11-12月Nature杂志不得不看的重磅级亮点研究

本文中，小编对11-12月份Nature杂志上发表的亮点研究进行整理，与大家一起学习！

图片来源：CC0 Public Domain

【1】Nature：一种新型筛查算法或能将COVID-19的检测成本降低20倍！

doi：10.1038/s41586-020-2885-5

近日，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自爱丁堡大学等机构的科学家们通过研究开发了一种新型的数学算法，其对大规模群体进行COVID-19筛查的成本要比单独进行检测便宜20倍左右。研究者表示，应用这种新算法或能一次性对多个样本进行检测，从而就减少了所需的检测总数，并能降低人群进行COVID-19筛查的成本。

研究者表示，这种新方法或能使早期发现疾病爆发变得更加容易，而且初步研究结果也表明，当大多数人COVID-19检测结果呈现阴性时，该方法在识别阳性病例上或许会更加有效；研究者表示，这种名为超立方算法（hypercube algorithm）的新方法目前正在非洲进行首次测试。研究人员从单个棉拭子中提取少量样本，随后混合进行测试，他们表示，即使在混合了99个阴性样本后，他们也能检测到其中掺入的单个阳性样本。

【2】Nature：好神奇！机体保护大脑免于感染或许少不了肠道组织的帮忙

doi：10.1038/s41586-020-2886-4

机体大脑能受到特殊保护免于病毒和细菌的入侵，但其背后的防御机制一直是一个谜，日前，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自剑桥大学等机构的科学家们通过研究发现，得益于机体肠道的帮助，大脑才能够被保护免于细菌等病原体的侵袭；大脑是人体最重要的器官，其控制者很多机体其它系统，并能够促进机体的推理、智力和情感表述；人类能够进化出多种保护性措施来防止对大脑产生物理性的损伤。

大脑位于头骨部位，且被称之为脑膜的三层防水组织所包裹，这项研究中，研究人员发现，脑膜组织或是分泌抗体的浆细胞的“住所”，其能被安置到在脑膜内运行的大血管附近，从而就能分泌抗体来保护大脑的周边组织，当研究者观察浆细胞所产生的特殊类型的抗体时，他们意外发现，这些抗体也是肠道中经常存在的抗体类型。浆细胞来源于免疫系统B细胞，正常情况下，血液中的抗体是免疫球蛋白G（IgG），其是在脾脏和骨髓中产生的，这些抗体能有效保护机体免受感染。然而，脑膜中所发现的抗体则是IgA，其通常是在肠道内壁组织、鼻腔或肺脏内壁中产生的，IgA能保护与外界环境接触的表面。

【3】Nature解读！首次阐明肠道菌群与人类机体免疫系统动态学变化之间的关联！

doi：10.1038/s41586-020-2971-8

近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“The gut microbiota is associated with immune cell dynamics in humans”的研究报告中，来自纪念斯隆凯特琳癌症中心等机构的科学家们通过研究揭示了机体微生物菌群与免疫系统之间的关联，研究人员首次发现，血液中不同类型免疫细胞浓度的改变或与肠道中不同菌群的存在直接相关。近些年来，机体微生物菌群引起了科学家们的重点关注，部分是因为其很容易进行研究，而且还与人类健康的多个方面直接相关。

这项研究中，研究人员首次发现，肠道菌群能够直接塑造人类机体免疫系统的组成，具体而言，血液中不同类型的免疫细胞的浓度的改变与肠道中不同菌群的存在直接相关，研究人员对十年来从来自2000多名患者机体中收集的数据进行了相关分析；研究者Joao Xavier说道，如今科学界已经接受了肠道菌群对人类免疫系统健康重要性的观点，但他们做出这一假设的数据来自于对动物的研究，研究人员能够追踪正在接受血液癌症治疗患者机体微生物菌群的改变情况。

【4】Nature：科学家成功绘制出肠道微生物组的空间复杂图谱 有望帮助改善人类健康研究

doi：10.1038/s41586-020-2983-4

人类机体肠道中有哪些微生物？这些微生物具体都在哪里？近日，一篇刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自康奈尔大学等机构的科学家们通过研究开发了一种成像工具来绘制出成百上千种不同微生物菌群所在位置及其身份的复杂空间图谱，比如组成肠道微生物组的微生物菌群等，这种新型工具未来或将帮助科学家们理解复杂微生物群落之间及与其所处环境之间的相互作用。

研究者Iwijn De Vlaminck表示，我们机体中生活着多种微生物群落，其在机体健康和生物学特性中国扮演着非常关键的作用，这些微生物拥有丰富的多样性，我们也能通过诸如DNA测序等技术了解到这一点，这些技术能帮助创建一个微生物群落中所存在的多种细菌物种的列表；然而目前研究人员仅拥有有限的工具来理解不同微生物之间的空间相互作用，而拥有强大的工具对于理解微生物菌群的代谢特性以及其与宿主之间的相互作用或许非常重要。

【5】Nature：重磅！科学家成功绘制出人类癌细胞系的转移图谱！

近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“A metastasis map of human cancer cell lines”的研究报告中，来自美国Broad研究所等机构的科学家们通过研究成功绘制出了人类癌细胞系的转移图谱，相关研究结果或有望帮助阐明癌症的转移机制并开发出有效预防癌症转移及癌症治疗的新型疗法。

癌症所引起的大部分死亡都能通过癌症转移来进行解释，然而而由于体内模型的复杂特性，大规模的癌症转移研究一直都不切实际。这项研究中，研究人员引入了一种体内条形码策略，其能够大规模地确定小鼠异种移植物中人类癌细胞系的转移潜能，文章中，研究人员证实了这种新方法的稳定性、可扩展性和可重复性，并将该方法应用于来自21种不同类型实体瘤的500个细胞系中。

图片来源：Mike Worful

【6】Nature解读！大脑神经元如何影响机体所做出的选择？

doi：10.1038/s41586-020-2880-x

日前，一篇刊登在国际杂志Nature上题为“Values encoded in orbitofrontal cortex are causally related to economic choices”的研究报告中，来自华盛顿大学医学院等机构的科学家们通过研究揭示了大脑神经元影响机体选择的分子机制。当我们面临并权衡选择时，比如吃冰激凌还是巧克力蛋糕当甜点时，我们大脑中的一组脑细胞就会“燃烧”起来，对动物的研究结果表明，每种选择都会激活大脑中一组不同的神经元，“出价”越诱人，相应的神经元就会越快地被激活。

这项研究中，研究人员通过研究揭示了这些神经元细胞编码机体选择的价值并决定最终选择的机制，在实验中，研究者让动物在不同口味的果汁中进行选择，通过改变神经元细胞的活性，研究者就能够改变猴子对每个选项的吸引力，从而导致其做出不同的选择。深入理解大脑中的选项是如何被重视并做出选择的，或能帮助研究人员理解决策机制是如何在多种疾病患者机体中出错的，比如成瘾症、饮食失调、抑郁症和精神分裂症等。

【7】Nature：为何很多在实验室中能发挥作用的药物却无法进入临床应用？

doi：10.1038/s41586-020-2888-2

近日，一项刊登在国际杂志Nature上题为“Combinatorial expression of GPCR isoforms affects signaling and drug responses”的研究报告中，来自圣犹大儿童研究医院等机构的科学家们通过研究解释了为何很多在实验室中能发挥作用的药物最终却无法进入临床应用？

研究者表示，G蛋白偶联受体（GPCRs，G protein-coupled receptors）是最大的膜蛋白受体家族，该蛋白家族能帮助控制组织和器官功能的发挥，目前有超过三分之一的药物都能够靶向作用这些受体。这项研究中，研究人员对GPCRs进行了深入研究，旨在阐明为何靶向作用这些受体的药物能在实验室中成功应用，而无法成功进入临床中进行使用；研究人员对700多名个体进行研究，分析了其机体中来自30种不同类型组织中的GPCRs的mRNA测序数据；研究结果表明，单个GPCRs或许拥有很多亚型，其在不同组织和不同实验室模型中都会发生改变，这或许会导致药物副作用的产生，而且这些差异还会导致在实验室生长细胞中能发挥作用的药物在随后的临床测试中失效。

【8】Nature：揭秘婴儿出生后的第一次呼吸如何在大脑中诱发挽救机体生命的变化的？

doi：10.1038/s41586-020-2991-4

生命中或许很少有像婴儿第一次呼吸一样珍贵且值得庆祝的重要时刻了，近日，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自弗吉尼亚大学等机构的科学家们通过研究阐明，机体呼吸系统的终生改变或许会精确地发生在其出生时的第一次呼吸时，相关研究或为阐明婴儿瘁死综合症（SIDS，sudden infant death syndrome）的发生机制提供新的见解。

文章中，研究人员在机体大脑脑干中发现了一种特殊的信号系统，其或会在出生时就立刻处于激活状态从而支持个体的早期呼吸，每位父母所珍视的婴儿第一次呼吸或许会触发这种特殊的支持性系统，研究者Douglas A. Bayliss说道，出生对于新生儿而言来讲是具有创伤性的，因为婴儿自身必须独立地控制机体多种重要的功能，包括呼吸等，我认为，在出生时这种支持系统的激活或能为婴儿所处的关键时刻提供一种额外的安全因素。

【9】Nature：重大进展！发现促进上皮-间质转化、转移和耐药的肿瘤驱动因子

doi：10.1038/s41586-020-03046-1

癌症转移是指肿瘤细胞向远处器官扩散，是癌症患者死亡的主要原因。癌细胞要发生转移，必须离开原发性肿瘤，进入血液循环，在远处器官定植，形成远处转移。有人提出，上皮-间质转化（epithelial to mesenchymal transition， EMT）是上皮细胞与它们的邻近细胞分离并获得间质细胞迁移特性的过程，对启动使得癌细胞离开原发性肿瘤的转移级联反应非常重要。然而，基因突变在促进EMT方面的作用尚不清楚。

FAT1是人类多种癌症中最常发生突变的驱动基因之一。该基因的功能丧失突变表明，FAT1具有抑癌作用，能够阻止癌症的产生。然而，尽管FAT1的突变频率很高，但是人们对它在癌症中的作用知之甚少。在一项新的研究中，由比利时布鲁塞尔自由大学干细胞与癌症实验室主任Cedric Blanpain教授领导的研究人员首次证实，FAT1的缺失会促进皮肤鳞状细胞癌（人类第二大常见癌症）、肺癌（最致命的癌症）和头颈部肿瘤中的EMT、浸润特征和转移。相关研究结果发表在Nature期刊上。

【10】Nature：首次构建出模拟组织再生和癌症的类组装体

doi：10.1038/s41586-020-3034-x

类器官（organoid）是由实验室培养的干细胞衍生出来的类似器官的组织，通常被称为微型器官。鉴于它们可以模拟人体器官的结构和功能，它们被认为是构建人工器官或开发新药的下一代技术。在一项新的研究中，来自韩国浦项科技大学、国立首尔大学医院和成均馆大学的研究人员提出了一种称为类组装体（assembloid）的微型器官的新概念，这种类组装体，超越了类器官，在结构和功能上重现了人体组织。相关研究结果发表在Nature期刊上。

这些研究人员通过将干细胞与组织基质（tissue stroma）中的各种细胞类型一起进行三维重组，开发出称为类组装体的精确模拟人体组织的多层微型器官。类组装体是一种新颖的创新技术，作为超越传统类器官的患者定制化人体器官，可以为开发治疗难治性疾病的下一代药物提供新的途径。类器官是指与人体器官相似的微型器官。然而，目前的类器官技术有一个基本的局限性，即它不能模拟器官的成熟结构，缺乏组织内的微环境。此外，缺乏人体组织内各种细胞之间的关键性相互作用。这些局限性一直被认为是精确模拟包括癌症在内的各种难治性疾病的主要问题。（生物谷Bioon.com）

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