最新15篇Nature研究论文的学科分类及短评

Nature期刊是世界上最著名和最具影响力的综合性科学期刊之一，其出版社Nature Publishing Group位于英国。Nature的目的在于发表原创的、高质量的科学研究论文，涵盖从基础科学到应用科学的各个领域，包括物理学、化学、生物学、地球科学、医学等。该期刊的影响因子也极高（最新的影响因子为50.5），是科学界极为重视的一个出版平台。

Nature发表的最新研究论文：

1. RANK-RANKL通路促进妊娠期肠上皮扩展
2. 遥远亚毫米亮星系中的原位球状体形成
3. CPEB4基因的微外显子剪接改变与自闭症关联
4. 巨噬细胞释放谷氨酸调节运动
5. 亚马逊上对流层中异戊二烯硝酸盐导致粒子形成
6. 研究转录和翻译机器的实时协作
7. 合成GPCRs用于细胞行为控制
8. 鸟类启发的机器人提高地面到空中的转换效率
9. 年龄通过铁稳态影响干细胞和肿瘤形成
10. 动情周期影响乳腺癌化疗的敏感性
11. 上对流层条件下，异戊二烯启动大气粒子形成
12. 使用机器学习改进天气预测的准确性
13. 髓细胞表达SPP1导致前列腺癌免疫治疗抵抗
14. 聚合物意外分配成同心圆
15. 胎儿肝细胞保护造血干/祖细胞基因组
16. 饮食果糖通过脂质转移促进肿瘤生长
17. 压力神经编码影响快感缺失，研究心理健康治疗

Nature最新研究论文所属学科分类如下：

@自然科学：
生物学：
RANK-RANKL通路促进妊娠期肠上皮扩展【1】
CPEB4基因的微外显子剪接改变与自闭症关联【3】
巨噬细胞释放谷氨酸调节运动【4】
合成GPCRs用于细胞行为控制【7】
年龄通过铁稳态影响干细胞和肿瘤形成【9】
动情周期影响乳腺癌化疗的敏感性【10】
髓细胞表达SPP1导致前列腺癌免疫治疗抵抗【13】
胎儿肝细胞保护造血干/祖细胞基因组【15】
饮食果糖通过脂质转移促进肿瘤生长【16】
天文学：
遥远亚毫米亮星系中的原位球状体形成【2】
化学：
亚马逊上对流层中异戊二烯硝酸盐导致粒子形成【5】
上对流层条件下，异戊二烯启动大气粒子形成【11】
地球科学：
使用机器学习改进天气预测的准确性【12】
神经科学/心理学：
压力神经编码影响快感缺失，研究心理健康治疗【17】

@工程与技术：
机器人技术：
鸟类启发的机器人提高地面到空中的转换效率【8】
材料科学：
聚合物意外分配成同心圆【14】

以下是最新Nature文章汇总信息：

【1】RANK drives structured intestinal epithelial expansion during pregnancy（RANK 驱动妊娠期间肠上皮结构化扩展）：这项研究探讨了RANK-RANKL通路在妊娠和哺乳期驱动肠上皮扩展的机制。此研究有助于理解妊娠期母体在快速变化的生理状态下如何适应营养需求和维持肠道健康。

【2】In situ spheroid formation in distant submillimetre-bright galaxies（远距离亚毫米亮星系中的原位球状体形成）：该研究通过深度的ALMA档案观测，揭示了在高红移的亚毫米亮星系中，球状凸起形成比预期早，并直接由高度光亮的星暴星系核心的恒星形成驱动。这提高了天文学家对于早期宇宙星系结构演化的理解。

【3】Mis-splicing of a neuronal microexon promotes CPEB4 aggregation in ASD（神经元微外显子乱剪接促进ASD中CPEB4聚集）：此研究识别了在CPEB4基因中神经元特异性微外显子的剪接改变如何导致与自闭症谱系障碍有关的基因表达的显性负效应。这有助于解开自闭症分子机制并探索潜在治疗靶点。

【4】Macrophages excite muscle spindles with glutamate to bolster locomotion（巨噬细胞用谷氨酸兴奋肌梭以增强运动）：研究发现了一种在肌梭中具有独特分子和功能特征的巨噬细胞群体，它们通过合成并释放谷氨酸直接调节神经活动和肌肉收缩。此发现对理解运动调节有着重要的神经生物学意义。

该研究发现了肌梭中一种具有独特分子和功能特征的巨噬细胞群体，这些细胞能够合成并释放谷氨酸，调控神经活动和肌肉收缩。肌梭（MS）是肌肉张力感知的关键感受器，通过感知肌肉内张力变化，启动一系列神经事件，最终引发肌肉收缩。研究者通过小鼠交叉遗传学、光遗传学和电生理学技术，发现激活肌梭巨噬细胞（MSMP）能在毫秒级时间内引发本体感觉神经元的放电，并通过谷氨酸依赖机制激活脊髓电路、运动神经元和肌肉。

此外，MSMP能够响应神经和肌肉活动，增加谷氨酸酶的表达，从而将肌肉收缩过程中释放的谷氨酰胺转化为谷氨酸。通过选择性地抑制或消除小鼠后肢肌肉中的MSMP，研究发现肌梭反射的力量生成和感觉反馈修正受到了干扰，影响了小鼠的运动策略。这项研究揭示了一个新型的细胞成分——MSMP，它通过谷氨酸介导的信号传递直接调节神经活动和肌肉收缩，可能为传感运动功能受损的疾病提供新的治疗途径。

【5】Isoprene nitrates drive new particle formation in Amazon’s upper troposphere（异戊二烯硝酸盐驱动亚马逊上对流层的新粒子形成）：研究显示当森林释放的异戊二烯在雷雨过程中与氮氧化物发生氧化反应时，新粒子形成。这对理解大气化学过程及其对气候的影响提供了重要的见解。

【6】Tracking transcription–translation coupling in real time（实时追踪转录–翻译耦合）：这项研究利用单分子荧光显微镜技术在重组大肠杆菌转录-翻译系统中提供了关于转录和翻译机器之间的协调作用的洞见。此研究对于揭示细胞生物学基础机制至关重要。

该研究揭示了细菌中转录和翻译过程如何通过物理和功能上的耦合进行协同工作。在细菌细胞中，转录和翻译发生在同一细胞区室，并且可以在物理和功能上耦合。虽然核糖体- RNA 聚合酶（RNAP）复合物的高分辨率结构为这一耦合过程提供了初步的机制性见解，但我们仍然缺乏关于这些结构快照如何在动态反应轨迹中起作用的理解。研究人员重新构建了一个完整且活跃的转录-翻译系统，并开发了多色单分子荧光显微镜实验，能够实时追踪转录延伸、翻译延伸以及核糖体与RNA聚合酶之间的物理和功能耦合。

实验数据表明，核糖体与RNA聚合酶之间的物理耦合可以通过mRNA环化的方式发生，环化过程由NusG蛋白促进。研究还发现，在mRNA环化过程中，转录延伸仍在进行，且NusA停顿的RNA聚合酶可以通过长程物理耦合被核糖体激活。此外，研究还观察到核糖体在与RNA聚合酶碰撞时会减慢速度。该研究提供了一种替代的解释，说明核糖体如何有效地帮助RNA聚合酶从频繁停顿中恢复，而不需要紧跟其后的核糖体碰撞。总体而言，研究通过动态数据揭示了核糖体和RNA聚合酶这两种重要大分子机器如何通过物理和功能上的合作优化基因表达的机制。

【7】Synthetic GPCRs for programmable sensing and control of cell behaviour（用于可编程感应和细胞行为控制的合成GPCR）：研究开发了模块化合成的G蛋白偶联受体，能够响应可溶性或细胞表面配体，编程转基因表达或内源性G蛋白激活，实现对多种细胞行为的控制。这有望推动生物工程和合成生物学领域的发展。

【8】Fast ground-to-air transition with avian-inspired multifunctional legs（灵感来源于鸟类的多功能腿实现快速地面到空中转换）：研究通过模仿鸟类设计了一种能跳跃至空中、在地面行走并跳越障碍物的机器人，表明起跳对于起飞更为节能。这为机器人技术和节能设计提供了新思路。

【9】Ageing limits stemness and tumorigenesis by reprogramming iron homeostasis（衰老通过重编程铁稳态限制干细胞性和肿瘤形成）：该研究在小鼠肺腺癌模型中发现了年龄、铁稳态和肿瘤起始潜能之间的联系，涉及NUPR1和糖皮质素2。此发现有助于理解年龄相关的癌症机制。

该研究揭示了衰老如何通过影响成人干细胞的数量和活性，进而抑制肺癌的发生和进展。衰老通常伴随着干细胞功能的下降，而衰老相关的干细胞活性丧失被认为有助于抑制肿瘤的形成。然而，这一假设在体内尚未得到验证。

为了检验这一假设，研究人员采用了生理衰老的小鼠模型，并结合原代细胞实验，证明了衰老通过降解肺泡来源细胞的干性，抑制了肺癌的启动和进展。具体来说，衰老通过诱导转录因子NUPR1及其下游靶基因脂质载体蛋白-2（lipocalin-2）的表达，导致衰老细胞内的铁功能缺乏，从而抑制了这些细胞的干性。研究进一步发现，通过基因失活NUPR1–lipocalin-2通路或补充铁源，可以恢复衰老的肺泡细胞的干性，进而促进其肿瘤形成潜力。

值得注意的是，靶向NUPR1–lipocalin-2通路对年轻肺泡细胞却具有有害影响，诱导铁死亡（ferroptosis）。此外，衰老细胞在特定增强子位点的DNA低甲基化与NUPR1表达的增加密切相关，这一现象也可以通过抑制DNA甲基化在年轻肺泡细胞中得到复制。研究结果表明，衰老驱动的功能性铁不足不仅导致干性丧失和肿瘤发生，还可能促使细胞对铁死亡的耐受性增加。

这些发现为干细胞的铁稳态调控提供了新的思路，可能对再生医学和癌症预防的治疗方法产生深远影响。此外，研究还表明，大多数人类癌症是在年轻时开始发展的，这突出了在年轻人群中进行癌症预防的重要性。

【10】The oestrous cycle stage affects mammary tumour sensitivity to chemotherapy（动情周期阶段影响乳腺肿瘤对化疗的敏感性）：研究显示在小鼠乳腺癌模型中，化疗反应在子宫前期启动时的效果低于发情期。这提供了关于生理周期对癌症治疗影响的重要信息。

该研究揭示了雌激周期对乳腺癌新辅助化疗（NAC）反应的显著影响，进而解释了同一分子或组织学亚型的乳腺癌肿瘤对化疗反应的异质性。在三种乳腺癌小鼠模型中，研究表明，当化疗在雌激周期的黄体期（dioestrus）启动时，与在发情期（oestrus）启动时相比，化疗反应显著降低。相似的发现也在回顾性研究的绝经前女性患者群体中得到了验证。

该研究进一步探讨了雌激周期不同阶段的机制性差异，发现在黄体期，不仅系统性和局部性变化发生，还表现出以下几个关键特征：（1）上皮-间充质转化（EMT）细胞数量增多，已知这一现象与化疗耐药性相关；（2）肿瘤血管直径减小，提示药物的传递和敏感性可能受到限制。此外，黄体期还表现出巨噬细胞的数量升高，巨噬细胞的增加此前与化疗耐药性诱导密切相关。

值得注意的是，尽管新辅助化疗会干扰雌激周期的正常进程，但黄体期巨噬细胞的增加仍然存在。研究进一步表明，去除巨噬细胞可以缓解在黄体期启动化疗时所观察到的治疗反应下降。

总之，该研究强调了雌激周期作为一个关键的月周期节律因素，在乳腺癌的化疗敏感性中起着重要作用。研究结果为未来临床研究提供了重要线索，建议优化治疗启动时机，以提高化疗的疗效。

【11】New particle formation from isoprene under upper-tropospheric conditions（在上对流层条件下异戊二烯的新粒子形成）：通过在CERN CLOUD室内的实验，研究揭示在上对流层条件下，通过羟自由基与森林释放的异戊二烯的反应，能够启动新的大气粒子形成。这扩展了大气科学对气候变化的理解。

【12】Probabilistic weather forecasting with machine learning（利用机器学习进行概率天气预测）：GenCast是一个使用人工智能进行天气预测的概率模型，其技能和速度超过了世界顶级的中期天气预报，并提供了概率性而非确定性的预测。这显示了机器学习在提升气象预测准确性方面的潜力。

【13】Evolution of myeloid-mediated immunotherapy resistance in prostate cancer（前列腺癌中髓细胞介导的免疫治疗抵抗的进化）：研究通过人类前列腺癌的单细胞分析和小鼠模型研究表明，表达SPP1的巨噬细胞通过腺苷通路激活介导了免疫治疗抵抗，并代表未来研究的目标。此发现可能为克服癌症免疫耐药性提供新的切入点。

【14】Near-identical macromolecules spontaneously partition into concentric circles（几乎相同的大分子自发地分配成同心圆）：研究发现了一种在固液界面的特定液液相分离，导致了高度相似的聚合物分子意外地分配成同心圆。这一现象增加了对聚合物化学和材料科学的基本理解。

【15】Fetal hepatocytes protect the HSPC genome via fetuin-A（胎儿肝细胞通过胎球蛋白A保护造血干/祖细胞基因组）：该研究揭示了一种机制，其中胎儿肝细胞在基因组保护机制上作为造血干/祖细胞的旁分泌角色。这为理解发育过程中细胞保护机制提供了新视角。

【16】Dietary fructose enhances tumour growth indirectly via interorgan lipid transfer（饮食果糖通过器官间脂质转移间接增强肿瘤生长）：研究表明，饮食果糖在黑色素瘤、乳腺癌和宫颈癌的动物模型中通过代谢物转移间接促进了肿瘤生长。这为理解饮食因素在癌症进展中的角色提供了重要见解。

该研究揭示了果糖补充对肿瘤生长的促进作用，尽管其并未引起体重增加或胰岛素抵抗。过去五十年中，果糖消费量大幅增加，尤其是由于高果糖玉米糖浆广泛作为甜味剂的使用。已有研究提出，果糖可能通过作为燃料直接促进某些肿瘤的生长，而本研究进一步验证了这一假设。

研究表明，果糖补充可以在黑色素瘤、乳腺癌和宫颈癌的动物模型中增强肿瘤生长，而这些肿瘤细胞本身并不能直接利用果糖，因为它们未表达酮己糖激酶-C（KHK-C）。然而，研究发现，原代肝细胞表达KHK-C，从而能够进行果糖分解，并分泌包括溶血磷脂酰胆碱（LPCs）在内的多种脂质。在共培养实验中，肝细胞分泌的LPCs被癌细胞吸收，并用于合成磷脂酰胆碱——细胞膜的主要磷脂。

在体内实验中，补充高果糖玉米糖浆使得血清中的多个LPC种类增加超过七倍。进一步的研究发现，LPCs的直接注射足以促进肿瘤生长。虽然药理学抑制KHK-C对癌细胞本身没有直接影响，但它能显著降低循环中LPC的水平，并有效阻止果糖引起的肿瘤生长。

该研究结果表明，果糖补充通过增加循环中的营养物质，如LPCs，进而通过细胞非自主机制促进肿瘤的生长。这一发现为研究果糖代谢与癌症之间的联系提供了新的视角，并提示了可能的治疗策略，即通过调节LPCs水平来抑制果糖介导的肿瘤生长。

【17】Understanding the neural code of stress to control anhedonia（理解压力的神经编码以控制快感缺失）：研究通过对在社会压力后的小鼠基底侧杏仁核和腹侧CA1的神经活动进行检查，揭示了压力恢复力和易感性的特征。这可以帮助开发新的治疗方法以应对心理健康问题。

该研究揭示了情感失调症（如抑郁症）中的一个核心特征——失去寻求、重视和学习奖励的动机（即“快感缺失”）的神经基础，并进一步探讨了这一情绪状态如何驱动行为变化。尽管快感缺失是重度抑郁症的重要表现之一，但其神经机制仍未完全明了。本研究通过利用小鼠在遭受社会性创伤压力后表现出的个体差异（部分小鼠变得社会性退缩和失去快感，另一些则保持韧性）来研究这一现象。

研究采用了高密度电生理技术，在基底外侧杏仁核（BLA）和腹侧CA1区（vCA1）记录神经活动模式，揭示了应激易感性与韧性的小鼠在神经活动上的差异。当小鼠积极寻求奖励时，韧性小鼠的BLA活动能够清晰地区分不同的奖励选择。相比之下，应激易感小鼠则展现出类似沉思的神经活动模式，其BLA神经元更多地编码了是否切换或保持在先前选择的奖励上的意图。通过操控vCA1到BLA的输入，可以在应激易感小鼠中恢复神经动态的正常功能，增强与韧性相关的神经活动，并有效逆转其快感缺失行为。

此外，研究还发现，当小鼠处于静息状态时，应激易感小鼠的BLA自发活动展现出更多的不同神经群体状态。这一自发活动模式使得研究人员能够比单纯的行为表现更准确地解码小鼠的群体身份，并推测其是否经历过创伤性压力。

该研究结果为理解个体对创伤性应激反应差异提供了新的神经动力学视角，表明通过调节vCA1-BLA通路输入，可以通过调控这些神经动态来增强个体的韧性。这一发现为未来的抑郁症等情感障碍的治疗提供了潜在的新方向。

以下是本期Nature封面内容：
https://www.nature.com/nature/volumes

第 636 卷第 8041 期，2024 年 12 月 5 日

在云端

大气中的颗粒物会影响云的形成和性质，因此需要将其纳入天气和气候模型。但是，粒子的范围、产生的方式和地点以及其影响的程度尚未得到很好的确定。本周发表的两篇论文将对流层上部颗粒形成的新机制加入其中。这两篇论文都关注异戊二烯，这是一种由植物产生的气体，是仅次于甲烷排放到大气中的最丰富的碳氢化合物。徐成和及其同事使用欧洲核子研究中心的实验云室研究了异戊二烯在对流层上部条件下的行为，发现这种气体与羟基自由基反应形成快速生长的新粒子。Joachim Curtius及其同事使用HALO研究飞机观察了亚马逊流域上空的对流层，在那里他们看到新的粒子形成是由异戊二烯硝酸盐驱动的。因此，这两篇论文都将异戊二烯确定为对流层上部新颗粒形成的潜在主要机制的来源，并扩展了需要纳入气候模型的颗粒的分布、类型和性质。

Nature期刊主编：

Magdalena Skipper（玛格达莱娜·斯基普尔）
自2018 年 5 月 2 日开始，遗传学家玛格达莱娜·斯基普尔成为这本拥有 150 多年历史的期刊的首位女性领导者。作为主编，玛格达莱娜领导《自然》杂志和研究编辑团队。她是一名遗传学家，拥有丰富的编辑和出版经验：自2001年起加入自然出版集团，曾任《自然遗传学评论》主编、《自然》杂志遗传学与基因组学高级编辑以及自然合作期刊执行编辑。在成为《自然》主编之前，她是《自然通讯》的主编。她在英国剑桥MRC分子生物学实验室研究性别决定，并在伦敦ICRF实验室（今CRUK）研究脊椎动物肠上皮的Notch信号传导。她对导师制、研究诚信以及开放和公平的研究实践充满热情。她是斯普林格·自然集团多样性、平等与包容的编辑倡导者。她担任牛津大学个性化医学中心咨询委员会成员以及国际同行评审与科学出版大会的顾问；她还是英国布拉瓦尼克青年科学家奖科学咨询委员会成员。她是国际科学理事会的研究员。玛格达莱娜目前在伦敦办公室工作。