Nature一周论文导读｜2024年11月14日

审校 小勺 小象 小冰

制版 阿金

（导读 领研网）现代鸟类拥有动物界最先进的认知能力，与哺乳动物媲美。本研究发现了一种保存非常完好的中生代鸟类化石，命名为Navaornis hestiae。研究人员通过小动物计算机体层显像仪以数字方式重建了这只鸟的大脑。这种鸟生活在约8000万年前如今巴西所在的地方，其大脑比始祖鸟大，表明它比最早的鸟类恐龙具有更先进的认知能力。但它的大脑大部分区域，比如小脑，并不发达。该结果有助于回答鸟类认知随时间演化的更广泛的问题。[相关报道：中生代鸟类化石揭示鸟类大脑和智力起源]

（导读 领研网）所有动物都是从单细胞受精卵发育成复杂的多细胞生物，期间需要一系列精准协作的生物过程。本研究结合时间分辨成像和转录组分析技术，发现一种单细胞原生生物“染色球藻”（Chromosphaera perkinsii）在发育过程中经历对称破裂，通过分裂期生成具有不同共生存细胞类型的多细胞群落。该结果为理解生命起源、胚胎发育的起源以及生物复杂性的演化提供了新线索。[论文详细信息]

（导读 才生）线粒体DNA（mtDNA）是健康与疾病中发挥重要作用。本研究描述了线粒体基因组约束模型的发展过程及其在基因组聚合数据库（gnomAD）中的应用。研究人员对比了gnomAD中观察到的变化与中性条件下的预期变化，分析了约束模型，结果强调了预期变化的强烈耗竭，表明许多有害mtDNA变体仍待检测。研究人员在包括rRNA和非编码区域等经常被忽视的位点识别出约束。所有这些指标都有助于促进罕见和常见表型中有害变体的发现。[相关报道：量化人类线粒体基因组的约束]

（导读 严冰冰）大脑皮层中，兴奋性神经元大多特异性地响应外界刺激，而抑制性神经元（例如PV阳性的中间神经元）则选择性较低，二者表达的神经递质受体亚型不同。兴奋性神经元表达钙不渗透的AMPA受体，其中包含GluA2亚基（由GRIA2编码），而PV神经元表达缺乏GluA2亚基、钙渗透性的受体（CP-AMPARs）。本文发现，CP-AMPAR表达与神经元选择性之间存在因果关系。CP-AMPAR可在多种细胞类型中驱动形成低选择性，也可在多种模态下抑制PV神经元的特征选择性。结果提示了在新皮质中区分细胞类型的一种保守分子机制。[论文详细信息]

（导读 严冰冰）多巴胺信号如何驱动自主运动、动机和学习，尚存争议。本文发现，动作电位诱发的多巴胺释放对运动起始不是必要的，但可以支持奖赏导向行为。作者使用多巴胺神经元特异敲除释放位点组织蛋白RIM的小鼠，以干扰动作电位诱发的多巴胺释放。这些小鼠的在体多巴胺动力受损，但基线多巴胺水平保持稳定，可支持动物自主运动。奖赏导向的行为在这些小鼠中受损，但奖赏学习在RIM移除后依然正常，然而其表现活力下降了。综上，动作电位诱发的多巴胺释放对运动功能和亚秒级的运动起始不是必要的，但可以促进奖赏介导行为中的动机和任务执行。[相关报道：《自然》刷新对多巴胺的认知！有望带来更精准的帕金森病疗法]

（导读 才生）内共生深刻影响着生命的演化，持续塑造大量物种的生态。本研究利用纳米级的微小针头刺穿宿主细胞，每次向宿主细胞内递送一个细菌细胞，将根瘤菌植入到小孢根霉后，产生了一种毒素来保护真菌不被“捕食”，从而成功建立了一种自然共生关系，而且这种共生关系可以传递给后代。该结果提供了一套强大的实验方法来研究内共生过程中的关键时间，也为设计具有理想性状的内共生体提供全新的合成思路。[论文详细信息]

（导读 才生）炎症和组织纤维共同存在，通常与器官功能障碍相关。本研究对45位健康供体、急性梗死以及慢性衰竭的人类心脏展开多组学单细胞基因表达、表位图谱绘制以及染色质可及性分析，识别出一条疾病相关的成纤维轨迹，可分化为不同的类群，类似于肌成纤维细胞和基质纤维细胞，后者表达成纤维细胞激活蛋白（FAP）和骨膜炎蛋白（POSTN）。结果强调了靶向炎症治疗组织纤维化、保护器官功能的潜在能力。[论文详细信息]

（导读 领研网）在疾病器官中，压力诱导的基因表达谱改变驱动细胞功能失调和细胞间的病理性相互作用。本研究通过特异性删除渗入的Cx3cr1⁺巨噬细胞中的转录共激活因子Brd4，可以有效改善小鼠的心力衰竭症状，并显著抑制成纤维细胞的活化。Cx3cr1⁺巨噬细胞中的Brd4在心脏疾病进程中扮演了关键角色，Brd4可能通过促进成纤维细胞的活化进而推动心脏功能的进一步恶化。该结果为心衰等慢性组织重塑性疾病提供治疗策略。[相关报道：染色质重塑驱动免疫细胞-成纤维细胞互作加重心衰]

（导读 阿金）辅助性类型1 T细胞（TH1）以及其他TH细胞之间的平衡是抗病毒和抗肿瘤应答的关键。本研究阐释了TH1细胞分化在体外极化过程以及急性病毒感染后体内分化过程中的动态调剂机制，识别出TH细胞分化的调控因子。神经肽CGRP受体成分之一的RAMP3在细胞命运决定中发挥固有细胞作用。细胞外CGRP信号传导通过受体RAMP3-CALCRL限制了TH2细胞分化，但促进了TH1细胞分化。该结果明确了神经细胞参与T细胞命运决定的神经免疫回路。[论文详细信息]

（导读 领研网）肿瘤新抗原是理想的免疫治疗载荷，这些抗原只存在于肿瘤组织中，而在其他组织中不存在，不会引发自身免疫反应的风险。本研究设计了一种经过工程化改造的益生菌大肠杆菌菌株Nissle 1917（EcN），将其作为一种抗肿瘤疫苗平台，旨在提高含有新抗原肽的多肽阵列的生产和细胞质递送效率，并增强其对血液清除和吞噬作用的敏感性。这些特性同时增强了安全性和免疫原性，从而形成了一种能够驱动强效、特异性的抗癌T细胞免疫的系统。[相关报道：Nature重磅，细菌癌症疫苗来了！益生菌递送肿瘤新抗原，清除肿瘤并防止复发]

（导读 领研网）对于转移性非鳞状非小细胞肺癌（NSCLC）患者，使用CTLA4抑制剂和PD-1或PD-L1抑制剂的双重免疫检查点阻断（ICB）与更高的抗肿瘤活性和免疫相关毒性相关。本研究表明携带STK11和/或KEAP1肿瘤抑制基因中特定突变的NSCLC患者更有可能从将免疫治疗药物tremelimumab（CTLA-4抑制剂）添加到durvalumab（PD-L1抑制剂）加化疗的组合中获益，以克服该患者群体中常见的治疗抵抗性，还确定了KEAP1和STK11是潜在的生物标志物，可用于对最有可能从添加CTLA-4免疫检查点抑制剂中获益的患者进行分层。[论文详细信息]

（导读 领研网）多种细菌被认为与结直肠癌（CRC）发展相关，包括pks⁺大肠杆菌。本研究发现pks⁺大肠杆菌对肠道上皮细胞的粘附作用决定了它们的致癌潜力，pks⁺大肠杆菌与肠上皮的结合是结直肠癌发展的关键步骤。在依靠黏附素与肠上皮结合后，这些大肠杆菌就在上皮细胞附近产生大肠杆菌素，进而导致细胞DNA损伤增加，驱动结直肠癌的发展。该结果为针对结直肠癌高风险人群开发抗粘附疗法提供了富有前景的治疗途径。[相关报道：这种癌症逐年高发，致癌凶手竟是常见肠道细菌]

（导读 领研网）人类海马和前额叶皮质在学习和认知过程中发挥关键作用。本研究使用单核甲基化和染色体构象捕获测序技术分析控制基因表达的两种表观遗传机制：DNA甲基化和染色质构象，通过重建在人脑发育的关键时间点发生的细胞发育和分化的调控程序，揭示和精神分裂症有关的变异或会显著影响一些脑细胞中特异性基因表达。同时分析了来自捐赠者从妊娠中期到成年期的超过5.3万个脑细胞，绘制了海马体和前额叶皮层DNA修饰的第一张图谱。[相关报道：首张人脑海马体和前额叶皮层的DNA修饰图谱公布]

（导读 领研网）人类细胞通过转录、剪接和翻译差异性解码遗传物质，从而产生广泛的蛋白质多样性。本研究发现eIF1从细胞核释放并在核膜分解后与40S核糖体结合，介导了分裂期的选择性翻译，揭示了细胞在有丝分裂周期中通过调控全局翻译起始的选择性，从而在细胞周期中维持分裂期的细胞生理稳定。[论文详细信息]

（导读 才生）脊椎动物通过G蛋白偶联嗅觉受体（OR） 感知气味。本研究采用共识蛋白质设计策略制作出的工程化OR来揭示气味与OR相互作用的分子特性。这些共识蛋白OR（consORs）衍生自人类OR的17大主要蛋白质亚家族，提供了模拟具有高序列和结构同源性的单个天然OR的模版。所有consOR的结构解析为理解OR超家族识别气味的分子机制提供新基础。[论文详细信息]

（导读 领研网）人体皮肤中多样的机械触觉感受器能感知并传递丰富的触觉信息。本研究发明了一种基于生物弹性状态恢复的无线、低功耗、多刺激模式触觉皮肤电子器件，通过力-电-磁控制的双稳态及压扭耦合结构力学设计，可实现对皮肤不同深度触觉机械感受器的动态和静态、法向力和剪切力的多模式激励。该可编程多模式触觉激励的皮肤电子器件在视觉、平衡感和触觉感官替代中存在广阔的应用前景。[论文详细信息]

（导读 小天）詹姆斯韦布太空望远镜（JWST）的最新观测解释了早期宇宙中意外丰富的大质量候选星系。本研究报告系统分析了36个星际尘埃遮蔽的大质量星系，光谱红移介于5和9之间，在观测样本中没有发现与Λ 冷暗物质模型相悖的情况，但是有三个超大质量星系需要50%的重子转化为恒星。结果表明在红移5和6之间，超大质量星系占据了17%的宇宙恒星形成率总密度。[论文详细信息]

（导读 领研网）目前天文学家观测到的黑洞大部分都是成对出现的，黑洞的伴星可能是恒星、中子星或黑洞。本研究报告了一个黑洞三星系统。在该系统中，一个黑洞正在和一颗小恒星相互绕转，两者周期为6.5天。而在距离这两个天体更远的地方，还有一颗恒星也在绕黑洞旋转。后者距离远一些，天文学家估计第二颗恒星绕黑洞旋转的周期为7万年。研究人员推测，该黑洞是恒星直接向内坍塌形成的，没有经历超新星爆炸爆发。[相关报道：三星系统暗示恒星可以直接向内坍塌成黑洞]

（导读 小天）寿命长达数百万年的放射性原子核可以解释太阳的形成历史以及其诞生时间与诞生位置活跃的核合成。本研究使用AGB恒星模型来计算铅-205的产率，明确了其母分子云内太阳物质分离出来的时间，发现正分离时间与早期太阳系内其他S过程短寿命的放射性原子核相符合。结果重新证明了太阳的诞生于长寿的巨大分子云，而铅-205–铊-205衰变系统课用来作为早期太阳系的计时指标。[论文详细信息]

（导读 领研网）氟化学品的需求在不断增加，在药物、农用化学品和锂离子电池的生产中发挥着关键作用。本研究报告一种直接从萤石中获得含氟化学品的温和方法，且不必制造氟化氢：使用纯度97%的CaF₂（萤石）作为原料，在存在草酸的情况，通过B(OH)₃或者SiO₂处理，反应在低温的水溶液中进行反应，制备许多含氟化合物，包括四氟硼酸、碱金属氟化物、四烷基氟化铵、氟芳烃。该技术为含氟化学品行业的可持续发展提供可能。[论文详细信息]

（导读 领研网）离子导电聚合物膜，在许多分离过程和电化学装置中是必不可少的。本研究开发出新型高选择性离子交换膜，通过调控自具微孔聚合物内亚纳米孔道限域结构，突破传统离子膜的电导率和离子选择性限制，提高了液流电池的能量效率和运行稳定性。该结果为未来的膜材料设计提供新思路和方法。[论文详细信息]

（导读 小天）地球大气层中被称为电离层的区域可能包含不同程度的自由电子。本研究利用每一部智能手机中标配的GPS传感器，收集了地球大气层如何扭曲来自卫星的信号的数据，绘制出准确的电离层图像，解决了诸如印度和南美洲上空的等离子体气泡、北美上空太阳风暴增强密度、欧洲中纬度电离层等问题。得到的电离层图可提高定位精准度，而且智能手机的大范围分布式网络有潜力用作为地球监控科学工具。[论文详细信息]

（导读 领研网）大气二氧化碳浓度和氮沉降水平的增加影响着植物种群。本研究在108个草地样地中分别设置了不同的二氧化碳和氮沉降处理组，以观察环境因素对植物多样性的长期影响。最初，在较高二氧化碳浓度下，氮添加对植物物种丰富度的减少效应相对较弱。然而，随着时间的推移，这种效应发生了逆转。在最后阶段高二氧化碳浓度显著加剧了氮添加导致的多样性丧失，使得物种丰富度的减少量增加了三倍。这种变化主要与光照可用性的时间变化有关。[论文详细信息]

（导读 阿金）超固体会自发性破坏两种连续对称态：由晶体结构产生的平移不变与单粒子波函数相锁定产生的相不变。本研究在偶极气体和具有二维晶体有序性的超固体生成涡旋，从理论和实验两个方面报告了超固体相位（SSP）中的涡旋观测结果，揭示了未调制和调制量子流体之间涡旋形成动力学之间的基本差异。该结果为探索具有若干自发性对称破缺的奇异量子系统流体动力学特性提供新途径。[论文详细信息]

（导读 领研网）铁硒（FeSe）作为一种新型超导材料，因其在超导转变温度（Tc）方面的优异表现而备受关注。本研究采用动量选择性高分辨电子能量损失谱（EELS）技术，成功解析了FeSe/STO界面处的声子模式，发现在75–99meV的能量范围内，存在新的光学声子模式，这些模式与电子强耦合，主要源于TiO_x层和STO中的顶层氧原子的垂直振动。研究表明，EPC的强度与FeSe与TiO_x终止的STO之间的层间距密切相关。该结果揭示了氧光学声子在增强超导性能中的重要作用。[相关报道：潘晓晴团队揭示FeSe/STO超导性能提升关键]