透視兒童早期腸道菌群的形成以及早發(fā)型1型糖尿病兒童的腸道菌群

Nature封面：寶寶的安全毯。腸道菌群從嬰兒出生到兒童時期的形成過程被認為對1型糖尿病等疾病病理具有重要影響。然而，微生物組在這一階段的形成過程仍有許多未知之處。Nature雜志第7728期封面兩篇論文通過引用迄今為止最完整的嬰兒微生物組數據集，提出了關于這一過渡階段的新見解。青少年糖尿病環(huán)境決定因素（TEDDY）研究囊括了來自美國、瑞典、德國和芬蘭的6個研究中心的數據。第一篇論文由Joseph Petrosino及同事撰寫，第二篇論文由Curtis Huttenhower及同事撰寫。

大腦神經元的多樣性

Nature封面：揭示多樣性。Nature雜志第7729期封面文章報道了兩篇大腦神經元多樣性的研究論文。一篇論文揭示出了133種細胞類型，發(fā)現(xiàn)幾乎所有類型的抑制性神經元在這兩個腦區(qū)都有分布，而大部分興奮性神經元的分布是腦區(qū)特異性的。另一篇論文研究表明，在前述細胞類型中，有多種對應了錐體束神經元，這些細胞類型的差異不僅僅體現(xiàn)在基因表達上，不同的錐體束神經元細胞類型分別與獨特的一系列腦區(qū)相連，傳遞特殊的參與運動準備和啟動的信號。這兩項研究證明此類數據集能夠展示神經元功能的微妙細節(jié)。

自下而上生物學——如何從頭構建一個細胞

Nature封面：自下而上生物學。Nature雜志第7730期特刊報道了自下而上細胞生物學的潛力和潛在局限性。之前，科學家們?yōu)榱似平饧毎\作之謎，采用的標準方法通常是自上而下地剖析各種細胞成分在自然環(huán)境中的互作方式。如今，研究人員得以利用工程學原理和先進技術，自下而上地重建生物過程。此期特刊就探討了自下而上細胞生物學的潛力和潛在局限性。從產生膜和代謝通路，到設計出可供醫(yī)學應用的細胞樣體系，再到研發(fā)出能伸展變形的細胞層，研究人員正在拼湊復雜的細胞世界的全貌。

人類妊娠早期母胎界面的單細胞重構

Nature封面：妊娠的秘密。Nature雜志第7731期封面文章報道了妊娠早期發(fā)生的細胞變化為生育成功奠定了基礎。科學家Sarah Teichmann及其同事報告了母胎界面的單細胞圖譜。他們對妊娠早期胎盤中的約7萬個細胞及相匹配的母血細胞和子宮細胞進行了RNA測序，發(fā)現(xiàn)所涉細胞類型和支持胎兒生長的細胞間通信網絡極其復雜。細胞間通信網絡顯示，母體免疫系統(tǒng)在胎盤植入子宮壁及其發(fā)育階段中會產生適應變化，并起到支持作用。該圖譜有助于闡明子癇前期和死產等妊娠相關問題的起因。

（本頁期刊封面圖來自Nature官網）

混合和匹配材料

Science封面：椰子變成汽車。Science雜志第6414期封面文章報道了有關生物，混合和碳基復合材料的研究和應用。這張由椰子變成汽車的奇異照片，代表了在商業(yè)復合材料中使用越來越多自然材料，尤其是在汽車行業(yè)。椰子纖維和椰子殼粉可以與多種聚合物結合，制成汽車零部件，包括車門覆層、結構防護和內部部件。我們所接觸的世界是由被稱為復合材料的相互交織的材料主宰的。在所有優(yōu)秀的復合材料中，整體優(yōu)于各部分的總和。對復合材料的研究也是如此，因為超越傳統(tǒng)的材料來源可能會產生更好的復合材料。

氣候變化影響濱鳥巢捕食的全球模式

Science封面：不安全的巢。Science雜志第6415封面文章報道了北極巢捕食的快速增加令全球濱鳥的種群傷害風險增加。Vojtěch Kubelka及其同事組建了一個來自237個群體的超過3.8萬個具體濱鳥巢穴的全球數據庫，進而對氣候變化影響巢捕食模式進行了探索；他們發(fā)現(xiàn)，在過去的70年中，巢捕食的總體比率一直在上升之中。北極曾經是全球濱鳥繁殖的安全場所；近些年中，北極濱鳥的巢捕食率已經令熱帶濱鳥的巢捕食率大為遜色，逆轉了長期存在的歷史性的巢捕食率的緯度梯度。

優(yōu)化飲食

Science封面：飲食和健康。Science雜志第6416期特刊探討了我們所知道的以及我們需要學習的內容，關于健康的飲食定義。這種飲食既能維持強健的身體，又能預防與年齡有關的疾病。大量證據表明，飲食對人類健康和抵抗與衰老有關的疾病(如肥胖、心血管疾病和糖尿病)有重大影響。我們與消化系統(tǒng)中數以萬億計的細菌分享食物，有新興研究領域探索了飲食如何影響我們與腸道共生體之間的相互作用。還需要更多精心設計的研究來確定最適合人們的飲食，以及在不同的生命階段和不同的個體，飲食如何隨活動而變化。

破解寒武紀

Science封面：加拿大Kootenay國家公園的一位古生物學家使用一把巖石鋸來提取含有寒武紀化石的石板。Science雜志第6417期封面文章報道了Burgess頁巖新的考古發(fā)現(xiàn)。1909年，在這個山谷上方40公里處，古生物學家發(fā)現(xiàn)了Burgess頁巖，這是一個有5億年歷史的地層，記錄了動物的柔軟特征，如眼睛和內臟。今天，古生物學家已經證明，這種類型的保護延伸了數公里。通過新的化石和遺址，研究人員可能比以往任何時候都更接近于將這些奇怪的生物放置到生命樹中的適當位置，并了解產生它們的“爆炸”。

（本頁期刊封面圖來自Science官網）

世界首例生物節(jié)律紊亂體細胞克隆猴模型

中國科學院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心（神經科學研究所）、上海腦科學與類腦研究中心研究團隊將“BMAL1敲除獼猴表現(xiàn)出睡眠紊亂與精神相關異常”和“利用體細胞核移植技術克隆基因敲除猴模型”兩篇系列研究論文發(fā)表于《國家科學評論》。利用CRISPR/Cas9方法，敲除猴胚胎中的生物節(jié)律核心基因BMAL1，產生了一批BMAL1缺失的獼猴，所獲得的5只BMAL1敲除猴表現(xiàn)出上述癥狀的嚴重程度不一致，因此不能作為理想的動物模型。為此，采集了1只睡眠紊亂最明顯的BMAL1敲除獼猴的體細胞，通過體細胞克隆技術，獲得了5只BMAL1基因敲除的克隆猴，首次成功構建一批遺傳背景一致的生物節(jié)律紊亂獼猴模型。

5只BMAL1基因敲除的克隆猴（圖片來源于中國科學院）

我國頂級綜合英文期刊《國家科學評論》（圖片來源于中國科學院神經科學研究所）

抗NMDAR腦炎的一個易感基因

中山大學附屬第三醫(yī)院神經科邱偉教授神經免疫團隊與德國Borstel研究中心余新華教授免疫團隊合作，鑒定出了抗NMDAR腦炎的一個易感基因：HLA_DRB1*16:02，相關論文發(fā)表于Journal of Neurology Neurosurgery and Psychiatry（JNNP）。通過對NMDA患者及健康南方漢族人群進行HLA基因分型，發(fā)現(xiàn)HLA_DRB1*16:02等位基因和抗NMDAR腦炎相關。除了增加疾病易感性外，HLA_DRB1*16:02等位基因和該疾病針對治療反應相關，表現(xiàn)為攜帶該等位基因患者對治療反應較差。利用生物信息技術分析發(fā)現(xiàn)，NMDAR的NR1亞單位上的抗原表位能夠與HLA II類DRB1*16:02分子緊密結合，顯示它可能是導致疾病的T細胞抗原表位。

用人工智能協(xié)助糖尿病分型，為精準化治療糖尿病提供依據

北京大學人民醫(yī)院紀立農團隊利用數據驅動的方法確定了中國及美國初步診斷糖尿病人群的糖尿病5分型，為糖尿病的精準治療提供理論依據。相關論文發(fā)表于《柳葉刀》糖尿病與內分泌子刊。通過將初發(fā)糖尿病的中國人群2316例和美國人群815例分別列入研究，使用人工智能中的聚類方法，采用年齡、BMI、血糖水平、胰島素敏感性指數（HOMAIR）及胰島細胞功能指數（HOMAB）5個維度將該兩類人群分成了4個亞型。分析表明，4個亞型的主要臨床特征在中國及美國人群中基本一致，并與北歐人群的亞型特點相重合。研究證實了5分型糖尿病的理論在不同的人群及種族之間保持穩(wěn)定。

胰島素分泌受“雙開關”控制

首都醫(yī)科大學附屬北京同仁醫(yī)院內分泌科楊金奎教授團隊揭示體內胰島素分泌除了受胰島β細胞去極化鉀通道KATP的調節(jié)，也受胰島β細胞復極化鉀通道KCNH6的調節(jié)，提出胰島素分泌受“雙開關”控制的理論。研究論文發(fā)表于Cell Reports。研究揭示了胰島素分泌實際上是受“雙開關”控制，即同時受去極化鉀通道KATP和復極化鉀通道KCNH6的調節(jié)。新發(fā)現(xiàn)的胰島素分泌“開關”KCNH6基因突變，可導致從新生兒低血糖到成年糖尿病。正如60年前KATP鉀通道“開關”用于胰島素促分泌劑類口服降糖藥的開發(fā)一樣，未來胰島素分泌的另一個“開關”KCNH6鉀通道也將用于糖尿病的新藥研發(fā)。

嗎啡成癮治療的新通路靶點

浙江大學醫(yī)學院神經科學中心李曉明課題組發(fā)現(xiàn)腹側被蓋區(qū)到中縫背核存在兩條平行的抑制性通路，并發(fā)現(xiàn)了嗎啡成癮治療的新靶點，研究論文發(fā)表于《神經元》。大腦中的腹側被蓋區(qū)到中縫背核存在兩條平行的抑制性神經通路。一條是頭端腹側被蓋區(qū)到中縫背核的抑制性GABA能神經元，另一條是尾端腹側被蓋區(qū)到中縫背核的五羥色胺能神經元。前一條通路特異地參與嗎啡成癮，激活它可以顯著降低對嗎啡的耐受和成癮，但不影響嗎啡的鎮(zhèn)痛效果。新研究可更好地理解大腦中這兩個腦區(qū)的解剖結構和功能，為阿片類物質成癮的治療提供了新的靶點，為臨床上嗎啡鎮(zhèn)痛的長期應用提供了可能。

VTA與DRN之間微環(huán)路的模型示意圖（VTA, ventral tegmental area, 腹側被蓋區(qū)；DRN, dorsal Raphael neucleu, 中縫背核；r:rostrl, 頭端；c,caudal, 尾端）（圖片來源于浙江大學基礎醫(yī)學院）

丙型肝炎抗病毒新藥研究

北京大學人民醫(yī)院肝病研究所魏來教授牽頭的亞洲多中心慢性丙型肝炎抗病毒新藥臨床III期試驗，研究藥物是索磷布韋/維帕他韋片（sofosbuvir/velpatasvir），為丙型肝炎直接作用抗病毒藥物中NS5A蛋白抑制劑和NS5B聚合酶抑制劑的復合片劑，該藥物經過臨床試驗目前已經在我國獲得批準上市，為丙型肝炎患者的治愈提供了高效安全方便的口服藥物。研究論文發(fā)表于《柳葉刀—胃腸病與肝病》。丙型肝炎是一種主要經血液傳播的疾病，丙型肝炎病毒慢性感染可導致肝臟慢性炎癥壞死和纖維化，部分患者可發(fā)展為肝硬化甚至肝細胞癌，已成為嚴重的社會和公共衛(wèi)生問題。

神經外單胺轉運體作為脂肪細胞兒茶酚胺清除新機制

清華大學藥學院陳立功課題組開展3型有機陽離子轉運蛋白作為一種新型脂肪細胞兒茶酚胺類物質運載途徑并介導白色脂肪棕色化過程的研究，論文發(fā)表于PLOS Biology。該研究發(fā)現(xiàn)白色脂肪細胞可通過3型陽離子轉運蛋白轉運兒茶酚胺類物質，最終調控白色脂肪的棕色化。肥胖是導致糖尿病、脂肪肝以及心血管疾病的重要誘因之一，據報道全世界大約有10%的人口患有肥胖或與肥胖相關的代謝疾病。脂肪組織主要分為3類：白色脂肪組織（White adipose tissues, WAT)、棕色脂肪組織（Brown adipose tissues, BAT)、米色脂肪組織（Beige adipose tissues)，功能不盡相同。

青少年大腦結構異常與精神疾病風險顯著相關

復旦大學類腦智能科學與技術研究院馮建峰課題組對來自英美等6個國家20余所研究機構的超過1萬例影像遺傳學數據進行計算分析，通過全腦全基因組范圍的“廣泛搜索”，研究發(fā)現(xiàn)與青春期大腦殼核體積最為相關的基因位點同時也是精神分裂癥的風險位點。相關論文以“與精神分裂癥風險關聯(lián)的非同義突變位點與大腦殼核體積相關：一項全腦體素-全基因組關聯(lián)分析”為題發(fā)表于JAMA Psychiatry。精神疾病防治是當今世界各國面臨的共同難題。有報道稱在中國精神疾病已經超過心腦血管疾病和惡性腫瘤，成為醫(yī)療體系的最大負擔。研究難點主要在于大腦在不同年齡受不同遺傳信息影響。

極端濕潤氣候對森林生產力的補償效應

北京大學城市與環(huán)境學院劉鴻雁教授研究團隊綜合利用1929條樹輪序列、全球長時間序列遙感植被綠度觀測數據和6個全球氣候模式模擬結果，系統(tǒng)地研究了森林生產力對極端濕潤事件的響應。相關研究成果發(fā)表于Nature Communications。全球氣候變暖導致極端氣候事件頻發(fā)，對森林生態(tài)系統(tǒng)影響巨大。森林在經歷極端濕潤事件后，有持續(xù)1～5年的生長加速現(xiàn)象，總體上補償了極端干旱事件的影響，并且這一補償效應在干旱半干旱區(qū)森林中尤為明顯。研究揭示了干旱區(qū)森林對于極端濕潤和干旱事件的對稱響應規(guī)律，提升了人們對于森林響應極端氣候事件的認識，為改進陸面模型提供了理論基礎。

樹輪數據顯示極端濕潤氣候促進森林生長能夠補償極端干旱氣候導致的生長下降。采用不同參數表征的結果具有高度相似性，圖中a為SPEI，標準化降水—蒸散系數；c為P-PET，降水量—潛在蒸散量；e為土壤含水量。b，d，f將這種補償效應重新歸類為不同年平均降水量區(qū)間以及裸子植物和被子植物森林類型進行更詳細說明。（圖片來源于北京大學新聞網）

全球海洋變暖做出更準確計算

中國科學院大氣物理研究所成里京副研究員聯(lián)合美國圣-托馬斯大學J.Abraham、加州大學伯克利分校Z.Hausfather和美國大氣研究中心K.Trenberth回答了“全球海洋到底變暖了多少”的問題，發(fā)表于Science。耦合模式比較計劃5（CMIP5）模型集合平均可以模擬歷史海洋變暖：1970年—2010年間，CMIP5模擬的海洋上層2000米變暖速率為0.39Wm-2。預估在rcp8.5情景下（假設未來不施行任何氣候政策），2081年—2100年，整個上層2000米海洋將平均變暖0.78攝氏度（相對于1991年—2005年的平均狀態(tài)），這是過去60年海洋變暖總量的6倍。在rcp2.6情景下（假設未來將接近或達到《巴黎協(xié)定》目標），2081年—2100年海洋上層2000米將平均變暖0.4攝氏度。

我國臭氧污染加劇原因

南京信息工程大學與哈佛大學空氣質量和氣候聯(lián)合實驗室攜手研究發(fā)現(xiàn)，近幾年細顆粒物PM2.5濃度下降加劇了地表臭氧污染，研究論文發(fā)表于PNAS（美國科學院院刊）。臭氧作為一種主要的空氣污染物會危害人體健康和陸地生態(tài)系統(tǒng)。華北平原地區(qū)夏季臭氧增加的一個更重要因素是過去五年夏季PM2.5濃度降低了約40%，減少了氣溶膠對HO2自由基的非均相吸收，進而加劇了臭氧的生成。為此，文章指出，在當前嚴峻的大氣復合污染形勢下，需要更加有力的措施去控制氮氧化物和揮發(fā)性有機化合物的排放，才能有效地控制臭氧污染、抵消由于顆粒物減少造成的臭氧增加，進而實現(xiàn)灰霾治理和臭氧控制的雙贏。

中國淡咸水湖泊有色溶解性有機物的研究進展

中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所宋開山研究員、溫志丹副研究員、美國印第安納大學/普渡大學Pierre-Andre Jacinthe教授等合作，研究表明淡咸水湖泊CDOM的分布有顯著差異性，這對于今后分析內陸湖泊在碳循環(huán)過程中的作用具有重要意義。研究論文發(fā)表于Water Research。溶解性有機物（DOM）是水體中有機碳最大的儲存庫，是地球水圈中有機碳的主要載體和生物體的主要底物，貢獻于全球碳循環(huán)。DOM的組成結構和大小在一定程度上決定了碳循環(huán)和二氧化碳的排放，甚至可以影響全球氣候的變化。有色溶解性有機物（CDOM）是DOM中的重要組成部分并廣泛存在于各種天然水體中，是湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要影響物質。

氣候對生物多樣性緯度梯度格局的影響

中山大學生命科學學院儲誠進教授課題組基于全球35個大型固定森林樣地（CTFS-ForestGEO）的調查數據（樣地分布于25.10°S～61.30°N之間，面積從9公頃至60公頃不等），系統(tǒng)地研究了氣候和森林林分特征對樹木緯度多樣性梯度格局的影響。研究成果發(fā)表于Ecology Letters。生物多樣性緯度梯度格局的形成機制是宏觀生態(tài)學和生物地理學研究中最為基礎的科學問題之一。研究結果發(fā)現(xiàn)：氣候顯著直接地影響著樹木多樣性；氣候通過森林林分內樹木個體數間接影響著全球的樹木多樣性；氣候的直接影響強度要明顯大于間接影響強度。

樹木物種多樣性等隨緯度梯度的變化格局（圖片來源于中山大學黨委宣傳部）

放牧對榆樹疏林草原幼苗更新的影響

中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所荒漠化防治組助理研究員王永翠等，調查研究了3種不同放牧強度對科爾沁沙地榆樹疏林草原幼苗組成和功能的影響。研究論文發(fā)表于Land Degradation & Development。放牧是最重要的草地利用方式，是影響草地群落結構和功能的最主要人為干擾方式。放牧對草原生態(tài)系統(tǒng)的影響是多方面的，其影響形式和過程也是復雜多樣的。中度放牧條件下植物群落具有較高的幼苗密度，且多年生草本植被數量較多，群落更加穩(wěn)定；并且在中度放牧的條件下，牲畜不喜食幼苗和有毒幼苗的比例最低。該研究為更好地了解不同放牧強度如何影響榆樹疏林草原幼苗組成和功能提供了有價值的數據。

中更新世氣候轉型研究新進展

中國科學院地球環(huán)境研究所孫有斌研究員團隊與比利時和美國科學家合作，提出了“中更新世氣候轉型多樣性表現(xiàn)”的新概念，強調了冰蓋消長和溫室氣體濃度變化會改變地球氣候系統(tǒng)尤其是低緯水文循環(huán)對外部強迫的響應，為理解過去季風變化機理和預測未來氣候變化趨勢提供了新視角。研究論文發(fā)表于Nature Communications。該研究聚焦黃土高原西北部巨厚的黃土沉積，通過環(huán)境鉆探獲取了430米高質量巖心，結合古地磁、26Al/10Be定年和對比構建黃土發(fā)育的年代標尺。利用高分辨率黃土碳酸鹽碳同位素記錄，重建了過去1.7Ma以來季風降水影響的植被變化。

葫蘆洞石筍記錄的末次冰期大氣14C/12C變化

西安交通大學全球環(huán)境變化研究院程海教授等闡明葫蘆洞石筍記錄的末次冰期大氣14C/12C變化，研究論文發(fā)表于Science。研究利用中國南京葫蘆洞的兩支石筍首次將石筍Δ14C記錄拓展至過去5.4萬年，涵蓋了14C測年方法的整個年齡范圍。該記錄位于International Calibration(IntCal13)所采用的基本數據變化范圍的中間值附近，具有很高的可信度。對于老于30 kaBP的時段，新葫蘆洞Δ14C記錄與IntCal13有一定不同。此外，還進一步證實了Δ14C的千年尺度變化主要受地磁場控制，例如兩次著名的古地磁變弱事件（Mono Lake Excursion和Laschamp Event）均造成了Δ14C的異常高值。