Nature 一周论文导读 | 2018 年 2 月 22 日

审校 紫苏 咖喱 大头 金庄维

生物学

Biology

A molecular atlas of cell types and zonation in the brain vasculature

脑血管系统中细胞类型和空间分区的分子图谱

Christer Betsholtz, Michael Vanlandewijck, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25739

图片来源：Karolinska Institute

（导读 柳寒石）我们对组成大脑血管系统的细胞类型还了解不多。本文利用单细胞转录组学技术解析了沿小鼠脑血管轴向不同种细胞的分区情况，发现其中的上皮细胞连续分布，而血管壁细胞则间断分布。研究还鉴定出了一类特别的周细胞：血管周围成纤维细胞。该研究拓展了单细胞转录组学的应用范畴，并为哺乳动物血管分子图谱奠定了基础。

Abstract

Structure of the mechanically activated ion channel Piezo1

机械力激活离子通道 Piezo1 的结构

Ardem Patapoutian, Andrew B. Ward, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25453

（导读 阿金）机械力激活离子通道 Piezo1 和 Piezo2 蛋白介导触觉、本体感受和血管发育，但尚不清楚其具体结构。本研究报告小鼠 Piezo1 的高分辨率冷冻电镜结构：复合物结构呈三叶螺旋桨状，其弯曲跨膜区域的每个结构单元都含有至少 26 个跨膜螺旋。该柔性结构可以呈现多种构象，并在胞内应力作用下开关离子通道。该结构为 Piezo 通道的门控机制提供解读。

Abstract

Structure and mechanogating mechanism of the Piezo1 channel

Piezo1 通道的结构和机械门控机制

肖百龙（清华大学医学院）, 李雪明（清华大学生科院）等

https://www.nature.com/articles/nature25743

（导读 阿金）Piezo 通道是重要的真核机械传感器，但尚未了解其结构和机械门控机制。本研究解析小鼠 Piezo1 三叶螺旋桨状冷冻电镜结构，揭示机械传感组成部分。确定其桨叶部分由重复性的跨膜区结构单元（THUs）构成，中心区域形成 90 Å 的细胞内长杆结构，作为机械传递装置通过杠杆作用连接 THUs 和中心孔道区。

Abstract

Tissue stiffening coordinates morphogenesis by triggering collective cell migration in vivo

组织硬化通过在体内引起集体细胞迁移来协调形态发生

Roberto Mayor, Elias H. Barriga, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25742

（导读 严冰）集体细胞迁移（Collective cell migration）在形态发生、组织重塑和癌细胞转移过程中起重要作用，受到组织力学和分子信号的双重调控。本文通过研究非洲爪蟾（Xenopus laevis）神经嵴细胞集体迁移过程，发现其头部中胚层硬化可促进神经脊细胞发生上皮细胞-间充质转化（EMT），产生集体细胞迁移。这一过程中，神经脊细胞通过 integrin–vinculin–talin 复合物来感受环境中的机械力变化。另外，原肠胚形成过程中中胚层的会聚伸展会导致中胚层硬化程度的增加，因此也是形态发生过程中的机械力调节因子之一，这在原肠胚形成和神经脊迁移两者之间建立了全新的联系。

Abstract

Peptidoglycan synthesis drives an FtsZ-treadmilling-independent step of cytokinesis

肽聚糖的合成促进胞质分裂过程中一个不依赖 FtsZ 踏车的步骤

Mariana G. Pinho, João M. Monteiro, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25506

（导读 郭思瑶）肽聚糖是细菌细胞壁的主要成分。 棒状细菌的形成是两个细胞支架蛋白 FtsZ 与 MreB 合作完成的。科学家探究了金黄色葡萄球菌肽聚糖合成蛋白的位置，展示了假定脂质 II 型翻转酶 MurJ 在隔膜的聚集驱动了肽聚糖并入细胞中部。MurJ 的聚集是细胞分裂的转折点，在肽聚糖合成活动定向到隔膜后加速且不依赖 FtsZ “踏车”运动，这为细胞膜收缩提供了额外的动力。

Abstract

Transcriptional regulation by NR5A2 links differentiation and inflammation in the pancreas

胰腺中 NR5A2 的转录调控将分化与炎症联系起来

Francisco X. Real, Isidoro Cobo, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25751

（导读 董堃）长期的炎症反应会引起某些种类的癌症发病率升高，目前认为炎症反应是由不同于细胞分化的转录网络调控的。本文通过全转录组分析，在 Nr5a2^+/- 小鼠的胰脏中发现上皮细胞自调控的前炎症状态与早期胰腺炎诱导的炎症反应有相似之处，并且这种现象有着很强的保守性。由此可见，由于基因和环境的限制，转录网络很可能会被破坏从而促进炎症反应的发展。 

Abstract

TGFβ drives immune evasion in genetically reconstituted colon cancer metastasis

TGF-β 促进结肠癌转移过程中的免疫逃避

Eduard Batlle, Daniele V. F. Tauriello, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25492

（导读 严冰）结直肠癌患者大多死于肿瘤转移且通常伴有特定的肿瘤微环境特征，例如缺少 T 细胞浸润、TH1 细胞活性低、杀伤性免疫反应降低或 TGF-β 水平提高。本文发现，肿瘤微环境中 TGF-β 信号增加促进 T 细胞排斥、阻断 TH1 表型获得，是一种免疫逃逸手段。在基因突变和杂交得到具有人结直肠癌特征的小鼠中，PD-1/PD-L1 阻断疗法对该模型收效甚微，而抑制 TGF-β 则可诱导出有效持久的 T 细胞杀伤反应，阻止癌细胞转移。另外，在进行性肝转移瘤小鼠体内，阻断 TGF-β 信号可增加肿瘤细胞对抗 PD-1/PD-L1 疗法的敏感性。

Abstract

TGFβ attenuates tumour response to PD-L1 blockade by contributing to exclusion of T cells

TGFβ 通过帮助排斥 T 细胞来削弱 PD-L1 阻断疗法疗效 

Sanjeev Mariathasan, Shannon J. Turley, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25501

（导读 严冰）抗 PD-1/PD-L1 疗法对一系列癌症都卓有成效，但个体差异很大。通过研究接受抗 PD-L1 治疗（atezolizumab）的转移性尿路上皮癌患者的肿瘤样本，发现疗效不佳与成纤维细胞的 TGF-β 信号密切相关，尤其是在 T 细胞浸润少的肿瘤组织中。在小鼠模型中同时阻断 TGF-β 和 PD-L1 可降低基质区域的 TGF-β 信号，促进 T 细胞浸润到肿瘤中心引起强有效的免疫反应，导致肿瘤退化。整合这三个独立的生物学特征有助于我们更好的理解肿瘤治疗过程中的患者个体化差异问题。

Abstract

MEK drives BRAF activation through allosteric control of KSR proteins

MEK 通过 KSR 蛋白的变构调节驱动 BRAF 活化

Frank Sicheri, Marc Therrien, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25478

（导读 郭怿暄）RAF 家族激酶在癌症中发挥重要作用，但对其成员假激酶 KSR 如何与 BRAF 形成异二聚体并诱导其变构活化尚不清楚。本研究发现处于二者氨基末端的调控区 BRS 和 CC-SAM 可以特异性直接结合发生异二聚化，底物 MEK 与 KSR1 的激酶结构域的非对称结合可以促进 BRAF-KSR1 的异二聚化的发生，从而激活 BRAF 对 MEK 分子的催化活性。

Abstract

天文学

Astronomy

A surge of light at the birth of a supernova

超新星诞生时的迅速增亮

M. C. Bersten, G. Folatelli, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25151

图片来源： Carnegie Institution for Science, Las Campanas Observatory

（导读 雷鸣）本研究无意间探测到一颗 IIb 型超新星爆发，在可见光波段以每天 40 个数量级的速度迅速增亮。研究人员认为这就是一直以来难以预测的“激波暴”，并根据观测数据建立流体力学模型，解释在不同物理过程调控下，超新星爆炸后不同阶段的演化。

Abstract

A clumpy and anisotropic galaxy halo at redshift 1 from gravitational-arc tomography

引力弧成像发现红移 1 处簇状各向异性星系晕

Sebastian Lopez, Nicolas Tejos, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25436

（导读 雷鸣）本研究报道了引力弧的积分视场成像光谱，并由此绘制出一个红移 0.98 处星系系统的 Mg ɪɪ 吸收分布。结果发现星系周围环绕簇状各向异性气体晕轮，吸收强度随晕轮与星系距离增大而降低，但其运动学特性几乎没有变化。这暗示观测到的光谱吸收源于星系中的再循环物质，而非星系外向流。

Abstract

化学

Chemistry

Sterically controlled mechanochemistry under hydrostatic pressure

静水压力下的空间可控性机械化学

Nicholas A. Melosh, Hao Yan, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25765

（导读 卓思琪）机械力可通过拉伸化学键来触发反应，但各向同性的压力（静水压）难以用于该策略。本研究将可压缩的聚合物（软）和不可压缩的配体（硬）设计在一起，在静水压作用下，系统中的配体发生相对运动，从而导致聚合物部分变形，激活化学键。该方法将宏观静水压转换为分子水平各向异性应力，使静水压力下的机械化学反应成为可能。

Abstract

Palladium-catalysed electrophilic aromatic C–H fluorination

钯催化下芳香 C-H 的亲电氟化

Tobias Ritter, Kumiko Yamamoto, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25749

（导读 卓思琪）使用传统方法对芳香化合物碳氢键（C-H）进行氟化需要强氟化试剂，而且操作复杂、缺乏选择性。本文描述了一种间接的钯催化方法，利用温和的亲电氟化试剂对芳香 C-H 氟化。该方法不形成有机金属中间体，而是由产生的活性过渡金属氟化物亲电试剂来进行氟化反应。该方法可应用于药学和农业化学。

Abstract

Meridional overturning circulation conveys fast acidification to the deep Atlantic Ocean

径向翻转流加速大西洋深层海水酸化

Fiz F. Perez, Marcos Fontela, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25493

（导读 刘晓娟）工业革命以来，北大西洋海水持续酸化。H⁺ 的增加和 CO₃²⁻ 的减少使霰饱和层移至海水表层，让珊瑚处于腐蚀性水中。实验表明，目前大西洋径向翻转流向深海传输的 xc[CO₃²⁻] 比工业革命前期低 44%。我们猜测，未来 30 年假如大气 CO2 浓度加倍，大西洋翻转流传输的 xc[CO₃²⁻] 会比工业化前降低 64-79%。同时，大西洋翻转流会将深层酸性海水向南传输并传输到全球海洋。

Abstract

其他

【Ecology-生态】Global patterns of tropical forest fragmentation

全球热带森林破碎化格局

Franziska Taubert, Rico Fischer, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25508

图片来源：Mateus Dantas de Paula

（导读 刘晓娟）遥感定量化手段大大促进了热带森林破碎化在大洲尺度上的研究。本文研究了三个大洲中 13 亿个热带森林破碎带，发现破碎带的周长和大小呈现类似的呈幂律分布和分形维数。渗透理论可为本模式提供一种解释：森林的破碎化接近渗透理论的临界点，模拟也支持这样的的结论，并且发现随机毁林或毁林-恢复制度都可塑造出这样的格局。

Abstract

【Materials-材料】Multi-terminal memtransistors from polycrystalline monolayer molybdenum disulfide

由单层多晶二硫化钼制成的多端子忆阻晶体管

Mark C. Hersam, Vinod K. Sangwan, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25747

（导读 卓思琪）双端忆阻器的功能不足以完成复杂的神经形态计算。本研究利用大量

二硫化钼（MoS2）薄片组成连续的二硫化钼多晶薄膜，在实验上实现了多端子忆阻晶体管（memtransistor）。二维 MoS2 忆阻器在单个电阻态中呈现出门控可调性。此外，六端子 MoS2 忆阻晶体管还拥有门控异源突触功能。该装置有助于研究复杂的神经形态学习及二维材料中的缺陷动力学。

Abstract

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