2020年终巨献：那些打破教科书挑战常规的突破性研究成果！

我们都知道，目前很多教科书中的理论知识或日常生活中的传统观点仅限于科学家们当前所获得的研究成果，然而随着时间推进，科学研究在不断在发展的同时，一些新的研究成果也会层出不穷，很多教科书中的观点也会被覆盖更新，很多传统认知也会被替换。那么2020年都有哪些打破教科书或挑战传统认知的突破性研究成果呢，本文中，小编就对2020年的相关研究进行了筛选整理，分享给大家！

图片来源：The Conversation

【1】Nutrients：推翻常规认知！并非所有加工肉类都会致癌！科学家探究亚硝酸盐与机体患癌风险！

doi：10.3390/nu11112673

近日，一项刊登在国际杂志Nutrients上的研究报告中，来自贝尔法斯特女王大学通过研究在发现用亚硝酸盐处理的加工肉类和未用亚硝酸盐处理的加工肉之间存在明显差异后，对WHO将加工肉类分为致癌物质的建议提出了一定质疑。研究者Brian Green等人分析了现有的文章，这些文章阐明了加工肉类和肠癌、结肠癌之间的关联，研究者发现，并不是所有的加工肉类都存在相同的致癌风险，他们首先对分析加工肉类摄入与癌症风险的研究进行了分析，大约一半的研究都证明加工肉类与结直肠癌患病风险有关，这就解释了近年来媒体上出现的相互矛盾的说法。

当研究人员分析仅测试摄入含有亚硝酸钠的加工肉与结直肠癌发病的风险时，他们发现，与结直肠癌发病相关的证据从50%增加到了65%。研究者William Crowe解释道，当我们单独分析含有亚硝酸盐的加工肉类时（首次在全面研究中进行的），所观察到的结果就会更加明显和清晰；而且几乎三分之二的研究都发现此类加工肉类的摄入都与患癌风险有关。

【2】PNAS：打破传统认知！脂质或在帕金森疾病疾病发生过程中扮演关键角色！

doi：10.1073/pnas.2003021117

近日，一项刊登在国际杂志Proceedings of the National Academy of Sciences上的研究报告中，来自麦克林医院等机构的科学家们通过研究发现，一类关键脑细胞的脂质改变或在炎症和帕金森疾病发生过程中扮演着关键角色，相关研究结果有望帮助开发治疗帕金森疾病的新型疗法。

研究者Oeystein R. Brekk指出，这项研究中我们揭示了帕金森疾病中不同类型脑细胞之间脂质的协同使用、储存和运输的重要性，同时我们还阐明了平衡细胞脂质，尤其是中性脂质的分子机制，目前科学家们在理解神经变性疾病中脂质所扮演的关键角色方面还存在很多不足。然而目前研究人员非常清楚，诸如细胞中脂质的使用以及其变化对其它器官所产生的影响，比如很多人都知道，脂质在心血管疾病发病风险增加上扮演的关键作用，与心血管疾病模型一样，研究者基于对帕金森疾病和脂质诱导的帕金森疾病动物模型进行研究也揭示了大脑中脂质依赖性的病理性过程，这就意味着研究者能清楚观察到脂质功能的异常及机体神经性炎症水平的增加。

【3】Mol Cell Biol：推翻此前认知！维生素D或会以一种新方式调节肠道中钙的吸收！

doi：10.1128/MCB.00372-20

近日，一项刊登在国际杂志Molecular and Cellular Biology上的研究报告中，来自美国罗格斯大学等机构的科学家们通过研究发现，维生素D可以调节肠道中一部分的钙含量，而这一部分此前研究人员认为其或许并不会发挥关键角色。相关研究结果有望帮助解释肠道疾病干扰钙质调节的分子机制，比如溃疡性结肠炎和克罗恩病等。

在健康人群中，机体能够吸收钙质来帮助维持骨骼健康并发挥多种重要的功能，比如帮助肌肉收缩以及神经细胞在大脑和机体其它部位之间传输信息等。维生素D对于肠道钙吸收和肠道功能的维持至关重要。这项研究中，研究人员强调了肠道（包括结肠）远端（distal segments）在维生素D对钙调节和骨骼钙化中的重要性，此前研究人员认为，这种调节作用仅会发生在近侧小肠区域，即小肠紧靠胃部上方的第一部分。

【4】Cell：颠覆传统认知！细胞应激颗粒中的mRNA确实可以表达蛋白

doi：10.1016/j.cell.2020.11.010

就像人一样，细胞也会遭受应激。突然的氧气下降、过热或毒素都会引发一连串的分子变化，导致细胞停止生长，产生应激保护因子，并形成应激颗粒（stress granule）---蛋白和RNA分子挤在一起而形成的无膜细胞器。虽然应激颗粒的功能在很大程度上仍然是未知的，但人们认为它们只含有不被翻译成蛋白的RNA。如今，一项新的研究颠覆了这一长期以来的观点，表明应激颗粒内的信使RNA（mRNA）确实可以制造蛋白。相关研究结果发表在Cell期刊上。

mRNA是单链RNA分子，在真核生物的细胞核中由DNA转录而来，然后被运送到细胞质中，在那里它们被翻译成蛋白。在细胞应激反应过程中，许多mRNA簇集在应激颗粒内---这一观察使科学家们认为，当细胞受到威胁时，这些mRNA就停止了翻译。为了弄清楚这些由应激引起的细胞器内的mRNA会发生什么，论文通讯作者Jeffrey Chao博士、论文第一作者博士后研究员Daniel Mateju及其同事们开始观察单个RNA分子与经历应激的活细胞内的应激颗粒之间的相互作用。为此，他们用荧光标签标记了应激颗粒和单个mRNA分子。多亏了一种名为SunTag的创新抗体标记工具，他们还可以在蛋白产生时以单分子的精度进行可视化观察。

【5】Nature：挑战传统认知！神经元的特征选择性来自于激活的突触总数

doi：10.1038/s41586-020-03044-3

来自马克斯-普朗克佛罗里达神经科学研究所的研究人员首次报告了一种能够让他们实现这些测量的新方法的结果。他们的研究挑战了Hebbian模型的预测结果，证实突触大小与反应相似性无关，并表明神经反应特性反映了活跃突触（弱的突触和强的突触）的总数。相关研究结果发表在Nature期刊上。

文章中，研究人员受到启发，在视觉皮层中探索了这个问题。在视觉皮层中，单个神经元对视觉场景中不同特征的反应表现出高度的选择性，比如边缘的方向或移动物体的方向。这种称为特征选择性（feature selectivity）的现象是通过成千上万个传递不同信号的突触的整合而产生的，但具体是如何发生的尚不清楚。Scholl解释说，“我们的目的是测试这样一个假设，即强突触的反应与神经元的特征选择性密切匹配，而弱突触则没有。”为了测试这一假设，这些研究人员利用光学显微镜技术实时可视化观察单个神经元上突触群体的活动。但是，这种技术本身有一个严重的局限性---只能观察到突触的活动，而不能观察到它们的强度。

图片来源：Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.08.016

【6】Cell：挑战常规！新研究揭示细菌鞭毛旋转马达的定子单元其实也是一个小型的旋转马达

doi：10.1016/j.cell.2020.08.016

在我们的周围和身体里有数十亿个细菌，其中大多数是无害的，甚至是有益的。但是，诸如大肠杆菌和沙门氏菌之类的有些细菌会引起感染。迁移的能力可以帮助细菌寻找营养物，或者在身体的某些部位定植，并造成感染。在一项新的研究中，来自丹麦哥本哈根大学的研究人员如今从根本上深入了解这种细菌运动的动力，解决了这个领域长达一年的谜团。相关研究结果发表在Cell期刊上。

研究者表示，很多细菌可以移动，或者说迁移，这是因为它们有长长的称为鞭毛的丝线，它们可以用这些鞭毛来推动自己前进。它们是通过旋转这些鞭毛来实现的。旋转的动力来自于细菌鞭毛的旋转马达（rotary motor），而旋转马达的动力又来自于一种称为定子单元（stator unit）的蛋白复合物。这在我们的领域内都是众所周知的。我们如今展示的是这种定子单元如何为旋转马达提供动力，这到目前为止还是一个谜。”

【7】Nature：挑战常规！肠道免疫系统存在赢家克隆，所产生的抗体可靶向作用于特定肠道细菌

doi：10.1038/s41586-020-2865-9

肠道是一个异常嘈杂的地方，在那里，数百种细菌与碰巧搭上你午餐便车的任何微生物一起生活。长期以来，科学家们一直猜测，肠道的免疫系统在面对如此多的外来刺激时，会采取一种不同寻常的粗暴方式来控制肠道微生物群体数量，保护自己不受外来入侵者的侵害：它大量产生非特异性抗体，从而毫无偏见地整理肠道的整个微生物群体。但是，如今，在一项新的研究中，来自美国洛克菲勒大学的研究人员发现肠道的局部免疫系统可以相当精确地产生抗体，而且所产生的抗体似乎靶向特定的微生物群。相关研究结果发表在Nature期刊上。

人们认为肠道免疫系统的作用有点像一种通用的抗生素，控制着每一种细菌和病原体。但我们的新发现告诉我们，这种靶向性可能有更多的特异性。这项新的研究表明，我们的免疫系统可能在塑造我们的肠道微生物组的组成方面发挥着积极作用，这种微生物组与健康和疾病密切相关；更好地理解这一过程，有朝一日可能会对肠道微生物组失去平衡的疾病产生重大影响。

【8】Science：颠覆常规！细胞利用脂滴抵御病毒和细菌感染机制

doi：10.1126/science.aay8085

在一项新的研究中，来自西班牙多家研究机构的研究人员描述了一种新的免疫防御机制。这种机制是由能够吸引和清除入侵病原体的细胞器---脂滴（lipid droplet）---协调的。相关研究结果发表在Science期刊上。脂滴是我们的细胞积累营养物的细胞器，这些营养物以脂肪的形式为细胞的功能发挥提供必要的能量。比如，脂滴为心脏的跳动、肝脏的代谢功能或肌肉的运动提供能量。论文共同通讯作者Albert Pol教授说，“脂滴就像我们细胞的储藏室，我们把以后要用的食物积累 在这里。这发生在所有真核细胞中，从酵母或昆虫到植物或哺乳动物。”

当病毒或细菌感染宿主细胞时，它们需要大量的营养物来增殖，并让它们达到脂滴。在这项新的研究中，这些研究人员发现，为了应对感染，脂滴将抗生素和抗病毒蛋白组装在一起而形成复合物，在这些复合物中，抗生素和抗病毒蛋白协同作用，对抗病原体并消灭它。 这是一种会在身体所有细胞中发挥作用的机制，而不仅仅是巨噬细胞等免疫系统细胞所特有的。在昆虫身上也观察到了这种防御策略，这说明了它在我们先天免疫进化过程中的重要性。

【9】Sci Rep：挑战常规认知！棕色脂肪组织或会在出生后在机体中继续生长繁殖！

doi：10.1038/s41598-020-77362-x

棕色脂肪（brown fat）是一种特殊类型的脂肪组织，当机体处于寒冷状态时其能被激活帮助维持体温。重要的是，棕色脂肪还是特殊的生物燃料，其能被机体能用来增加代谢率、降低脂肪储存，从而降低个体患肥胖症的风险，有趣的是，此前研究人员认为每个人生来机体中仅有有限数量的棕色脂肪细胞。

近日，一篇刊登在国际杂志Scientific Reports上的研究报告中，来自共生医学研究所等机构的科学家们通过研究发现，机体的棕色脂肪或许能继续生长和分裂，即使在出生后也是如此。这一研究发现或许具有重大的意义，这样科学家们就能尝试增加机体中棕色脂肪细胞的总体数量来预防或降低肥胖的发生。

【10】打破教科书！PNAS报道地球上第一个不需要氧气的多细胞生物

doi：10.1073/pnas.1909907117

每个人都知道，地球上所有的生命形式都呼吸氧气，并将其转化为能量，以维持身体机能，使我们免于死亡。然而，最近一项发表在PNAS上的研究发现了一种不需要呼吸氧气的动物，这和地球上的其他生物完全不一样。这种新的寄生虫是由特拉维夫大学(Tel Aviv University)发现，组成它的细胞还不到10个，是由研究人员在鲑鱼的肌肉中发现。这种动物被称为Henneguya Salminicola，是水母和珊瑚的近亲。据悉，这种寄生虫已经进化成为一种不再呼吸氧气但可以产生能量的生物。

研究人员表示，此前有氧呼吸被认为存在于所有的动物中。然而，现在我们的研究已经证实，并不是所有的动物都是这样。她提到，这一发现证明了进化可以朝着奇怪的方向发展。Dorothee Huchon说有氧呼吸是能量的主要来源，然而他们发现这种动物竟然放弃了这个过程。

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【11】JEM：打破教科书！科学家发现同时表达αβ和γδ TCR的T细胞

doi：10.1084/jem.20190834

都柏林圣三一学院的科学家们在免疫系统中发现了一种罕见的新细胞，它具有"双重人格"。这些细胞在感染免疫中起着关键的保护作用，但如果不加以调节，它们也会介导自身免疫性疾病中的组织损伤。这些发现将有助于我们设计更有效的疫苗来预防MRSA等感染，也可能有助于我们开发治疗自身免疫性疾病的新疗法，如多发性硬化症或类风湿关节炎。相关研究结果发表在Journal of Experimental Medicine杂志上。

免疫系统的功能是控制感染，利用各种免疫细胞，如T细胞，来应对和控制入侵的微生物。但是，如果这些免疫细胞不被高度调控，就会攻击和损伤机体组织，导致自身免疫性疾病的发生。被称为T细胞受体(TCRs)的分子使T细胞能够以高度特异性识别感染性因子的组成部分。TCRs使T细胞能够对感染因子作出反应并最终消除感染因子。

【12】打破教科书！Nature子刊发现全新的T细胞反应谱，有望揭秘免疫疾病！

doi：10.1038/s41467-020-15543-y

免疫T细胞具有一系列的反应性，这一发现可能有助于我们了解免疫系统对感染和癌症的反应，以及免疫疾病中出现的问题。英国威康信托桑格研究所、Open Targets、Biogen、葛兰素史克公司(GSK)及其合作者的研究人员发现，T细胞受到的"训练"越多，对免疫信号的反应就会越不同，而不是简单地从幼稚转向成熟。这将有助于指导寻找治疗免疫疾病(如哮喘和类风湿关节炎)的药物靶点的研究。

近日，发表在Nature Communications杂志上的研究还显示，即使是训练有素的记忆T细胞也没有之前认为的那么严格，它们能够对新的免疫信号做出反应。这对免疫研究有一定的启示，比如可以帮助理解身体是如何对感染做出反应的。T细胞是对抗感染和疾病的关键白细胞，它就像警察一样指挥着免疫系统的反应。婴儿出生时，缺乏经验的T细胞会随着与细菌或病毒的接触而改变，从而产生特定的记忆T细胞，这些T细胞能够"记住"对抗这些感染。这些记忆T细胞可以在下一次遇到同样的威胁时更快地做出反应，告诉免疫系统迅速清除感染。这就是疫苗通过传递一种安全形式的入侵病毒或细菌来预防疾病的原理--过建立特定的记忆T细胞来训练我们的免疫系统。

【13】改写教科书！Science：T细胞的蛋白质“炸弹”引爆感染和癌症——T细胞杀伤细菌和癌细胞的新机制

doi：10.1126/science.aay9207

我们免疫系统的杀手T细胞得名于此。它们会破坏被感染的细胞和癌细胞，现在，研究揭示了它们杀伤癌细胞和细菌的机制和细节。细胞用充满致命化学物质的蛋白质"炸弹"轰击目标。明尼苏达大学医学院的免疫学家David Masopust说，这项研究"很明显是在完善我们的知识方面的重要一步"，揭示了这些免疫哨兵如何清除危险的细胞。

杀手T细胞最重要的武器之一是穿孔素，它是一种刺穿靶细胞外膜的蛋白质。T细胞释放的一种叫做颗粒酶的酶也会大量涌入，导致细胞自杀。杀伤T细胞是仅仅喷射出颗粒酶和穿孔蛋白，还是依靠特殊的结构将致命分子运送到目标细胞，目前还不清楚。为了找到答案，牛津大学的研究人员追踪了正在攻击的杀伤T细胞释放分子。他们的研究结果近日发表在Science杂志上，表明这些细胞将分子打包成容器，这个小组称之为超分子攻击粒子，或称SMAPs。通过分析这些炸弹的有效载荷，科学家们发现SMAPs不仅含有穿孔蛋白和颗粒酶，而且还含有280多种其他的蛋白质。

为了更深入地研究SMAPs的结构，研究人员转向了一种称为直接随机光学重建显微镜的超分辨率成像技术，这种技术可以精确定位单个分子。细胞释放出一些包裹在脂质中的小颗粒，但SMAPs有一层蛋白质外壳，并在其核心中含有颗粒酶和穿孔素。研究人员得出结论，杀伤T细胞不是仅仅释放穿孔蛋白和颗粒酶，而是形成一个复杂的容器来传递它们。

【14】Nature打破教科书：大量血源性蛋白进入年轻健康的大脑！

doi：10.1038/s41586-020-2453-z

血液携带的蛋白质进入年轻、健康老鼠的大脑比进入老龄老鼠的大脑的数量要多，这一发现将改变我们对血脑屏障的理解，以及血脑屏障是如何随着年龄变化的。大脑血管的特性限制了它们对血源离子、分子和细胞的渗透性。血脑屏障(blood-brain barrier，BBB)对正常的神经功能和保护大脑免受伤害至关重要，但它也是药物传递的主要障碍。有人提出，随着年龄的增长，BBB变得更容易渗透，但是，Yang等人在《自然》杂志上发现了一些完全不同的东西。他们表明，血脑屏障使血源性蛋白质进入健康大脑的速度比之前认为的要快得多，而且进入大脑的血浆蛋白总量实际上随着年龄的增长而减少。这项工作可以帮助研究人员了解大脑是如何对系统蛋白质信号作出反应的，以及血脑屏障在与年龄相关的认知能力下降中的作用。这也可能会改进药物进入大脑的方法。

血脑屏障有时被认为是一个静态的、不可逾越的屏障。实际上，它具有许多动态特性--物理、运输、免疫等特征--这些特性紧密地控制着血液和大脑之间分子的运动，从而控制着大脑的分子环境。一个关键的问题是，到底什么物质可以通过BBB？Yang等人通过研究血浆中发现的蛋白质如何进入大脑来解决这一问题。先前的研究追踪了注射的外源性蛋白质(那些不是有机体固有的)的运动，而Yang和同事标记了内源性小鼠血浆蛋白并将它们注射回小鼠体内。通过这种方式，他们可以追踪正常情况下与小鼠血脑屏障相互作用的蛋白质的运动。他们发现，在健康的年轻成年小鼠中，进入大脑的血浆蛋白比之前认为的要多得多，因此有可能与神经回路相互作用。这一发现表明，包括情绪和行为在内的多种神经功能可以被系统蛋白信号调节。

【15】Science：改写教科书！揭示Rho让RNA聚合酶失活终止转录新机制

doi：10.1126/science.abd1673

基因表达分为转录阶段和翻译阶段。科学家们之前一直并不知道在细胞中，DNA转录一旦开始，是如何被正确关闭的。在转录过程中，一种称为RNA聚合酶的酶将自身包裹在DNA的双螺旋周围，使用一条DNA链与核苷酸匹配以形成遗传物质的副本---一条新合成的RNA链，该RNA链的合成在转录完成后会释放出来。所产生的RNA可以产生蛋白，而蛋白对于所有生命都是必不可少的，并可以在细胞内完成大部分工作。就像任何连贯的信息一样，RNA转录需要在正确的位置启动和停止才有意义。50年前发现了一种叫做Rho的细菌蛋白，它具有停止或终止转录的能力。在每本教科书中，Rho都用作模型终止子，利用它的强大动力，与RNA结合并将它从RNA聚合酶中拉出。但是，在一项新的研究中，来自德国柏林自由大学等研究机构的研究人员仔细观察后发现，Rho无法使用教科书中描述的机制找到需要释放的RNA，相关研究结果发表在Science期刊上。

研究者表示，我们开始研究Rho，并意识到它不可能以人们告诉我们的方式起作用。这项研究确定Rho不是在转录即将结束时附着在特定的RNA片段上并帮助它从DNA上解脱出来，而是在转录持续期间在RNA聚合酶上“搭便车”。Rho与其他蛋白协同作用，诱导RNA聚合酶发生一系列结构改变而最终进入无活性状态，从而让RNA得以释放。（生物谷Bioon.com）

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