遺傳變異可能通過影響GLT8D1和CSNK2B基因表達，進而影響神經發育，最終導致精神分裂癥發生，研究論文發表于《自然—通訊》。精神分裂癥是一種嚴重影響患者思維、情感和行為的常見精神疾病，目前影響了全球約1%的人口。由于病因復雜，反復發作以及大多在青壯年發病，精神分裂癥嚴重影響患者生活，同時給患者家屬和社會帶來沉重負擔。精神分裂癥的遺傳力高達0.8左右，表明遺傳因素起到關鍵作用。

維生素C可促進髓鞘再生

中國科學院上海藥物所謝欣研究員等發現在藥物誘導的小鼠脫髓鞘動物模型中，維生素C可以加快少突膠質細胞（OL)的生成及髓鞘的修復，研究論文發表于發表于Glia。中樞神經系統中，髓鞘對神經元功能至關重要。在一些脫髓鞘疾病如多發性硬化（MS)中，免疫系統攻擊自身神經系統導致神經髓鞘的破壞和白質損傷。中樞神經系統的髓鞘是由少突膠質細胞纏繞神經軸突形成。研究人員建立的少突膠質前體細胞（OPC)向OL分化的高通量藥物篩選體系，發現Vc可以有效促進OPC向OL的分化及成熟。在OPC與神經元共培養體系中，Vc也可有效促進髓鞘的包裹。

禽流感病毒H5N1發病機制研究進展

中日友好醫院/首都醫科大學曹彬教授團隊與英國帝國理工學院Wendy Barclay教授團隊合作，發現高致病性禽流感病毒H5N1在髓系固有免疫細胞內的快速復制是驅動炎癥因子風暴產生的重要因素，研究成果發表于PLoS Pathogens。高致病性禽流感病毒H5N1已在人群中引起散發感染10余年。該研究利用反向遺傳技術，發現H5N1內部基因片段是導致實驗小鼠感染該病毒后大量炎癥因子產生的重要決定因素之一。相對人流感病毒株H1N1、H3N2內部基因片段構建的重組流感病毒，具有H5N1內部基因片段的流感病毒株在髓系細胞GM-DCs具有較快的復制速率，進而驅動大量的炎癥因子產生。

CD8+T細胞功能耗竭與禽流感H7N9感染重癥化有關

復旦大學生物醫學研究院/上海市公共衛生臨床中心雙聘教授徐建青團隊與國內外科學家合作，揭示了急性重癥流感如H7N9可以導致CD8+T細胞功能耗竭，從而影響H7N9感染康復，研究論文發表于《自然—通訊》。2013年新發現的禽源重組流感病毒H7N9致病率高，病情嚴重，致死率高（＞40%)，引起全球的高度關注。在流感感染早期，流感特異性CD8+T細胞的早期有效擴增是機體抗病毒、避免發生重癥化所必須的。該研究揭示了H7N9感染導致重癥化的機制。同時提示，利用疫苗技術以活化抗流感病毒T細胞是預防禽流感感染重癥化的有效途徑。

H7N9致命性感染時多克隆CD38+HLA-DR+CD8+ T細胞持續上調

康復組與死亡組CD8+T細胞應答的變化特征（圖片來源于復旦大學）

急性白血病表觀治療新靶點

中國科學院北京基因組研究所王前飛團隊聯合武漢大學黃贊團隊，發現急性白血病表觀靶向治療新靶點，有望通過靶向酸性核磷蛋白ANP32A調節表觀遺傳修飾治療腫瘤，研究成果發表于Leukemia。研究發現新調控因子ANP32A通過調節表觀組蛋白H3乙酰化（acetyl-H3)修飾，促進白血病。在急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，AML)病人細胞中，ANP32A異常高表達，對白血病細胞增殖、生存和克隆形成具有促進作用。研究揭示了ANP32A在白血病中作為致癌因子發揮功能；ANP32A蛋白只有249個氨基酸，結構適合利用小分子抑制劑或多肽有效干擾其功能，可以通過靶向ANP32A調節異常升高的acetyl-H3修飾。

醫學納米機器人腫瘤治療

中國科學院國家納米科學中心研究員聶廣軍、丁寶全，中國科學院院士趙宇亮課題組與美國亞利桑那州立大學顏灝課題組合作，在醫學納米機器人腫瘤治療研究中取得進展，相關研究成果發表于Nature Biotechnology。利用DNA折紙術構建智能化的分子機器，通過自組裝將“貨物”凝血酶包裹在分子機器的內部空腔，使其與外界底物隔絕而處于非活性狀態；分子機器兩端裝載有“雷達”核酸適配體，提供靶向識別和定位功能；當DNA納米機器人到達腫瘤血管時，納米機器上的“鎖”識別特異標志物而發生結構變化，使得“鎖”從閉合狀態變為開啟狀態，納米機器由管狀結構打開變為平面結構，暴露出內部裝載的“貨物”，實現誘導栓塞。

彌漫型胃癌蛋白質組研究進展

解放軍軍事科學院軍事醫學研究院國家蛋白質科學中心（北京)秦鈞研究組與北京大學腫瘤醫院合作，開展彌漫型胃癌蛋白質組研究，研究論文發表于《自然—通訊》。這種蛋白質組分型不依賴于任何基因組信息，體現出作為功能直接執行者的蛋白質在臨床科學中所提供信息的重要性和全面性，可為精準治療胃癌提供依據。胃癌從形態學上可分為腸型、彌漫型和混合型，其中彌漫型胃癌被稱為“胃癌中的胃癌”，目前尚無有效的靶向療法。有數據顯示，中國胃癌每年新發病例約為68萬例，占全球發病病例的一半左右。科研團隊篩選出與患者預計生存時間密切相關的胃癌候選蛋白藥物靶標，為靶向治療藥物開發提供了基礎。