Nature一周论文导读｜2024年9月19日

审校 小勺 小象 小冰

制版 阿金

（导读 领研网）更年期是女性的重要生理性转变阶段，伴随卵巢衰老而来的绝经是更年期的标志性现象。本研究分析了来自英国生物银行（UK Biobank）超过 10 万名更年期后女性的基因测序数据，找到了数个在更年期中发挥重大作用的基因，有9种基因的变异频率不高，但是却能显著改变更年期的时间，其中的7种基因都参与着 DNA 损伤反应（DDR）过程。新发现的基因大多与 DDR 有关，因此它们的变异也预示着与癌症风险提升有关。该结果不仅提升了对卵巢衰老、更年期的认知，也可以帮助我们更好理解生殖衰老与其他疾病的生物学联系，为特定人群提供癌症预防策略。[相关报道：意外，更年期不只是影响生殖健康！《自然》：过早过晚都可能提升癌症风险]

（导读 严冰冰）埃及伊蚊（Aedes aegypti）是传播登革热、黄热病、寨卡病毒的主要媒介。在中远距离范围内，雌性埃及伊蚊可感知人类呼吸中的二氧化碳、皮肤散发的有机物气味和视觉信息等。本文发现，在中程距离的空间导航中，埃及伊蚊可识别人体的红外辐射，依赖于其触须尖端神经元中表达的热激活通道 TRPA1。两种视蛋白与 TRPA1 共表达，有助于探测低强度的红外辐射。辐射能量引起触须末端的局部发热，从而激活热感神经元中的温度敏感受体。[相关报道：改写认知，原来蚊子是这样盯上你的！《自然》首次发现蚊子可以红外识人]

（导读 严冰冰）本文使用精准功能图谱定位和深度取样个体的多个样本，发现大部分抑郁症患者的大脑皮层中额叶纹状体突显网络扩张将近两倍。这种效应在多个样本中可重复，主要由网络边界转移导致，在不同个体中存在三种不同模式。突显网络扩展在时程上是稳定的，不受情绪状态影响，且在抑郁症发病前的儿童时期就可被检测到。持续 1.5 年、扫描最多 62 次的长时程分析发现额叶纹状体环路存在连接改变，可对应特异症状的波动并预测将来的快感缺失症状。[相关报道：前纹状体显著网络的拓扑变化——抑郁症早期标志与症状预测的新突破]

（导读 严冰冰）本文采用数据驱动的方法，重建大脑中细胞环境的动态变化，识别阿尔兹海默症（AD）特异的动态轨迹。基于来自 437 个老年个体的 165 万单核 RNA 测序数据，作者构建衰老前额叶皮层的全细胞图谱，识别出 AD 相关的胶质细胞和神经元亚群。因果模型分析指向 2 个脂质相关的小胶质细胞亚群，其中一群驱动β淀粉样蛋白病变、另一群介导β淀粉样蛋白对 tau 蛋白病变的作用，以及 1 个星形胶质细胞亚群，介导 tau 对认知衰退的作用。此外设计 BEYOND 方法，识别出两种不同的大脑衰老轨迹。[相关报道：正常老化还是日渐痴呆？《自然》研究揭示大脑“命运”如何受细胞状态决定]

（导读 领研网）胍是化学性质稳定的氮化合物，出现在人类尿液中，可广泛用于塑料制作，也是生物化学领域内的蛋白质变性剂。本研究表明全程氨氧化菌 N.inopinata 以及可能大部分其他氨氧化菌微生物能够给在胍上生长，以其为唯一的能量来源、还原剂和氮源。孵化实验表明胍是环境中硝化作用的底物。结果明确了胍作为氨氧化菌的生长底物是全球重要硝化菌的基质，为其分离提供途径。[论文详细信息]

（导读 领研网）在心力衰竭的情况下，人体的心肌细胞受到牵拉，会释放心房利钠肽（ANP）、脑利钠肽（BNP），作用于利钠肽受体（NPR1）后触发血管舒张来进行自我保护。本研究为确认 NPR1 作为心力衰竭治疗靶点的合理性，对 6 个队列和 5 个不同种族群体的 718,386 人进行了遗传学分析，确立了 NPR1 作为治疗靶点的可行性，长期激活 NPR1 对心力衰竭患者有益。由此开发出一种靶向利钠肽受体（NPR1）的新型激动剂单克隆抗体 REGN5381，能够有效降低静脉压力，并持久改善心力衰竭患者和动物模型的血液动力学状态。[论文详细信息]

（导读 领研网）蛋白质的多样性在生物学过程中发挥着至关重要的作用，而现有的技术在完整蛋白质的测序方面面临着诸多挑战。本研究开发了一种基于纳米孔的长链蛋白质单分子读取方法，通过结合 ClpX 解折酶的作用，使蛋白质以可控的方式通过 CsgG 纳米孔，实现了对长达数百个氨基酸的完整蛋白质链进行测序。该技术能够识别单个氨基酸的突变以及蛋白质链上的翻译后修饰。为提高测序准确性，研究人员还展示了多次重读同一蛋白分子的能力，并探讨了蛋白条形码测序的潜力。[相关报道：蛋白质测序技术突破：PASTOR 单分子水平精准解读蛋白质突变和修饰]

（导读 阿金）早期扩增与长期维持预测了嵌合抗原受体 T 细胞（CARTs）的效果，但主导效应子对抗记忆性 CART 分化以及不对称细胞分裂诱导细胞命运的机制仍待阐释。本研究表明靶点诱导的邻近标记方法可以分离出首个分裂的近端与远端子代 CD8 CARTs，这些细胞不对称分布在表面蛋白质组和转录组上，导致细胞命运差异。该结果明确了不对称的细胞分化有助于理解 CART 分化机制，为改进治疗效果提供新思路。[相关报道：非对称分裂驱动CD8⁺ CAR T的命运选择]

（导读 领研网）细胞衰老与生理和病理过程有关，包括发育、伤口愈合、器官功能随年龄增长的衰退以及癌症。本研究通过体外和体内模型，揭示了 RAS 基因剂量递增对肿瘤发展的影响，发现 NRAS(G12V) 表 达水平与肝细胞 OIS 表型和肿瘤免疫清除有关，证明不同 NRAS(G12V) 水平导致不同肿瘤类型，与人类肝细胞癌（HCC）亚类相关，重新定义了由致癌剂量驱动的 OIS 谱系，调和了早期肿瘤发生中的衰老和肿瘤发生表型。[相关报道：解码 RAS 剂量效应——改变肿瘤衰老状态和影响肿瘤发生]

（导读 领研网）在早期胚胎发育过程中，DNA 复制时常出错、导致染色体分离异常，并且这种异常出现的频率明显高于体细胞。本研究发现在最初的 1 细胞、2 细胞期，DNA 复制过程与既有的认知截然不同；而作为过渡阶段的 4 细胞期，则是一段容易出现染色体复制错误的不稳定时期，这正是大量异常出现的根源。该结果在早期胚胎发育阶段发现了全新的 DNA 复制机制、揭示了过渡期染色体分离异常频繁发生的现象与原因。[相关报道：前所未见的 DNA 复制过程！《自然》：染色体关键错误的源头找到了]

（导读 领研网）包膜病毒中的糖蛋白驱动膜融合，并决定宿主范围、组织嗜性和致病性。本研究结合系统发育分析和蛋白质结构预测，揭示了整个黄病毒科的糖蛋白，发现大多数物种，包括高度分化的荆门病毒和大基因组黄病毒（Flaviviridae），具有与正黄病毒 E 糖蛋白同源的 II 类融合系统。研究人员将糖蛋白分布映射到系统发育树上，揭示了其复杂的演化历史，标志着细菌基因的捕获和潜在的属间重组。该结果细化了对病毒融合机制的了解。[论文详细信息]

（导读 领研网）丙肝病毒（HCV）包膜蛋白 E1 和 E2 在病毒颗粒包膜表面形成异源二聚体。本研究报告了 HCV 表面糖蛋白 E1/E2 的高阶复合物冷冻电镜结构。体外纯化的 HCV E1/E2 形成了二聚体组装形式，而非其他包膜病毒常见的三聚体结构。该结果颠覆了先前的认知，对设计有效的 HCV 疫苗具有重要的指导意义。[论文详细信息]

（导读 领研网）病毒的快速演化可生成对传染性和复制非常关键的蛋白质，但具体功能仍待阐释。本研究预测了来自 4463 感染真核生物的病毒的 67,715 种蛋白质三维结构，并且生成了预测结构数据库。接下来依次根据序列和结构对这些蛋白质进行了两步聚类，形成了 5770 个多成员聚类和 12,422 个单成员聚类。结果发现 62% 的病毒蛋白仅存在于单一的病毒家族中，在剩余的 38% 病毒蛋白中，很多拥有与非病毒蛋白类似的结构，这种匹配程度揭示了人类病原体与其真核宿主之间的相似性。该结果呈现了设计广泛有效的抗病毒疗法的新方法。[相关报道：诺奖得主最新《自然》：揭开病毒蛋白的神秘面纱！病毒突破免疫防线的新机制找到了]

（导读 阿金）大约 40% 的哺乳动物蛋白质组经历过 N 端甲硫氨酸切除和乙酰化，这两个过程分别通过甲硫氨酰氨肽酶（MetAP）和 N-乙酰转移酶 A（NatA）介导。本研究展开生物化学、结构与在体分析，展示了新生多肽相关复合物（NAC）协调这些酶的动作，在早期翻译和预定位过程中，NAC 将 MetAP1 与 NatA 和多酶复合物组装起来，随后进一步释放 NatA 调节性蛋白质亨廷顿酵母双杂交蛋白 K（HYPK），产生抑制性相互作用，激活核糖体上的 NatA。结果为理解真核细胞中蛋白质的共翻译加工过程提供机制模型。[论文详细信息]

（导读 领研网）超大质量黑洞会发射强大的辐射和粒子喷流，当它们持续数百万年时，会通过向宇宙中发射电子、原子核和磁场来影响星系际介质中的物质流动。本研究分析了自国际低频阵列（LOFAR）望远镜的射电像，以研究百万秒差距尺度的黑洞能量流，藉此识别出了巨大的喷流，并命名为“波尔费里翁”（Porphyrion）。这对喷流的总长度至少有 6.43 百万秒差距，而且有可能在宇宙中延伸得更远。结果表明 Porphyrion 的存在证明超大质量黑洞的喷流能在极遥远的宇宙距离上不毁于流体不稳定性。[相关报道：长约 2300 万光年！科学家发现宇宙中已知最长的黑洞喷流]

（导读 领研网）许多新兴技术都需要具有类似钢的超高强度和类似聚合物的超高柔韧性的外来金属合金。本研究报告 Ti–50.8 at.% Ni 应变玻璃合金具有极高的屈服强度 σ_y ≈ 1.8 GPa，类聚合物的超低弹性模量 E ≈ 10.5 GPa，类橡胶的超大弹性应变约为 8%。与现有结构材料相比，它具有较高的柔韧性指数 σ_y/E ≈ 0.17。此外，它可以在 -80℃ ~ +80℃ 的宽温度范围内保持这些性能，并在高应变下表现出优异的抗疲劳性能。这种具有大规模生产潜力的奇异合金可能为许多未来技术开辟新的领域。[相关报道：西安交通大学，Nature！]

（导读 阿金）导电电子与磁性材料的耦合产生量子输运现象，对于磁性斯格明子来说，其拓扑旋转涌现出磁场，让导电电子表现出拓扑霍尔效应（THE）。本研究报告了 Gd₂PdSi₃ 内斯格明子晶格（SkL）运动产生的电动力学，随着电流激发的增强，研究人员观察到 SkL 运动的动态变化过程：从蠕变到流动状态，到最后 THE 被完全抑制，由此提出完全消除 THE 所需的伽利略相对论在流动状态下可以恢复。最终观测到的 THE 电压大到足以实现 SkL 速度-电流特征的实时测量。[论文详细信息]

（导读 领研网）本研究利用位于瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC），通过其 ATLAS 探测器，分析了大约一百万对顶夸克与反顶夸克，这些基本粒子在质子碰撞后短暂存在，并随后迅速衰变为其他更稳定的粒子。通过精细的实验测量与理论预测的比较，研究团队证实了顶夸克与反夸克之间确实存在量子纠缠，其纠缠程度显著超过了判定标准。该结果不仅是对量子纠缠理论在高能环境下的一次重要验证，也为未来在更高能量条件下探索量子信息学提供了新思路和新工具。[相关报道：物理学家首次观测到夸克间的量子纠缠]

（导读 阿金）通过电子方法探索操纵磁性材料有序参数的新策略，不仅有助于加深对磁性基本属性的理解，也有可解锁潜在的应用。本研究表明，在 Pt/Al/Fe/GaAs(001) 多层材料中，在 Pt 中施加平面内电流，当 Fe 薄膜足够薄时，可转变基于微波频率的共振铁磁场。研究人员发现随着 Fe 薄膜的厚度增加，磁晶各向异性 ΔH_A 随之降低，这与类阻尼扭矩相关。此外 ΔH_A 不仅取决于电流极性，还取决于磁化方向。该结果表明，鉴于 Pt 是典型的自旋电流源，自旋电流是主导部分，通过自旋电流控制磁性为更先进的自旋电子器件提供新思路。[论文详细信息]

（导读 领研网）忆阻器能够限制或调节电路中电流的流动，并且可以记忆之前通过的电荷量。忆阻器在许多实际应用中具有重要意义。本研究报告了一种线性对称自选择式 14 bit 的动力学分子忆阻器，在核心的矩阵运算上能实现远超电子器件效率的 14 bit 模拟计算；并且其实现了超过 73 dB 的信噪比。该结果展示了基于分子技术的巨大潜力，通过将其集成到 CMOS 电路中，可以大幅超越最先进的加速器的性能。[相关报道：昂贵 LLM 的救星？Nature 新研究提出新型忆阻器，比 Haswell CPU 高效 460 倍]

（导读 领研网）分子间的距离在很大程度上确定了有机物质的光电特性。本研究报告了一种前所未有的分子聚集相，它形成于具有接近平衡距离的二维混合钙钛矿超晶格中，称为单分子状聚集体（SMA）。通过实现二维超晶格，有机发射极保持接近，它们仍然保持电子隔离，产生接近 1 的光致发光量子产率。此外，钙钛矿超晶格内的发射极表现出与聚集体相似的强排列和密集堆积，可以观察到稳健的定向发射、显著增强的辐射复合和高效的激光发射。这种二维超晶格统一了单分子和聚集体的矛盾特性，从而为先进的光谱和光子应用提供了可能性。[相关报道：发完 Science 又发 Nature，将二维钙钛矿做到极致！]