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生命学院刘万里研究组发文报道B细胞受体跨膜信号转导和B淋巴细胞免疫活化新进展

药学院肖百龙研究组发文揭示机械门控Piezo离子通道的分子调控机制

药学院唐叶峰课题组发表苍耳烷型倍半萜类天然产物全合成研究成果

地学系罗勇教授研究组重建百年北极温度，揭示全球变暖并未停滞

生命学院刘万里研究组发文报道B细胞受体跨膜信号转导和B淋巴细胞免疫活化新进展

11月28日，清华大学生命科学学院刘万里研究组在《细胞报导》（Cell Reports）期刊发表题为《磷脂酰肌醇4,5-二磷酸和磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸平衡以及胞质分裂作用因子2蛋白的招募和活化调控B细胞抗原受体微簇体成熟》（Growth of B cell receptor microclusters is regulated by PIP2 and PIP3 equilibrium and Dock2 recruitment and activation）的研究论文，报道介导B细胞受体微簇体成熟的精细分子机制，揭示B细胞受体跨膜信号转导和B淋巴细胞活化新机制，为相关免疫疾病的研究提供新的理论依据。

B淋巴细胞作为抗体免疫应答过程中的重要参与者，维系着人类的健康。B细胞的免疫活化是启动体液免疫的关键步骤。B淋巴细胞的免疫活化进程在其质膜表面的B细胞受体（BCR）识别外来病原体抗原后快速启动，具有瞬时性和高度动态性特点，一直是免疫学领域的研究热点和难点。

▲磷脂酰肌醇4,5-二磷酸和磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸平衡以及码头蛋白2的招募和活化调控B细胞抗原受体微簇体成熟的过程示意图。

B细胞受体识别抗原后寡聚化形成信号转导微簇体，聚集在抗原刺激极性界面，形成免疫突触，构成免疫活化连续性触发平台，负责跨膜信号转导以及抗原摄取。基于抗原刺激引起的B细胞受体微簇体的生长是B细胞活化的核心分子事件，但是这一过程中的分子机制目前研究尚未完善。本研究利用基因修饰细胞系、小鼠原代B细胞、人外周血B细胞和自身免疫疾病相关细胞等实验材料结合分子免疫学、细胞生物学、生物化学以及高精度活细胞成像等实验方法，揭示了抗原刺激后B细胞内部信号分子同源性磷酸酶张力蛋白（PTEN），鸟苷酸交换因子码头蛋白22（Dock2），磷脂酰肌醇4,5-二磷酸（PIP2）以及磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸（PIP3）调控B细胞受体微簇体成熟的精细分子机制。

该论文发现磷脂酰肌醇-3-羟基酶（PI3K）调控的磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸（PIP3）的产生调控B细胞受体微簇体的生长，同时同源性磷酸酶张力蛋白（PTEN）的精准膜定位及其脂质磷酸酶活性介导其对这一过程进行负向调节。更进一步的机制研究表明，依赖于磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸的招募作用而聚集并且活化的鸟苷酸交换因子码头蛋白2能够通过调控纤维肌动蛋白（F-actin）细胞骨架的排布影响B细胞受体微簇体的生长，进而影响B细胞活化。缺失码头蛋白2的B细胞免疫突触形成严重受损，进一步揭示了码头蛋白2通过调控B细胞骨架来调控B细胞免疫突触形成。同时该研究发现B细胞特异性缺失同源性磷酸酶张力蛋白（PTEN）的小鼠接受抗原免疫后抗体应答水平显著增强。

最后研究发现，与健康人相比，在对系统性红斑狼疮（SLE）患者的样品研究中，系统性红斑狼疮患者的B细胞受到抗原刺激后会形成更大的B细胞受体微簇体。研究发现这一表型受到系统性红斑狼疮患者B细胞中下调表达的同源性磷酸酶张力蛋白（PTEN）以及过度磷酸化的磷脂酰肌醇-3-羟基酶（PI3K）的调控。这些研究成果为B淋巴细胞的免疫识别、免疫活化和免疫调节研究提供了新的研究思路，帮助人们进一步理解自身免疫疾病，认识相关疾病的致病机理和研发药物疫苗等重要工作提供新的理论依据。

刘万里研究员课题组一直致力于使用新型的高速高分辨率的活细胞单分子荧光成像技结合传统的分子免疫学、生物化学和生物物理学研究手段，对B淋巴细胞的免疫活化及相关疾病的分子机制进行研究。继该课题组于2015年在《自然通讯》（Nature Communications）和《e生命》（eLife），2016年在《美国科学院院报》（PNAS）和《实验医学学报》（Journal of Experimental Medicine），2017年在《e生命》（eLife）和《科学免疫学》（Science Immunology）, 以及在《免疫学期刊》（Journal of Immunology）(2013, 2014和2017年)发表一系列论文报道淋巴细胞免疫活化的细胞生物学研究后，这一新成果是他们对该领域的新贡献。

刘万里研究员为本文的通讯作者，清华大学生命科学学院博士生王静为本文的第一作者。本研究在涉及基因修饰小鼠脾脏B细胞和自身免疫疾病病人外周血B细胞等实验材料的研究过程中得到了北京大学人民医院栗占国教授和孙晓麟副教授、北京协和医院郑文杰教授的大力支持。

论文链接：

http://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(17)31597-8

药学院肖百龙研究组发文揭示机械门控Piezo离子通道的分子调控机制

11月27日，《自然·通讯》(Nature Communications) 期刊在线发表了清华大学药学院肖百龙研究组题为《相互作用蛋白抑制机械敏感Piezo通道的作用机制》(A protein interaction mechanism for suppressing the mechanosensitive Piezo channels) 的文章，该项研究鉴定发现了Piezo蛋白家族（感知痛触觉必需的离子通道蛋白）中的新型调控蛋白SERCA2并系统阐明了其对Piezo蛋白通道活性调控的作用机制。

机械敏感阳离子通道是一类能够响应机械力刺激而引起阳离子通透的离子通道，在诸如触觉感受、本体感受、听觉感受、血管发育与血压调节等基本生命活动中承担重要作用。2010年前，Piezo基因家族 (包括Piezo1和Piezo2) 被发现编码哺乳动物机械敏感阳离子通道的必要分子组成 (Coste et al., Science 2010)。Piezo蛋白是一类复杂的跨膜蛋白，每个亚基包含2500多个氨基酸，预测跨膜30-40次，并且与已知的离子通道没有同源性。肖百龙博士在从事博士后研究期间与其同事合作首次证明了Piezo1能够以同源多聚体的形式构成机械敏感通道的孔道组成成分，从而确立了Piezo通道这一全新机械门控离子通道家族 。相关研究成果于2012年发表在《自然》(Nature) 杂志 (汤森路透高被引论文)。

▲SERCA2结合Piezo1的位点和其调控Piezo1通道活性的机制。

 A. Piezo1与SERCA2结合位点连接区的氨基酸组成和所在位置示意图；B, C, D. SERCA2通过Piezo1的连接区与Piezo1相互作用；E. SERCA2抑制Piezo1的通道活性；F, G. SERCA2通过Piezo1的连接区抑制Piezo1的机械敏感性。

鉴于Piezo通道生理、病理意义的重要性及其序列结构的特异性，理解Piezo通道的分子作用机制及调控机制具有重要的科学意义，也为基于Piezo通道的药物开发奠定基础。据此，肖百龙博士于2013年在清华大学药学院组建自己的研究组后，聚焦这一重要科学问题并取得了系列重要研究成果。其研究组通过合作于2015年在《自然》率先报道了Piezo1通道中等分辨率的冷冻电镜三维结构，揭示了其三叶螺旋桨状三维构造特征，为解析其分子作用机制提供了重要线索。随后于2016年，其研究组在神经科学顶级期刊《神经元》(Neuron) 报道了Piezo1蛋白负责离子通透与选择性的孔道区模块以及负责机械力感受与传导的机械传感模块的氨基酸构成，进而首次提出Piezo1通道以功能区模块化的方式来行使其机械门控离子通道功能的假说 。

在《自然·通讯》发表的文章中，肖百龙研究组首先利用蛋白纯化、质谱、生化、细胞免疫染色等技术鉴定发现Piezo1的一类新型互作蛋白SERCA2。SERCA2是定位在内质网膜上的钙离子转运泵，在各种细胞中广谱表达，对维持细胞内的钙稳态至关重要。他们进一步鉴定出Piezo1蛋白中负责与SERCA2相互作用的位点是位于孔道区与机械门控结构域之间的一段连接区 (图A-C)。突变该连接区 (图D) 或添加该连接区的合成多肽可以有效地拮抗Piezo1和SERCA2的相互作用 。

利用膜片钳电生理技术，他们发现SERCA2能够抑制Piezo蛋白的通道活性，并且这种抑制作用是依赖于SERCA2与Piezo1中的连接区的相互作用实现的 (图E-G)。因此，他们推测SERCA2结合到这段连接区减弱了Piezo1通道的机械传感模块区和孔道模块区之间的有效耦合，从而抑制了Piezo1的通道活性。与此相吻合，突变Piezo1的连接区显著减弱其机械门控电流。这些实验数据进一步支持其研究组所提出的 Piezo1通道的模块化工作机制理论。

Piezo1在血管内皮细胞中承担血流所造成的剪切力受体的角色，进而控制血管内皮细胞的重排和血管发育。他们发现 SERCA2能够通过调控Piezo1的通道活性进而控制血管内皮细胞的迁移，而且他们所鉴定到的连接区合成多肽可以增强血管内皮细胞的迁移功能。这些研究结果为基于这一蛋白互做调控模式的潜在药物开发提供了重要线索。

肖百龙研究组2012级生命学院联合培养博士研究生张廷鑫和2016级药学院博士研究生池少鹏为本文并列第一作者，肖百龙研究员为本文通讯作者。肖百龙研究组的博士研究生姜凡和已毕业的博士赵前程也参与了本项研究。

论文链接：

http://www.nature.com/articles/s41467-017-01712-z

药学院唐叶峰课题组发表苍耳烷型倍半萜类天然产物全合成研究成果

 11月27日，清华大学药学院唐叶峰课题组在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上发表题为《苍耳烷型倍半萜的对映选择性和集群式全合成》（“Enantioselective and Collective Total Syntheses of Xanthanolides”）的研究成果，报道了该课题组在天然产物全合成领域的最新研究成果。

▲复杂天然产物变苍耳内酯（Xanthipungolide）的首次全合成。

苍耳烷型倍半萜是从传统中药苍耳中发现的一大类具有结构和生物活性多样性的天然产物。迄今为止，自然界中已发现的该类天然产物超过200个，并表现出多种生理活性，包括抗肿瘤、抗病毒、抗菌和抗炎活性，因而被视为发现新药或先导化合物的重要物质基础。唐叶峰课题组自成立以来，对该家族天然产物的化学合成和药物化学研究进行了系统而深入的探索，并取得了一系列研究成果。

2012年，该课题组首先报道了一类新颖的γ-环丁内酯（Dyotropic）重排反应，并以此为关键步骤实现了一系列具有5-7反式并环的苍耳烷型倍半萜单体的全合成（Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 6984-6988）。2014年，该课题组以具有5-7反式并环的单体苍耳素（Xanthatin）为前体，通过仿生合成策略实现了该家族多个结构更为复杂的二聚体的首次全合成（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 14494-14498）。在本项研究工作中，该课题组发展了一条高效简洁的不对称合成路线，仅通过7步反应即实现了该家族具有5-7顺式并环的单体苍耳素（8-Epi-xanthatin）的全合成。在此基础上，以该化合物为前体，通过一系列仿生串联反应完成了复杂天然产物变苍耳内酯 （Xanthipungolide）的首次全合成。另外，同样以该化合物为前体，以仿生狄尔斯—阿尔德（Diels-Alder）二聚化反应为关键步骤，实现了辛辣内酯（Pungiolide A, B, D, E）和L–N等多个苍耳烷型倍半萜二聚体的首次全合成。

至此，该课题组历时6年，成功解决了苍耳烷型倍半萜类天然产物中所有代表性骨架的构建，并完成了超过20个天然产物的全合成。目前，该课题组正同其他实验室合作，对此类天然产物的生物活性和作用机制进行系统深入的研究。

该项研究工作主要由清华大学药学院唐叶峰课题组完成，唐叶峰研究员为该论文通讯作者，药学院2014级博士生冯娟为该论文第一作者。

论文链接：

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201710846/full

地学系罗勇教授研究组重建百年北极温度

揭示全球变暖并未停滞

11月20日，清华大学地球系统科学系（以下简称“地学系”）罗勇教授研究团队与美国阿拉斯加大学费尔班克斯分校张向东教授、国家气候中心聂肃平副研究员等合作，在《自然·气候变化》（Nature Climate Change）上在线发表论文《北极近期快速变暖使得全球变暖继续》（Recently Amplified Arctic Warming Has Contributed to a Continual Global Warming Trend）。该文采用新的插值方法重新建立了一套时间跨度达百年以上、时空协调性强的北极地区地面气温序列。对新资料的分析表明，全球气候仍在继续变暖，并未出现停滞现象。对于近年来国际科学界关于“全球变暖停滞”是否存在以及其形成机制的激烈争论，这一研究提出了新的见解。

大约从2009年开始，“全球变暖停滞”成为科学界关注的热点之一。持不同观点的人士也把它作为对全球变暖的新的质疑。“全球变暖停滞”指的是，1998年以后虽然全球平均二氧化碳等温室气体浓度继续攀升，但全球地表平均温度似乎停止了进一步上升，并停留在温度较高的状态。1998-2012年每十年温度升高0.05℃，明显低于1951年以来每十年温度升高0.12℃的升温速率。 

▲不同时段全球平均地面气温的变暖趋势及不确定性范围。右上角小图为后5个时段的放大图。黑色实心三角为用于重建的NOAA年平均气温变化率，蓝色实心圆为原始的NOAA月平均气温变化率，红色实心圆为包含本文重建的北极温度后的全球平均气温变化率。Bar为90%的信度范围。（单位：℃/10年）

“全球变暖停滞”现象与大气中CO₂浓度的持续增加的不一致性，让人们怀疑全球变暖是否已经停止了。人类排放的温室气体是否是全球变暖的原因？是否还有必要加紧开展温室气体的减排？为了回答这一广泛关注的重大科学问题，全球范围内的气候学家开展了大量的研究，试图从太阳活动、火山活动等外强迫、中深层海洋的热容量、太平洋以及北大西洋的作用等方面对此进行解释。

然而，由于地面气温的观测站点在全球分布不均匀，特别是在南、北极地区观测极度缺乏；未将近年来快速强烈变暖的北极地区包括在全球平均温度的计算之中，会对“全球变暖停滞”现象的判断产生多大的影响？这是当前急需解决的科学问题。

本文的研究团队采用美国国家海洋大气局（NOAA）最新发布的1850-2014年全球气温观测数据（极地地区缺乏观测资料）和国际北极浮标观测计划（IABP）提供的北极地区1979-2004年的浮标观测资料以及经验正交函数数据插值方法（DINEOF），充分利用北极气温在时间和空间二维空间上变化的协调性，对缺少观测地区进行温度重建，建立了一套覆盖北纬50° 以北地区1900-2014年的年平均温度序列。

基于新资料的研究发现，北极地区在2000年后变暖加速；如将北极地区加入到全球平均气温的计算当中后，1998-2012年变暖趋势为每十年0.112℃，显著高于不包括北极资料的每十年0.05℃升温趋势，并且与1951-2012年的变暖趋势相差无几。该研究首次揭示了北极地区的快速升温可能抵消了近年来热带东赤道地区降温对全球平均气温的影响；全球升温的空间分布虽然发生了变化，但是全球平均温度的上升趋势并未改变。研究进一步指出，北极地区观测资料的缺乏对全球平均温度计算的影响远大于南极地区。该文的研究结论，澄清了当前对全球变暖是否停滞的争论，即全球变暖仍在继续，并未停滞。

▲从左至右：张奇漪、罗勇、张向东和黄建斌2014年8月在阿拉斯加西沃德（Seward）冰川考察。

清华地学系黄建斌博士是本文第一作者，罗勇和张向东教授为通讯作者。合作者还包括清华地学系硕士毕业生张奇漪、林岩銮副教授、郝鸣驹博士生、赵宗慈研究员、姚遥博士、陈欣博士、王蕾博士、张建松高级工程师和国家气候中心聂肃平副研究员、尹宜舟副研究员、徐影研究员。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41558-017-0009-5

编辑 | 粽