Science Bulletin 2023年第3期

Science Bulletin

2023年第3期

These results suggest that one of the potential mechanisms by which disturbed gut virome contributes to SLE pathogenesis is the upregulating type-I interferon signaling in host immune and non-immune cells (see the article by Beidi Chen et al. on page 295).

Disturbed gut virome with potent interferonogenic property in systemic lupus erythematosus

系统性红斑狼疮患者的异常肠道病毒组及其对干扰素α的诱导作用

陈蓓迪, 曹佳宝, 刘玮, 张雨青, 刘煜东, 王忞, 肖飞, 马洁, 王军, 张烜

系统性红斑狼疮(SLE)是一种累及多脏器的自身免疫性疾病. 研究表明, 异常的肠道微生物群参与SLE的发生、发展；然而, 作为肠道微生物群的成员之一, 肠道病毒在SLE发病机制中扮演的角色尚不清楚. 本研究招募了76名3月内未经糖皮质激素、免疫抑制剂干预的SLE患者, 检测了他们粪便中游离病毒的组成, 并将其病毒组特征与健康人进行比较. SLE患者肠道的噬菌体(寄宿细菌而非人体的病毒)较健康人增多, 其中一些噬菌体的含量与SLE患者的临床表现及疾病活动具有相关性. 肠道病毒及肠道菌群的组成也密切相关. 将SLE相关的肠道病毒特征与肠道细菌特征结合起来建立的诊断模型能更很好地将SLE患者与健康人区分开来. 值得注意的是, 未经治疗干预的SLE患者其肠道病毒较正常人的肠道病毒更容易刺激免疫细胞及上皮细胞产生干扰素α, 该分子是一种参与SLE发病机制的关键炎性因子, 当SLE患者经过有效的免疫抑制治疗后, 其肠道病毒诱导干扰素α的能力则受到抑制. 综上, 本研究为SLE的发病机制提供了一种新思路.

Science Bulletin, 2023, 68(3): 295-304

NEWS & VIEWS

The gut microbiome and nicotine metabolism in NAFLD

NAFLD的肠道微生物组与尼古丁代谢

缪磊, Giovanni Targher, Christopher D. Byrne, 郑明华

Science Bulletin, 2023, 68(3): 233-235

Application and prospects of computer-assisted surgery in oral and maxillofacial oncology

计算机辅助外科在口腔颌面肿瘤诊治中的应用与展望

彭歆, Julio Acero, 俞光岩

Science Bulletin, 2023, 68(3): 236-239

RESEARCH HIGHLIGHT

Self-healing ability of Prussian blue analogs for aqueous potassium-ion batteries

钾离子电池用普鲁士蓝类似物的自愈能力

袁泉, 李家宝, 郝静静, 王若星, 黎晋良

Science Bulletin, 2023, 68(3): 240-242

PERSPECTIVES

Repercussion of the a₀(1710) [a₀(1817)] resonance and future developments

北京谱仪III(BESIII)实验新发现的a₀(1710)[a₀(1817)]共振态: 意义及展望

Eulogio Oset, 戴连荣, 耿立升

Science Bulletin, 2023, 68(3): 243-246

Synthetic strategies and applications towards carbon nanorings and carbon nanobelts

碳纳米环和碳纳米带的合成策略及应用

张容, 朱江玙, 安冬月, 陆雪峰, 刘云圻

Science Bulletin, 2023, 68(3): 247-250

Rise of ecofriendly AgBiS₂ nanocrystal solar cells

环境友好型AgBiS₂纳米晶太阳能电池的兴起

刘俊伟, 王婧婧, 赵文超, 周志华, 叶龙

Science Bulletin, 2023, 68(3): 251-254

SHORT COMMUNICATION

Physical Sciences

Antihelical edge states in two-dimensional photonic topological metals

二维光子拓扑金属中的反螺旋边缘态

谢良财, 金亮, 宋智

拓扑边缘态是物质拓扑相研究的核心问题之一, 寻找新的拓扑边缘态是拓扑光子学中的重要研究方向. 二维光子结构中拓扑保护的手性、螺旋和反手性边缘态能够实现光的鲁棒性传输. 本文发现拓扑金属相中的反螺旋边缘态, 并提出了一个时间反演对称的二维方形耦合腔阵列实现方案. 在该二维方形晶格中, 顺时针和逆时针的腔模式分别代表赝自旋向上和向下. 反螺旋边缘态激发沿着系统边缘鲁棒地朝着晶格的对角传播, 具有相同赝自旋的边缘态激发在晶格平行边界上以相同的方向传播; 相应地, 具有相反赝自旋的边缘态激发在晶格平行边界上以相反的方向传播. 反螺旋边缘态和螺旋边缘态之间通过金属-绝缘体相变实现转变. 该工作中发现的反螺旋边缘态提供了一种受拓扑保护的新型边缘态传输方式, 为拓扑光子学和超材料领域创造了新机遇.

Science Bulletin, 2023, 68(3): 255-258

ARTICLES

Physical Sciences

Emergent superconducting fluctuations in compressed kagome superconductor CsV₃Sb₅

压力下笼目超导体CsV₃Sb₅中出现的超导涨落

温茜凯, 喻芳航, 桂智刚, 张雨晴, 侯兴元, 单磊, 吴涛, 项子霁, 王震宇, 应剑俊, 陈仙辉

最近在笼目金属AV₃Sb₅ (A=K、Rb、Cs)中发现的超导电性和电荷密度波(CDW)为研究新奇的电子序提供了一个理想的平台. 施加适当的压力会使得CsV₃Sb5出现反常的双穹顶形的超导区间. 然而, 这种压力可调的超导态的性质及其与CDW之间的关联还有待探讨. 本文对CsV₃Sb₅单晶进行了压力下的软点接触光谱测量, 以研究其超导序参量随压力的变化. 令人意外的是, 超导能隙在两个超导穹顶之间明显增大, 在此区间内, 零电阻温度被抑制, 同时超导转变显著增宽. 此外, 在这个压力范围内, 超导能隙的温度依赖性严重偏离了传统的Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)行为, 证明其具有强烈的库珀对相位涨落. 这些发现揭示了压力下CsV₃Sb₅中CDW与超导具有复杂的交织, 并表明其与铜氧化物超导体La_2−xBa_xCuO₄具有显著的相似之处. 研究结果表明, 电荷自由度在交织电子序的建立中起着至关重要的作用, 这将为相关理论建立提供新的约束.

Science Bulletin, 2023, 68(3): 259-265

High-consistency proton exchange membrane fuel cells enabled by oxygen-electron mixed-pathway electrodes via digitalization design

质子交换膜燃料电池的物化一致性强化机理与氧气-电子混合通道电极的数字化设计

包志铭, 谢彪, 李伟卓, 钟生辉, 樊林浩, Chasen Tongsh, 高非, 杜青, Mohamed Benbouzid, 焦魁

随着质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的不断提升, 其内部的物-化过程在活化表面上的分布一致性逐渐变差. 对此, 本工作对PEMFC性能与物-化一致性随多孔电极结构及传输性质的变化展开研究, 对两种受压条件下多孔电极形变引发的PEMFC内部的关键物化参数的变化进行了观测与分析. 研究发现, PEMFC物-化不一致问题源于反应物、离子/电子的同时需求与分离输运之间的矛盾. 因此, 本工作提出增强电极内气、电的混合传输以提升物-化一致性的理论解决方法, 并设计了一种新型混合通道电极, 通过调整电极在流场沟下、脊下区域的气、电的传输阻力, 实现气、电传输通道的高度混合. 该设计大幅(40%)提升了物-化一致性, 但同时牺牲了少量(3.2%)的性能. 此外, 上述研究均基于本工作自主开发的PEMFC数字化平台, 该平台提供的全部件全物理场三维数据为相关分析提供了有力支持.

Science Bulletin, 2023, 68(3): 266-275

Bioinspired multichannel colorful encryption through kirigami activating grating

基于可编程剪纸光栅超材料的仿生多通道结构色加密策略

侯晓宇, Florian Vogelbacher, 赖欣涛, 李凯旋, 宋延林, 李明珠

响应性结构色材料能够对外界刺激产生实时的颜色反馈, 且成本低、操作简单、实用性强, 在加密、防伪等领域具有广泛的应用前景. 然而, 重复性差、自由度少、响应慢等问题阻碍了现有响应性结构色材料的发展. 受蝴蝶扇动翅膀及蜂鸟抖动羽毛引起颜色变化的启发, 本文开发了一种通用的多通道信息加密策略——剪纸光栅超材料. 剪纸材料具有丰富的空间序构和调控自由度, 通过机械应变能够灵活地操控光栅的取向和组合方法, 实现不同的信息显示. 剪纸光栅超材料显示出快速、可重复及可编程的颜色变化. 该策略利用拓扑空间变形来操控光学特性的变化, 为空间/光谱加密、机械传感及伪装提供了新的思路.

Science Bulletin, 2023, 68(3): 276-283

Chiral polypeptide nanoparticles as nanoadjuvants of nanovaccines for efficient cancer prevention and therapy

手性聚氨基酸纳米粒子作为纳米疫苗的纳米佐剂用于高效预防和治疗癌症

宿元祯, 许维国, 魏琪, 马洋, 丁建勋, 陈学思

生物活性分子的手性与它们的功能密切相关. D-氨基酸通常分布在细菌细胞壁中, 会触发强烈的抗感染免疫反应. 受此启发, 本文合成了两种手性聚氨基酸, 即聚(L-苯丙氨酸)-block-聚(L-赖氨酸)(P_L-K)和聚(L-苯丙氨酸)-block-聚(D-赖氨酸)(P_D-K), 作为纳米佐剂用于癌症的预防和治疗. 在磷酸盐缓冲溶液中, 这种两亲性的聚氨基酸在超声辅助溶解条件下自组装成直径约30 nm的纳米粒子. 将P_L-K或P_D-K和模型抗原鸡卵清蛋白(OVA)的溶液混合, 简易地制备得到纳米疫苗P_L-K-OVA和P_D-K-OVA, 并且其OVA负载效率几乎达到100%. 与P_L-K-OVA相比, P_D-K-OVA更好地诱导树突状细胞的成熟、抗原交叉呈递和适应性免疫反应. 重要的是, 它对预防和治疗表达OVA的B16-OVA黑色素瘤模型效果显著. P_D-K-OVA的肿瘤抑制率高达94.9%, 进一步结合抗PD-1抗体甚至可以达到97.0%. 因此, 手性聚氨基酸纳米粒子是一种简单、高效和广泛适用于各种纳米疫苗的纳米佐剂.

Science Bulletin, 2023, 68(3): 284-294

Earth and Environmental Sciences

Enhanced weathering input from South Asia to the Indian Ocean since the late Eocene

宋泽华, 万世明, Christophe Colin, Christian France-Lanord, 于兆杰, Arnaud Dapoigny, 靳华龙, 李梦君, 张晋, 赵德博, 石学法, 李安春

喜马拉雅-青藏高原的构造隆升所引起的硅酸盐风化增强长期以来被认为是新生代大气二氧化碳浓度降低和全球变冷的主要原因. 然而, 由于缺乏喜马拉雅-青藏高原地区可靠的风化通量重建, 这一“隆升-风化”假说迄今仍有待检验. 本文利用孟加拉湾大洋钻探计划(ODP) 758站岩芯沉积物浮游有孔虫放射性钕同位素重建了晚始新世以来印度洋北部海水钕同位素组成的长期演化, 并将其与印度洋中部海水钕同位素记录进行对比而剔除印度洋水团影响, 其二者差值(Δε_Nd)的变化趋势可指示来自南亚的大陆风化输入对印度洋的贡献. 结果显示Δε_Nd呈现长期增长的趋势, 从而提供了晚新生代南亚风化长期增强的关键证据. 孟加拉湾有孔虫ε_Nd记录的南亚风化输入增强的阶段与喜马拉雅造山带主要的构造隆升期和全球气候转型相吻合, 暗示了南亚大陆特别是喜马拉雅地区的构造隆升和硅酸盐风化增强对晚新生代全球变冷有着重要贡献.

Science Bulletin, 2023, 68(3): 305-313

REVIEW

Life Sciences

Molecular bases of rice grain size and quality for optimized productivity

任德勇, 丁朝庆, 钱前

如何通过进一步提高产量和品质来实现粮食优产始终是作物育种和功能基因组研究领域的重大挑战. 粒型是决定水稻产量和品质的关键因素, 皆为多基因调控的典型数量性状. 多年来的研究进展已初步揭示了水稻中重要的粒型和品质分子调控与发育机制. 本文对这些途径以及参与调控的重要事件进行了全面系统的综述, 其中包括G蛋白、泛素-蛋白酶体、植物激素、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)途径、贮藏产物(淀粉、蛋白质和脂质等)的合成与积累途径, 以及其中发挥关键作用的转录调控因子. 虽然目前对决定这些农艺性状的基因的挖掘和功能解析已有所收获, 但真正有利于品种改良的基因资源以及研究仍然较少. 同时, 本文总结了利用基因编辑和聚合技术改良水稻粒型和品质的研究进展, 并探讨合理、精确的育种策略, 以期更好地将分子设计应用于高产优质品种的选育.

Science Bulletin, 2023, 68(3): 314-350

END