Nature 一周论文导读 | 2025年1月9日

审校 小勺 小象 小冰

制版 阿金

（导读 领研网）鳄鱼头部鳞片完全由机械过程产生，但形成头部鳞片图案的精确机制一直很难确定。本研究通过将尼罗鳄胚胎实验与计算机模拟相结合，生成了一个三维机械发育模型，重现了鳄鱼头部鳞片的图案结构，发现这些鳞片会通过简单的机械过程自我组织。结果表明这个过程会使鳄鱼头部的鳞片形成不规则的几何图案，这与鳄鱼身体鳞片作为受遗传调控单元的发育方式截然不同。[相关报道：鳄鱼的皮肤是如何形成的]

（导读 领研网）小麦是我国第二大粮食作物，探索小麦栽培品种的基因组足迹有助于未来育种潜力。本研究在基因组水平全面展示了20世纪50年代以来中国小麦育种历史，从我国育成的3500多个国审小麦品种中筛选出具有代表性的17个品种，组装了染色体水平的高质量基因组，并精准鉴定出近25万个结构变异，发现跨着丝粒区域是小麦品种分化的核心区域，而且中国小麦品种的遗传多样性高于国外品种。结果为未来小麦设计育种提供新视角和策略。[论文详细信息]

（导读 才生）脊椎动物视网膜在早期视觉中的作用通常通过有效编码假说描述，即视网膜在保留刺激信息的同时通过摒弃时空相关性降低自然场景中的固有冗余。本研究表明自然刺激中物种特异的注视模式可驱动眉猴与小鼠视网膜中不同视网膜神经节细胞的相关放电反应，从而干扰冗余减少。模型分析表明反应相关性源于神经节细胞输入的非线性汇聚。结果阐明了自然注视转移的视网膜处理过程中细胞类型特异偏离有效编码。[论文详细信息]

（导读 领研网）胚胎发育中，三胚层的细胞大量增殖分化，产生各种不同功能的细胞，形成组织器官。本研究揭示了胚胎发育组织保护其干细胞基因组的机制，在胎儿肝脏（胎肝）发育早期，大量造血干祖细胞（HSPCs）由胎盘迁移至胎肝，随着胎肝发育进行，肝细胞数量增多，HSPCs的基因组稳定性增强。胎肝肝细胞与HSPCs体外共培养证实肝细胞可以分泌细胞因子保护HSPCs的基因组。该成果为进一步研究发育疾病的发病学和预防医学提供重要的理论和实验指导。[论文详细信息]

（导读 领研网）子痫前期占所有妊娠总数的3-5%，其发病机制通常由两个阶段胎盘功能障碍范例描述。本研究开发了一种有效的子痫前期治疗方法—使用优化的LNP技术将编码VEGF蛋白的mRNA直接递送至胎盘以增强血管功能，从而减轻小鼠模型中的子痫前期症状，且不会对胎儿产生任何不良影响。该方法为治疗子痫前期奠定了临床前的科学基础并提供了有潜力的临床医学价值。[论文详细信息]

（导读 阿金）尽管细菌菌株变化影响肠道微生物群功能，但能稳定定植在人类肠道内某一物种独特菌株的数量仍待确定。本研究通过成千上万已测序、具有成对元基因组的细菌分离株确定了常见肠道物种的菌株丰度（SR），SR因物种而异，可通过粪便微生物群移植传播，与土壤和湖泊环境相比，肠道中的丰度特别低。结果表明肠道生态系统的特性主导每一定植肠道的菌株数量，影响粪便微生物群移植中的菌株增加和替换。[论文详细信息]

（导读 领研网）血常规检查（CBC）是对健康成年人进行健康筛查的重要工具之一。本研究利用混合高斯模型对每个参与者的血常规数据进行设定点估计，并计算了相关指标在个体内的变异系数，发现一个典型的健康成年人的九个CBC设定点与98%其他健康成年人区分开来，而且这种设定点的差异至少可以维持20年，而且还与临床风险显著相关。该结果为更精确、个体化的医学检测和使用常见诊断测试的解释提供了重要机会。[论文详细信息]

（导读 领研网）胶质瘤治疗的重要挑战在于检测手术过程中的肿瘤浸润情况。本研究基于两阶段自监督学习提出一套用于快速、无标记检测手术过程中弥漫性胶质瘤浸润的开源医学基础模型：FastGlioma，作为手术辅助工具，该模型能够在组织活检的几秒内为医生提供实时、准确且临床可操作的诊断信息，从而改善肿瘤患者的手术护理，提高患者生活质量和总体生存率。[论文详细信息]

（导读 才生）质膜破裂通过效应子膜蛋白质ninjurin-1（NINJ1）介导。本研究描述了NINJ1抑制的分子机制，通过冷冻电镜，研究人员明确了小鼠失活状态中的NINJ1结合纳米抗体Nb538后的结构：失活的NINJ1形成面对面的同源二聚体，破坏该二聚体的稳定导致NINJ1介导的细胞死亡，而保持该二聚体的稳定则抑制NINJ1活性。该结果解释了二聚体NINJ1的自抑制特性以防止质膜破裂和细胞死亡。[论文详细信息]

（导读 领研网）过敏性疾病已成为重大的公共卫生问题，IgE的高亲和Fc受体（FcεRI）在过敏性疾病中发挥重要作用。本研究解释了IgE介导FcεRI激活的分子机制：在IgE结合之前FcεRI主要以-二聚体形式村子啊与人肥大细胞膜上，在结合之后，二聚体FcεRI解离成两个原蛋白，每个原蛋白与一个IgE分子结合。这一过程会引发大鼠嗜碱性细胞中Egr1/3和Ccl2的转录激活。[论文详细信息]

（导读 领研网）代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）是脂肪性肝病常见的炎症并发症，它增加了肝细胞癌（HCC）的风险，同时还引起一种称为衰老的非分裂肿瘤抑制细胞状态。本研究解决了衰老细胞状态与肝癌之间关联的矛盾：FBP1控制衰老状态的MASH肝细胞向肝癌的演变。该结果加深了对MASH进展到肝癌的理解。 [相关报道：中国学者一作兼通讯作者Nature论文——发现肝炎向肝癌进展的关键调控因子]

（导读 领研网）缺氧诱导因子（HIF）介导的代谢途径、整合应激反应以及炎症/先天免疫途径之间的相互作用，不仅决定了癌细胞的生与死，还决定了其死亡类型。本研究报告发现一种由PTP1B和RNF213介导的低氧诱导的细胞死亡机制，PTP1B通过与ABL1/2共同调控RNF213的酪氨酸磷酸化，激活其RZ结构域，进而影响NF-kB和NLRP3炎症小体的激活，最终引发细胞焦亡。该结果揭示了PTP1B-RNF213通路在肿瘤细胞死亡中的关键作用。[相关报道：低氧诱导癌细胞炎症性死亡的新机制]

（导读 严冰冰）印记神经元集群在学习事件中被激活，并负责回忆过程。星形胶质细胞与神经元距离紧密，可支持递质传递和环路可塑性。本文发现，学习事件可激活小鼠海马脑区的一部分星形胶质细胞表达c-fos，这些星形胶质细胞紧密附属于印记神经元，且对这些星形胶质细胞集群的重激活可诱发回忆。在分子水平，学习相关星形胶质细胞（LAA）集群表现出核因子I-A表达上调，而在LAA中进行选择性删除可抑制回忆。[相关报道：《自然》：打破传统认知！塑造记忆不是神经元“专利”，好记性还需要这种细胞]

（导读 领研网）生物学的一个核心问题是大分子机器协作发挥功能的机制。本研究重建了一个完整且活跃的转录-翻译系统，通过多色单分子荧光显微镜成像技术实时直接跟踪转录延伸、翻译延伸以及核糖体与RNA聚合酶（RNAP）之间的物理和功能偶联，提供了核糖体有效将RNAP从频繁的暂停中“拯救”出来的另一种解释。该结果阐明了核糖体和RNAP这两个大分子机器的合作机制以优化基因表达。[相关报道：实时追踪转录-翻译——打破距离限制，核糖体和RNA聚合酶可远程互作以优化基因表达]

（导读 领研网）自闭症谱系障碍（ASD）80%病例的起源仍待阐释，这种病因不明的病例称作特发性自闭症。本研究揭开了自闭症的关键分子机制：CPEB4蛋白一段微小修饰的缺失，即一段由24个核苷酸组成的神经元特异性微小外显子的插入量减少，导致对神经元发育至关重要的基因表达下降，最终引发自闭症。该结果为自闭症的靶向治疗提供新基础。[相关报道：自闭症发病之谜告破！一个微小变化有重大影响]

（导读 领研网）酶通过共价和非共价相互作用，能够以极高的选择性催化复杂反应，在化学合成中展现出独特优势。本研究通过Baeyer-Villiger单加氧酶光酶促烯烃氢胺化制备2,2-二取代吡咯烷，酶微环境对于实现小分子催化中无可比拟的新型C-N键形成机制至关重要。该结果为化学合成中尚未解决的挑战提供独特的机械解决方案。[论文详细信息]

（导读 阿金）高通量实验（HTE）加速了学界和业界化学研究以实现反应进展和药物研发，但HTE在电合成中的应用受限于合适的标准化反应装置。本研究报告使用标准纳米制造技术研发出一种微电子器件，可在微升尺度上实现无线电合成。这种稳健的廉价器件由可见光供能，可将任何96或者384孔板转变成电化学反应器。研究人员在氧化、还原和配对电解中验证了该装置，并进一步实现了生物活性化合物的库合成，并加速了两种电合成方法的发展。该结果有助于探索全新的反应机制和电化学合成策略。[论文详细信息]

（导读 领研网）重建病毒衣壳和铁蛋白等球形生物封装剂的结构和特性，有助于理解它们的手性组装体以及它们在生命系统中的功能作用。本研究通过144个弱C-H氢键结合，并组装成了更复杂的结构，所合成的超分子扭棱立方体含有2712个原子，其手性可以通过分层手性转移方案实现。该结果除了表现出可逆的光致变色行为外，还会在结晶状态下表现出光控弹性和光控硬度的特性。[相关报道：科学家用12个螺旋大环组装成超分子多面体，共含2712个原子]

（导读 领研网）表格数据普遍用于科学领域，从生物医学到粒子物理、经济学以及气候科学。本研究报告一种表格处理模型：TabPFN，该模型专为小型表格而生，在数据集样本量不超过10,000时性能达到新SOTA，此外在平均2.8秒内就能取得比之前所有方法更好的结果。目前TabPFN开箱即用，无需专门训练即可快速解读任何表格。[相关报道：表格处理神器登上Nature！开箱即用，平均2.8s解读任意表格]

（导读 领研网）锂金属电池因其理论比容量高和极低的电化学还原电位被认为是下一代高性能电池的核心技术。本研究基于理论计算验证了以t-Li₂ZrF₆晶体构建理想型固态电解质界面的可行性，并提出用电场驱动m-Li₂ZrF₆转化为t-Li₂ZrF₆来构筑固态电解质界面的策略。基于此的m-Li₂ZrF₆纳米添加剂能够使Li||LiFePO₄电池在普通商业碳酸酯电解液中，以2C的倍率稳定循环3000次，且拥有超过80%的容量保持率。该结果为锂金属负极界面保护提供了新的研究材料和思路。[论文详细信息]

（导读 菜菜）压电材料可直接转换电能和机械能，作为传导器件用于纳米定位以及超声成像领域。本研究报告当多晶压电陶瓷的厚度减少到大部分晶粒处于三轴-双轴交叉区域内时，畴切换分数会显著增加。如果压电陶瓷的正反两面对称响应电场，那么纵向应变可在0.2毫米由形态相界组成的圆盘中达到约1%。而压电陶瓷中的氧空位导致不对称切换，导致材料弯曲。结果为机电制动新应用开辟新道路。[论文详细信息]

（导读 领研网）量子霍尔效应发生在极低温度和强磁场下，显示出的横向电压以清晰、分离的跳跃式增加。在分数量子霍尔效应中，这些跳跃变得更加奇特，仅以分数量增加。本研究构建了一个由两层石墨烯组成的结构，中间隔着一层绝缘的六方氮化硼晶体，这种设置能够精确控制电荷的移动，并产生被称为激子的准粒子。通过将系统暴露在超强磁场中，最终观察到一种新型分数激子，能表现出既像玻色子又像费米子的独特行为，同时区别于任意子。[相关报道：观测到分数量子霍尔效应中的激子]

（导读 领研网）科学家通常认为，所有可观测的粒子要么是费米子，要么是玻色子。本研究从数学层面证明存在一种既非玻色子也非费米子的粒子：仲粒子。不同于任意子，仲粒子可存在于任意维度，并遵循独特的不相容规则以及具有独特的自由粒子热力学。结果表明这类新型粒子有助于开发更高效、稳定的量子计算技术。[相关报道：科学家证明长期被认为不可能存在的“仲粒子”可能存在]