Cell年度巨献——2020年闪闪发光的医学评论和研究
导语：Best of Cell 2020。
Cell
临近年终，Cell期刊选择了那些引起广泛关注或影响的评论和研究文章，推出“2020年度最佳文章”合集。
毫无疑问，今年的“Best of Cell 2020”是被新冠大流行所主导的一年。在收录的16篇文章中，包括将ACE2和TMPRSS2确定为SARS-CoV-2进入所需的细胞因子的论文，将 "D614G "描述为在全球范围内流通的一种主要SARS-CoV-2变异体的论文，以及由福奇博士合著的观点文章，都与新冠病毒有关，并在首发时期引发广泛关注。
但一如既往的，涉及广泛主题的有影响力的科学文章仍然在发光，包括在自闭症神经生物学、癌症免疫疗法、应激生物学和染色质组织方面的发现，以及应用于绘制多种人类肿瘤类型图谱、利用单细胞转录组学和人工智能的最先进技术发现新抗生素的独特生物学方法。同时合集还收录了一篇综述，为人类肠道微生物组实验提供了权威观点。
而合集最前部的“SnapShots”（快照）环节，提供了最新的、可快速阅读的视觉总结，包括精准医学中的临床试验类型、新冠病毒和近年来新发现的铁死亡。希望这些文章能成为科学界有用的参考工具。下面我们将选取医学领域相关文章，一一进行品读！
第一部分：可视化总结
1.新冠病毒
新冠肺炎在全球范围内引起重大疫情，并造成了相当大的发病率和死亡率。遗传分析表明，蝙蝠可能是SARS-CoV-2的天然储存库，其他动物是潜在中间宿主。
新冠病毒简介
DOI https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.04.013
新冠病原体SARS-CoV-2 30 kb的基因组编码了蛋白酶和一个RNA依赖性RNA聚合酶（RdRp）以及一些结构蛋白。SARS-CoV-2病毒由与RNA基因组结合的核帽蛋白(N)形成的螺旋状帽壳和由膜蛋白(M)和包膜蛋白(E)组成的包膜组成，包膜上涂有三聚穗蛋白(S)。S蛋白与2型肺细胞和肠上皮细胞质膜上的ACE2酶结合。结合后，S蛋白被宿主膜上的丝氨酸蛋白酶TMPRSS2切割，促进病毒进入。
在轻度病例中，人类免疫反应的特点可能是强大的I型干扰素抗病毒反应和CD4+Th1和CD8+T细胞反应，从而清除病毒。在重症病例中，最初可能出现抗病毒反应的延迟，随后炎性细胞因子的产生增加，单核细胞和中性粒细胞涌入肺部，导致细胞因子风暴综合征。这些细胞因子，包括白细胞介素（IL）-1、IL-6、IL-12和肿瘤坏死因子-α，导致血管通透性增加，可能导致呼吸衰竭。严重病例的另一个标志是淋巴减少，这可能是由于淋巴细胞直接感染或抗病毒反应对骨髓的抑制。感染后2周内可检测到SARS-CoV-2的中和性IgM和IgG抗体。
呼吸道样本的逆转录酶-聚合酶链反应仍然是诊断新冠的金标准，而免疫测定法、等温核酸扩增试验和基于CRISPR的诊断试验正在开发中。在被诊断的患者中，常见的实验室检查结果包括淋巴细胞减少、包括C反应蛋白在内的炎症标志物升高、包括D-二聚体在内的凝血级联激活标志物升高；较高的病毒载量和炎症标志物水平与疾病严重程度的增加相关。有症状患者的胸部计算机断层扫描（CT）对检测疾病很敏感，但无特异性。
目前对COVID-19的管理主要集中在感染控制、支持性护理（包括必要的呼吸机支持）以及后遗症和并发症的治疗。疑似COVID-19的患者如无症状或病情较轻，建议自暴露之日起自我隔离2周，根据需要使用对乙酰氨基酚，保持水分，并监测症状恶化。病情较重的患者要入院治疗，如缺氧、呼吸衰竭、ARDS、败血症休克等。
正在研究的药物包括羟氯喹、雷米迪维、法匹拉韦、洛匹那韦/利托那韦、托西珠单抗、西妥昔单抗、沙利鲁单抗。血浆疗法和疫苗正在开发和测试中。当该领域展望COVID-19疗法的未来时，应考虑治疗的时间性，因为一些疗法在不同的疾病阶段可能显示出更大的疗效。
2.精准医学的试验类型
分子生物学给循证医学带来了革命性的变化，使我们能够提出更深层次的问题、更完善的假设、更详细的诊断、更有针对性的细胞过程和更全面的数据分析。我们对与分子标志相关的临床数据的了解来自于不同的研究方法，以及干预或真实世界。每种方法都具备解决特定问题集的能力，同时也有优势和弱点。
不同试验类型简介
DOI: 10.1016/j.cell.2020.02.032
综合来看，数据的质量往往与收集数据的成本和复杂性成正比。研究性试验是证据生成方法的金标准，但通常只用于药物开发，只在患者治疗史上的一个时间点。真实世界的数据工作可以进行更广泛的探索，但 "许多患者中的许多药物蕴藏着许多生物标志物 "的方法会使寻找无偏见的获益变得非常困难。理论上，关于不断推进分子检测、治疗罕见改变或改变组合、测序或组合治疗、使用未被FDA或专业协会批准的治疗方法的益处等问题，都可以通过真实世界的数据集来回答。但是，这些答案需要有足够质量和数量的数据来减轻偏差。缺乏患者同意限制了回访特定患者以验证获益的能力。在所有分子医学、干预或真实世界的试验中，需要有足够的患者进行筛选和入组，以确定罕见或复杂的关联和益处。
我们开始了解分子医学的基础层：基因组学的临床意义。转录组学、蛋白质组学、代谢组学、表观基因组学、细胞代谢、微环境、宿主因素、免疫因素、肠道生物组等更深层次的因素，稳步增加了临床数据收集的复杂性。理想情况下，我们需要利用一切可以利用的数据收集方法，汇总成倍增加的患者信息，才能真正理解个性化医疗。
3.铁死亡
近几十年来，人们发现，在几乎所有多细胞生物的发育和稳态中，受控的细胞死亡是无处不在的。铁死亡是一种由铁依赖性脂质过氧化驱动的调节性细胞死亡形式：铁死亡可以通过特定的药理和遗传扰动诱导或抑制。构成细胞膜的脂质双层的磷脂的过氧化是铁死亡的关键驱动力。
对铁死亡的调控涉及控制关键磷脂底物的丰度、驱动其过氧化的因素以及消除这些脂质过氧化物的因素。
铁死亡过程简介
DOI https://doi.org/10.1016/j.cell. 2020.04.039
在铁死亡过程中，过氧化的底物是具有多不饱和酰基尾巴的磷脂（PL-PUFAs）。这些PL-PUFAs是由ACSL4和LPCATs等酶产生的，这些酶激活并将游离的PUFAs纳入磷脂中。PUFAs可以从环境和膳食中摄取，并可以通过乙酰CoA羧化酶(ACC)的作用，从基本构件乙酰CoA合成。能量应激和AMPK通过抑制ACC抑制铁死亡。
一旦PL-PUFAs被纳入到膜环境中，铁依赖性酶和弱铁利用分子氧（O2 ）会发生过氧化反应，生成PL-PUFA-OH。而驱动铁死亡的铁依赖性酶包括脂氧酶和细胞色素P450氧化还原酶(POR)。
铁元素通过转铁蛋白受体1(TfR1)导入并储存在铁蛋白中。铁蛋白可以通过一个被称为铁蛋白吞噬的自噬样过程进行降解，该过程释放出弱铁并促进驱动铁锈病的过氧化反应。辐射也可以直接刺激脂质过氧化，而放疗可能部分地通过触发铁死亡起作用。相反，Prominin2通过促进含有铁蛋白结合铁的多泡体的形成，并因此将铁从细胞中导出来抑制铁死亡。
有三种消除过氧化PL-PUFAs的途径：GPX4-谷胱甘肽轴、FSP1-CoQ10轴和GCH1-BH4轴。
我们对新陈代谢、脂质过氧化和铁死亡之间联系的机制有了越来越多的了解，研究这种细胞死亡形式的工具的可用性，以及其新出现的生理功能，些都预示着未来会在利用铁死亡来了解和治疗疾病方面将取得丰富的进展。
第二部分：卓越观点
1.福奇：新冠大流行是如何发展至今日局面的？
这是由福奇博士合著的一篇对流行性疾病的病理生理学和免疫学的一个很好的回顾，它提醒人们，像COVID-19这样的流行性疾病并不是一个新现象。疾病的出现反映了由人类、动物、病原体和环境组成的复杂的全球分布的生态系统中的动态平衡和不平衡。了解这些变数是控制未来破坏性疾病出现的必要步骤。
通过对病毒、宿主及宿主转换在新发传染病中作用的分析，文章指出如果我们要控制传染病的出现，则需要更充分地理解新型传染病的晦涩机制，以便我们能够通过以下方式预测其暴发的风险：a）监测和表征潜在新型病毒的分类群，包括亲缘关系可能最近的病毒，例如冠状病毒、肝炎病毒、黄病毒、沙粒病毒和丝状病毒；b）对可疑的高风险病毒类别进行深入研究，以确定合适的实验动物、用于疫苗研发的保守表位，以及抗病毒疗法的准确靶点；c）在实验动物研究中发现潜在的人类传播机制；d）在诸如畜牧业、野生动植物接触、控制啮齿动物、病媒和蚊子/虱子等领域建立完善的控制机制；e）制定环境、土地管理、野生动植物保护/防控计划；f）利用病毒学、信息学和技术领域的新方法来了解病毒的进化，或预测疾病暴发的可能性。
病毒进入宿主细胞的可变机制
宿主转换的模拟分子机制
Emerging Pandemic Diseases: How We Got to COVID-19.https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.08.021
需要明白的是，科学一定会给我们带来许多救命的药物、疫苗和诊断方法；但是，没有理由认为仅凭这些就能克服越来越频繁和致命的传染病突发的威胁。在可预见的未来，我们仍然处于风险之中。COVID-19是一个多世纪以来最“生动”的警钟之一。它迫使我们适应、应对和重新考虑我们与自然界的关系。
2.肠道菌群相关研究可能有所夸大，需深刻反思
现今对于肠道菌群的研究可谓如火如荼，越来越多的人类疾病被认为与自身肠道微生物的改变有着千丝万缕的联系，但是，这种改变与发生的疾病之间是因果还是伴随或者干脆就不相关，仍存诸多疑问。来自加拿大阿尔伯塔大学的研究人员对肠道菌群研究进行了反思。
在系统的综述中，研究人员发现95％的已发表的有关HMA啮齿类动物的研究（36/38）报告了病理表型转移至受体动物的行为，并且许多研究结果就此推断出了对人类疾病与微生物群组改变的因果推论。他们认为这种跨物种的推论是令人难以信服的，并且夸大了肠道微生物组在人类疾病中的作用。因此主张采用更严谨和批判的方法来推断因果关系，特别是当使用HMA啮齿动物作为其建立因果关系的基础模型时更应该注意这一点，以避免错误的概念并防止不切实际的期望，这些期望可能会破坏微生物组科学的信誉并延迟其转化。
使用HMA小鼠模型进行研究的结果和分析
Establishing or Exaggerating Causality for the Gut Microbiome: Lessons from Human Microbiota-Associated Rodents.https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.12.025
半个多世纪前，卡尔·波普尔（Karl Popper）建议严谨的研究应该尝试拒绝它的假设；“对理论的每一次真正的检验都是一次尝试证伪它，或反驳它”。正如所有的科学努力一样，我们的领域如果更高层次期刊的编辑政策更好以及资助机构的指导方针不去鼓励任何针对阴性数据、重复、实验验证设计和统计分析的歧视，那我们领域发展的春天才会来临。
3.人类肿瘤图谱网络计划分享追踪癌症的策略
人类肿瘤图谱网络（Human Tumor Atlas Network，HTAN）计划于2018年9月启动，属于美国国家癌症研究所资助的癌症登月计划的一部分。这项计划旨在利用一系列的单细胞图谱来定义人类癌症发展过程中的关键过程和事件，如癌前病变向恶性肿瘤的转化、恶性肿瘤向转移性肿瘤的发展，以及肿瘤对治疗的反应。
Broad研究所、国家癌症研究所、纪念斯隆凯特琳癌症中心等机构的研究人员概述了人类肿瘤图谱网络研究迄今为止取得的进展。他们认为，这些肿瘤图谱将对人们理解癌症生物学产生深远影响，并有望改善癌症检测、预防和治疗。
研究计划开展单细胞RNA测序或单核RNA测序，再加上空间信息、外显子组序列、蛋白质组特征、表观基因组数据以及代谢组和微生物组线索，以了解几种成人癌症和小儿癌症的癌前、恶性和转移性癌症样本中的突变、拷贝数变化、表达变化及其他变化。
在这篇文章中，研究团队阐述了这项工作的理由、详细的检测方法以及有望从肿瘤中获得的见解。未来五年，这些研究将在美国的10个跨学科癌症中心开展。例如，费城儿童医院计划将重点放在某些小儿癌症的原发性和耐药性形式上，而其他机构的人员将主要关注原发性、转移性和耐药性的成人肿瘤。
其实，在恶性肿瘤被诊断出来之前，癌症的发展早就有迹可循。因此，研究人员认为，通过分析肿瘤的形态特征、基因组学特征、表观遗传调控因子以及肿瘤微环境，有望弄清癌症发展的详细轨迹。多个研究中心也会将重点放在尚未癌变的样本上。
研究人员称，这项计划还将专注于成熟的肿瘤细胞所产生的细胞，有些细胞对治疗无响应，而有些细胞在最初响应后形成了耐药性。作者表示，HTAN项目将建立一种临床、实验、计算的框架，以便针对各种类型的肿瘤生成信息丰富的三维癌症转化图谱。
构建3D人类肿瘤图谱
The Human Tumor Atlas Network:Charting Tumor Transitions acrossSpace and Time at Single-Cell Resolution.https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.03.053
他们详细列出了此项技术所使用的工具，包括分子分析、空间分子分析、组织学分析和解剖学分析的工具。有了这些三维的癌症图谱，人们不仅能够更好地了解癌症生物学和治疗策略，还能够利用HTAN数据集来加强癌症的诊断和监控。
人类肿瘤图谱网络将提供操作方案、软件和最佳实践指南，以促进各项技术的开发，这将对人类肿瘤的研究产生深远的影响，包括组织学和组织病理学方面的开放标准。希望这项技术能带来基本资源，以增进对癌症患者的了解、诊断、监测和治疗。
第三部分：卓越研究进展
1.AI从超1亿个分子中预测强力抗生素，杀伤超级耐药细菌
细菌对抗生素的耐药性在全球范围内急剧上升，研究人员预测，除非紧急开发新的药物，否则到2050年，耐药感染每年可能导致1000万人死亡。但在过去的几十年里，新抗生素的发现和监管审批都有所放缓。
但可喜的是，一项开创性的机器学习方法已经从1亿多个分子中识别出了强大的新型抗生素，可以对付多种细菌，包括肺结核和被认为无法治愈的菌株。
研究人员表示，这种名为halicin的抗生素是第一个被人工智能发现的抗生素。尽管人工智能以前曾被用于协助抗生素发现过程的某些部分，但他们表示，这是人工智能首次在不使用任何人类假设的情况下，从零开始识别出全新种类的抗生素。这项研究由剑桥麻省理工学院的合成生物学家Jim Collins领导。
人工智能在抗生素发现中的应用
A Deep Learning Approach to Antibiotic Discovery.https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.01.021
研究人员利用已知的2335个抗菌分子，训练其神经网络识别抑制大肠杆菌生长的分子。这包括一个包含约300种经批准的抗生素的文库，以及800种来自植物、动物和微生物来源的天然产品。
从识别的结果中，研究人员选择了大约100个候选分子进行动物实验。结果发现其中一种被用作糖尿病治疗的分子被证明是一种有效的抗生素，并将其命名为halicin。在小鼠实验中，这种分子对多种病原体都有活性，包括一株艰难梭状芽胞杆菌和一株鲍曼不动杆菌。鲍曼不动杆菌具有"泛耐药性"，急需开发新的抗生素。且即使经过30天的测试，也没有发现对halicin的任何耐药性。"
该团队随后在一个名为ZINC15的数据库中筛选了超过1.07亿个分子结构。在23项测试中，有8项被确定具有抗菌活性。其中两种对多种病原体都有很强的活性，甚至可以战胜对抗生素有抗药性的大肠杆菌。
宾夕法尼亚匹兹堡大学的计算生物学家Jacob Durrant说，这项研究意义非凡。他说，研究小组不仅确定了候选分子，还在动物实验中验证了有希望的分子。更重要的是，这种方法也可以应用于其他类型的药物，如用于治疗癌症或神经退行性疾病的药物。
2.揭示新型冠状病毒进入宿主细胞的机制
冠状病毒的刺突（S）蛋白（下称S蛋白）有助于病毒进入靶细胞。细胞进入取决于S蛋白的表面亚基S1与细胞受体的结合，这种结合有助于病毒附着至靶细胞的表面。另外，细胞进入需要通过细胞蛋白酶激活S蛋白（S protein priming），这需要在S蛋白的S1/S2和S2'位点切割这种蛋白，并允许病毒膜和细胞膜融合，这一过程由S蛋白的S2亚基驱动。SARS-CoV S蛋白以血管紧张素转换酶2（ACE2）作为进入受体，并利用细胞丝氨酸蛋白酶TMPRSS2激活S蛋白。已在原子水平上阐明了SARS-CoV S/ACE2界面，发现ACE2的使用效率是SARS-CoV传播能力的关键决定因素。SARS-CoV S蛋白和SARS-CoV-2 S蛋白具有大约76％的氨基酸序列一致性（sequence identity）。然而，人们仍不清楚SARS-CoV-2 S蛋白是否像SARS-CoV S蛋白那样使用ACE2和TMPRSS2进入宿主细胞。
在一项新的研究中，德国研究人员提供证据表明SARS-CoV-2的宿主细胞进入依赖于SARS-CoV受体ACE2，并且可以被临床证明的细胞丝氨酸蛋白酶TMPRSS2抑制剂阻断，而且TMPRSS2被SARS-CoV-2用于S蛋白激活。此外，这项研究还发现针对SARS-CoV产生的抗体反应可以至少部分地抵御SARS-CoV-2感染。这些结果对人们对SARS-CoV-2的可传播性和发病机理的理解具有重要意义，并揭示了进行治疗性干预的靶标。
SARS-2-S蕴藏对ACE2结合至关重要的氨基酸残基
SARS-CoV-2 Cell Entry Depends on ACE2 and TMPRSS2 and Is Blocked by a Clinically Proven Protease Inhibitor.https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.02.052
这一发现提示着这种冠状病毒像SARS-CoV那样靶向一系列细胞。在肺部，SARS-CoV主要感染肺细胞和巨噬细胞。然而，ACE2的表达不仅限于肺部，而且还观察到SARS-CoV在ACE2+组织中的肺外扩散。虽然还需要比较SARS-CoV S蛋白和SARS-CoV-2 S蛋白对ACE2的亲和力，但是这些研究人员认为可以预期SARS-CoV-2也会如此。
3.携带D614G突变的SARS-CoV-2成为在当今世界上传播的主导毒株
来自美国杜克大学人类疫苗研究所、洛斯阿拉莫斯国家实验室、拉霍亚免疫学研究所、华盛顿大学、哈佛大学和英国谢菲尔德大学的研究人员发现新型冠状病毒SARS-CoV-2基因组中的一种突变提高了这种病毒感染人体细胞的能力，并帮助它成为在当今世界上传播的主导毒株。
到3月中旬，D614G变体在世界上占据了主导地位
Tracking Changes in SARS-CoV-2 Spike:Evidence that D614G Increases Infectivity of the COVID-19 Virus.https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.06.043
这项研究发现在实验室条件下，这种突变让这种病毒在细胞培养物中更具感染力。这种突变被命名为“D614G”，使得从这种病毒表面突出的“刺突（spike）”糖蛋白（S蛋白）发生了微小但有效的变化，其中这种病毒利用S蛋白进入并感染人体细胞。
这种携带D614G突变的SARS-CoV-2（下称D614G变体）在首次出现后不久就迅速成为主导毒株，地理样本显示这种病毒群体的数量从最初的病毒毒株到这种新的病毒毒株发生了重大转变。
来自洛斯阿拉莫斯国家实验室和杜克大学的研究人员，与来自谢菲尔德大学COVID-19基因组学的研究团队合作，对发表在GISAID数据库上的SARS-CoV-2基因组样本进行分析，其中GISAID是全球研究人员共享基因组序列的国际资源。
论文共同作者、洛斯阿拉莫斯国家实验室的Will Fischer博士评论说，“对我来说，这很了不起。仅通过对序列数据的仔细观察就发现了这种感染性的增加，而且我们的实验同事可以在如此短的时间内用活病毒来证实这一点。”
4.新研究发现102个与自闭症相关基因
在一项迄今为止针对自闭症谱系障碍（ASD）的最大规模遗传学研究中，来自全球50多个中心的研究人员报道102个基因与这种疾病有关，包括几十个之前未被发现的基因。某些基因还与智力障碍和发育迟缓有关。但是其他的一些基因是这种疾病特有的，并且似乎与作为这种疾病的典型特征的社交困难有关。了解这些与这种疾病相关的基因将有助于人们更好地理解它的病因并且可能为患有严重ASD的儿童开发出新的药物疗法。
ASC队列中的基因发现
Large-Scale Exome Sequencing Study Implicates Both Developmental and Functional Changes in the Neurobiology of Autism.https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.12.036
有些基因是“高风险”的，并携带着完全的突变。大多数ASD患者（可能占80％）并不携带这些完全的突变，相反，这些患者将在多个基因上发生“微小的微小变化”。
还需要开展更多的研究来准确了解所有这些基因的作用。但是，这些研究人员发现，大多数风险基因在大脑发育的早期就较为活跃，并在调节其他基因的活性或脑细胞之间的交流中发挥作用。这些风险基因在“兴奋性”和“抑制性”神经元中也有活性。作者Buxbaum说，这表明自闭症不仅与一种主要类型的脑细胞有关，而且还涉及脑细胞功能受到“许多破坏”。
作者Buxbaum指出，“自闭症存在一个谱系，许多人不需要做任何新的靶向药物治疗，这是因为他们表现良好。”他说，但是对于那些受到这种疾病严重影响的儿童来说，“精确医学”方法——根据他们的特征（比如他们携带的基因）为他们量身定制的治疗方法——可能会带来希望。
5.染色质结构如何调控？
来自美国西南医学中心的Michael K. Rosen课题组从相分离的角度揭示了细胞内染色质结构的调节。
为了研究染色质能否发生相分离，作者首先利用含有12个重复的Widom’s 601- nucleosome positioning sequence序列的双链DNA片段与纯化的不同物种的以及不同荧光标记的组蛋白八聚体在体外重新组装成核小体结构，模拟体内的染色质结构用于后续的染色质相分离实验。作者发现体外重构的染色质结构能够在生理盐浓度下发生相分离，形成典型的“lipid droplets”,这种droplets符合液滴的各种性质，呈现球形，可以相互融合，能够在荧光漂白恢复，而且这种体外重构的染色质结构的相分离现象随着构成染色质的核小体个数的增长而更加明显。
为了进一步说明体外重构的染色质结构的相分离与核小体个数有关，作者在体外将单个的核小体使用T4 DNA连接酶连接起来成为一串核小体结构，作者发现，单个的核小体结构不能发生相分离，但是经过T4 DNA 连接酶连接后的核小体能够发生相分离现象。作者通过以上实验发现了染色质结构在正常生理浓度的盐离子条件下能够发生相分离现象，并且这种相分离现在依赖于核小体的个数。作者进一步研究了组蛋白的结构对于相分离的影响，作者发现组蛋白的游离在八聚体外面的组蛋白Tail结构，对于相分离现象是必须的，将这段序列使用胰酶消化或者将组蛋白H4的Basic Patch的K16,R17,R19,K20 突变后便不能在发生相分离现象，说明了Histone H4的Basic Patch与DNA的结合对于染色质发生相分离是非常重要的。
生理盐中重组染色质的相分离研究
Organization of Chromatin by Intrinsic and Regulated Phase Separation. https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.08.037
作者进一步使用FRAP实验检测在发生相分离后的“liquid droplets”里面的蛋白是否是活跃的，即证明不是一种固态的结构确实是一种液滴的结构。作者发现，如果将整个liquid droplets漂白，其恢复速度极其缓慢，但是如果仅漂白一个液滴的部分区域，这部分区域的荧光强度能够非常快的恢复，说明了液滴内部组分之间的流动性，作者进一步测定了在液滴内部以及溶液中的蛋白浓度，作者发现液滴内部的但阿比浓度可以高达340微摩尔，比溶液中的浓度高出了10000倍，这也能解释漂白整个液滴后恢复速度为什么会非常缓慢的问题，溶液中的组蛋白的浓度过于低，导致其整个液滴的荧光恢复非常缓慢。
作者在发现体外重构的染色质结构可以发生相分离的现象后，进一步对这种相分离现象在细胞内的可能的调控因素做了详细的研究。这为我们进一步理解生命现象的本质，对一些疾病的发生发展机制以及相关的干预手段的开发提供了全新的理解和思路。
6.揭示组织在机械压力下如何保护DNA不受损！
在日常生活中，我们的组织，例如皮肤和肌肉，被拉伸、拉伸和压缩，而不会对细胞或DNA造成损伤。来自马克斯普朗克研究所衰老生物学研究所、科隆大学的CECAD卓越团体和赫尔辛基大学生命科学研究所的Sara Wickstrom领导的一组研究人员发现了细胞保护自己免受这些压力的机制，包括细胞核变形且软化遗传物质本身。
拉伸诱导近地线张力和核力学性能的变化
Heterochromatin-Driven Nuclear Softening Protects the Genome against Mechanical Stress-Induced Damage.https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.03.052
为了研究干细胞中的DNA是如何对机械变形做出反应的，研究人员使用了一种特殊的机械装置，使皮肤和肌肉干细胞暴露在与它们在组织内经历的类似的机械拉伸条件下。由于拉伸，细胞核和DNA都重新组织了，同时也改变了它们的机械性能，变得更软了。这提示可以通过对干细胞施加机械力来改变DNA的机械性质，这一发现让人兴奋。更惊人的是，如果通过实验阻止这种变化，干细胞现在就会受到DNA损伤，这表明我们已经发现了一种重要的保护机制。
在深入研究干细胞对拉伸反应的细胞机制时，Nava、Miroshnikova和同事们发现，如果在机械拉伸中暴露的时间更长，整个组织就会向力的方向运动。这种组织尺度的定位阻止了细胞核和它的DNA的变形，使它们恢复到原来的状态。这种组织水平的定向因此成为长期的机械保护。
最后，研究人员还注意到，由于关键核蛋白水平的差异，癌细胞对机械拉伸的敏感性不如健康干细胞。Sara Wickstrom说："有趣的是，定义癌症的两个核心特征是它们的遗传不稳定性，即频繁获得新的突变，以及它们对外部信号控制的不敏感性。我们实验室未来的一个主要目标是了解这个新发现途径中的缺陷如何促进癌症形成，以及癌症如何利用这些机制来逃脱组织的控制机制。"
7.揭示结直肠癌靶向髓系细胞的免疫治疗机理
在肿瘤微环境中，除淋巴细胞外，髓系免疫细胞（Myeloid cell）作为主要的抗原提呈细胞在肿瘤免疫中同样发挥重要的功能。多项靶向髓系免疫细胞如肿瘤相关巨噬细胞（Tumor-associated macrophage, TAM）和树突状细胞（Dendritic cell, DC ）的治疗策略已进入临床前试验。然而这些细胞在结直肠癌肿瘤微环境中的特征，其与T细胞等其他细胞的相互作用关系，以及其靶向药物的作用机理尚未得到全面阐释。
2020年4月，北京大学生物医学前沿创新中心张泽民课题组联合美国安进公司Jackon G. Egen团队和北京大学人民医院申占龙课题组在Cell上发表研究论文。该研究在单细胞水平对结直肠癌患者的肿瘤微环境，特别是浸润髓系细胞类群首次进行了系统性的刻画，分析了TAM和DC细胞的类群特征、谱系发育及其与T细胞和其他细胞间相互作用关系。
通过scRNA-seq鉴定人类CRC中的肿瘤浸润性骨髓细胞特征
Single-Cell Analyses Inform Mechanisms of Myeloid-Targeted Therapies in Colon Cancer.https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.03.048
研究团队分别对接受anti-CSF1R抑制剂和anti-CD40激动剂的小鼠模型进行单细胞测序，揭示了这两种靶向髓系细胞的免疫治疗策略潜在的作用机理。在此项结合人鼠单细胞转录组的工作中，团队首次发现靶向DC的治疗策略anti-CD40可以显著地提高此类细胞的水平，为MSS病人的临床治疗策略提供一定的指导。而靶向TAM的药物机制的研究，将大大有助于后续靶点的挖掘及新的治疗策略的开发。
8.阐明CD4+ T细胞的嘌呤合成紊乱与压力引发的焦虑症间的重要联系
浙江大学生命科学研究院靳津实验室联合东南大学柴人杰实验室揭示了CD4+T细胞嘌呤合成代谢功能紊乱在慢性应激诱导的心理疾病中的重要功能。
作者团队首先发现，T、B细胞的Rag1-/-小鼠明显对反复电击诱导的焦虑情绪具有明显的抵抗，抗体中和试验进而证明，在此过程中CD4+T细胞对于慢性压力引发的焦虑行为具有核心的调控作用。作者通过比较静息状态的T细胞和效应性T细胞，发现引发焦虑行为的这群CD4+T细胞并不依赖其自身的活化状态，这与T细胞的活化才是其发挥功能的关键的传统观点相悖，说明T细胞仍有我们尚不明确的发挥作用的方式。研究人员通过转录组测序发现，压力应激的CD4+T细胞上调多种线粒体基因。白三烯B4可能是导致外周T细胞线粒体分裂的直接“元凶”，没有外周CD4+T细胞，这些物质也不在具有诱导焦虑行为的能力。作者通过这些基因的T细胞特异性敲除小鼠（MIGA2TKO，MFN1/2TKO），证明T细胞中线粒体的分裂形态直接导致了焦虑行为的产生，这些小鼠同时还伴随着抑郁和社交障碍等精神系统疾病。与之一致，作者在临床焦虑病人的外周CD4+T细胞中也观察到了类似的现象，说明CD4+T细胞线粒体的分裂是导致焦虑发生的关键步骤。
CD4+T细胞在压力诱导的焦虑样行为中发挥重要作用
Stress-Induced Metabolic Disorder in Peripheral CD4+ T Cells Leads to Anxiety-like Behavior.https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.10.001
MIGA2-/-CD4+T细胞相关炎症基因和炎症性疾病进程并未发生改变，作者进而通过代谢组学分析发现MIGA2TKO小鼠表现出严重的嘌呤合成紊乱。通过阻断黄嘌呤的合成能够显着改善MIGA2TKO小鼠的焦虑症状。
该研究成果确定了慢性应激如何影响外周CD4+T细胞的线粒体形态，进而诱导产生的焦虑行为中的分子机制。临床治疗精神疾病的大多数药物直接针对中枢神经系统，如选择性单胺神经递质再摄取抑制剂。这些药物伴随着许多副作用，包括性功能障碍、全身代谢紊乱和持续性高血压等。而靶向其他系统干预精神疾病的药物或治疗手段有限。该工作加深对神经发育、精神疾病与免疫生理功能之间联系的理解，对了解抑郁症和焦虑症的发病机制并开发新的治疗药物具有重要意义。
在未来对CD4+T细胞介导产生焦虑的研究中，肠道微生物的调节作用将是一个重要的研究方向。这项工作阐明了通过靶向药物抑制CD4+T细胞黄嘌呤合成，从而对中枢神经系统的神经回路功能进行调节的可能性。为那些因免疫系统失调而导致精神疾病症状的患者提供了精准治疗设计的方向。
最后，希望这些凝结科研人员心血的力作能为读者带来启发，以上。
梅斯医学MedSci（微信号：medsci_m）
推荐阅读