Nature杂志2月不得不看的亮点研究
2017-02-23 MedSci MedSci原创
不知不觉，2月即将结束了，在即将过去的2月里Nature杂志又有哪些亮点研究值得阅读呢？小编对此进行了整理，与各位一起学习。封面图片：韩健/Dinghua Yan。【1】Nature：如何预测婴儿患自闭症的风险？http://www.medsci.cn/article/show_article.do?id=957489196ef2月15日，《Nature》期刊在线发表一篇文章，揭示借助大脑成像
不知不觉，2月即将结束了，在即将过去的2月里Nature杂志又有哪些亮点研究值得阅读呢？小编对此进行了整理，与各位一起学习。
封面图片：韩健/Dinghua Yan。
2月15日，《Nature》期刊在线发表一篇文章，揭示借助大脑成像技术预测婴儿患自闭症风险的最新成果，且准确率高达80%。值得注意的是，这些被成功预测的婴儿都有已被确诊患有自闭症的哥哥/姐姐，所以他们属于高危人群，患病概率达到20%，远远高于其他普通婴儿（1%）。
这一研究的意义在于它能够准确预测1岁以内婴儿的患病风险，这个年龄段的婴儿并未表现出自闭症典型症状。虽然距离临床应用还有很多的工作要做，但是它有助于改变自闭症诊断的传统范式，为早期干预的有效性判断提供方法和依据。
这一研究成果在线公布在2月6日的Nature杂志上，文章的通讯作者是著名的肿瘤学家Ronald A. DePinho，以及安德森癌症中心的Y. Alan Wang副教授，文章的第一作者为赵笛（Di Zhao，音译）博士。
在最新这项研究中，研究人员提出了一个新概念：synthetic essentiality（合成必需，生物通译），并利用这一概念在癌症中寻找基因删除的模式，从中发现了一种合成必需基因—— 染色质解旋酶DNA结合因子（CHD1）可以作为缺失抑癌基因PTEN的前列腺癌和乳腺癌的靶基因。PTEN早在十多年前就被发现，科学家们认为它在阻止许多癌症的发生发展中起着不可或缺的作用。因此，当PTEN缺失或发生突变时，恶性细胞可以不受约束地生长，由此导致癌症形成。
胰腺癌是一种恶性程度很高，诊断和治疗都很困难的消化道恶性肿瘤，其发病率和死亡率近年来明显上升。更糟糕的是，胰腺癌早期并没有明显的征兆，病程短且发展快。依据美国癌症协会的数据，80%的胰腺癌患者确诊后生存时间不超过1年。
想要挽救更多的胰腺癌患者，除了医疗手段改进之外，还需要从早期诊断入手。如何做到及早诊断呢？近期，来自于美国生物设计Virginia G. Piper 中心个性化诊断的研究员Tony Hu带领团队开发了一个巧妙的方法，能够实现胰腺癌早期诊断。他们的技术关键是“灵敏检测胞外囊泡（EVs）”。
胞外囊泡是指从细胞膜脱落或者由细胞分泌的囊泡状小体。Tony Hu教授团队检测的囊泡，是由肿瘤细胞分泌的。这类囊泡表面表达有一种特殊的蛋白质——EphA2，是胰腺癌的特殊标记物。他们设计出一种与EphA2蛋白结合的特定纳米探针，从而精准鉴定出血液等体液中存在的由胰腺癌细胞分泌的囊泡。相关研究成果在线发表在《Nature Biomedical Engineering》期刊。
近日，刊登在国际杂志Nature上的一项研究报告中，来自路德维格癌症研究所等机构的研究人员通过研究发现，编码癌症基因的循环DNA短片段或许在癌细胞中非常常见，而且这些片段在产生细胞多样性从而使得恶性癌症难以治疗上扮演着重要角色，相关研究或能够改变科学家们理解肿瘤进化的方式，从而最终开发出新方法来抑制并且治疗多种恶性肿瘤。
这项研究中，研究人员对17种不同类型的癌细胞进行分析来探索染色体外DNA（ecDNA）的特性，他们表示，在所有类型的肿瘤中，ecDNA在近乎一半的肿瘤中都会表现出关键的特点，而且其能够编码多个驱动癌症发生基因的拷贝产生；研究人员同时还发现，相比肿瘤细胞染色体中的相同基因而言，ecDNA在癌细胞的生长、多样性以及耐药性上扮演着重要的角色。
研究者Paul Mischel表示，我们发现了能够解释癌症多样性以及进化机制的基础信息，这对于我们重新考虑在癌症中基因发生错误的原因非常关键；这项研究中研究人员整合了多项不同技术来对ecDNA进行检测、定量以及分析，这些技术包括基因组学技术、生物信息学以及典型的细胞遗传学技术，结果发现，ecDNA存在于40%的肿瘤细胞系中，但却在正常细胞中很少存在，当对患者机体的脑瘤进行特殊分析后研究者发现，近乎90%的肿瘤都携带有ecDNA。
生命的开端就是一个谜题。在母亲的子宫里，30亿个碱基组成的DNA代码在40周，也就是10个月的时间里，神奇地产生了3D的身体。胚胎经过时间和空间上的精细协调的过程，慢慢形成眼睛、大脑、心、手指和脚趾。生物学家试图把胚胎发育的拼图拼接完整，但目前只完成了一小部分。
目前一些分子技术能大大加速这一拼图的形成过程。由于一系列技术改善了胚胎基因信息的读取和解读，所以科学家们得以发现了一系列与胚胎发育有关的基因，并可在胎儿出生前检测基因活力。利用这些技术，研究者们可以了解关键时刻基因的启动或关闭，并研究环境如何影响这些过程。
到目前为止，大部分的胚胎发育研究采用的样本都是常规侵入性试验，如羊膜穿刺术中获得的羊水或胎盘样品。但是科学家们现在更进一步，通过无创方式取样——从孕妇的手臂上取约一茶匙的血液。这样，研究人员可以监测胎儿的发育过程，并研发针对孕妇和胎儿多种疾病的无创测试。
医生们对这样的诊断方式非常感兴趣，因为有了它就可以对还在子宫中的胎儿进行治疗。英国伯明翰大学（University of Birmingham）的胚胎医学专家Mark Kilby表示，这是一个令人兴奋的时刻。
2月8日，Nature上发表的一项研究报道了另一个影响肿瘤异质性的因素——非染色体DNA，它们类似于环状DNA，在所分析的40％的肿瘤细胞系中被发现。这种染色体外DNA（ecDNA）表达驱动肿瘤生长和存活相关的致癌基因的多个拷贝，并且可能有助于肿瘤的异质性和进化。由Ludwig癌症研究所的Paul Mischel和加州圣地亚哥医学院的Vineet Bafna共同领导的跨学科小组探索了非染色体DNA（ecDNA）在肿瘤发展中的作用。
在计算机科学家Vineet Bafna的共同领导下，研究人员创建了一个模型来模拟ecDNA如何在子细胞中分离。由于ecDNA不含有附着到中期纺锤体所需的着丝粒，因此与染色体不同，在肿瘤细胞分裂时，ecDNA被随机分配到子细胞中。这导致一些肿瘤细胞中可能有许多ecDNA，而另一些可能没有。其数目的差异越大，肿瘤细胞的异质性也就越大。正是这种细胞多样性使得肿瘤对治疗产生更强的抗性。
“了解肿瘤细胞如何发展以及如何增加其驱动因子的拷贝数和变异性，可能为癌症基础生物学及寻找治疗靶点提供一些重要线索。”Mischel说。目前，他和他的团队正在努力揭示涉及ecDNA的产生和维持的分子机制，并探索ecDNA水平如何响应肿瘤内部环境的变化。
脂肪细胞并不会静静地在体脂中呆着，它们会发出激素和其他信号蛋白影响许多类型的组织。美国Joslin糖尿病中心的科学家鉴定出脂肪也会递送microRNA来调节其它器官。这篇文章2月15日在线发表在Nature上。
Joslin的研究小组通过研究脂肪代谢障碍的小鼠中增加表达的基因而跟进这个问题。他们发现这些基因的表达可以通过脂肪释放到外泌体中的microRNA调节。不能在脂肪细胞产生microRNA的基因修饰小鼠始终不能产生这种类型的microRNA。如果给机体补上外泌体中失踪的microRNA，它则开始调节基因。脂肪就是用这种方式给肝脏传递信号的。
Joslin首席学术官，通讯作者C. RonaldKahn大夫说：“这个机制提供了一个开发全新治疗方法的可能。” Kahn大夫解释了该研究表明的可能性：运用脂肪细胞开发基因疗法来治疗代谢性疾病、癌症和肝脏或其它器官别的状况。
Kahn大夫总结说：“我们在小鼠和人体中的研究工作显示，脂肪释放到循环系统外泌体的microRNA能够调节基因表达，至少在肝脏中是这样的，或者在其它组织中也有可能起作用。”他的小组现在正在分析这样的microRNA机制是否在其它组织（比如肌肉和脑细胞）中也起作用。
国际人类性状遗传研究协会（GIANT）招募了711,428名成年人，对他们的基因组信息进行了深入分析，找到了83个与身高有关联、罕见的遗传变异。值得注意的是，这些遗传变异中，有的对身高的影响程度能够达到2厘米（0.8英寸），是常见遗传变异对身高影响程度的10倍！
这一大规模研究由波士顿儿童医院、Broad研究所、伦敦玛丽女王大学等近280个研究团队共同完成，相关研究成果发表于《Nature》期刊。
在最新的研究中，波士顿儿童医院和Broad研究所的遗传学家Joel Hirschhorn 带领团队采用了另一种技术——外显子芯片（ExomeChip），以克服GWAS存在的缺陷。他们招募了711,428名成年人，利用外显子芯片技术筛查了他们基因组中近20万种已知却罕见的基因变异。
最终，研究团队找到了83个罕见的遗传变异，它们被证实会直接影响蛋白质表达，从而显著影响人类身高。这其中有51个遗传变异出现的频率相对较低，仅仅存在于5%的人类基因组中；另外32种遗传变异更为罕见，出现的概率仅为0.5%。值得注意的是，有24个基因变异对身高的影响超过1厘米。
近日，一项在秀丽隐杆线虫中进行的研究发现，神经元具有一种新的垃圾清除机制：神经元可排出一种名为exopher的巨大的膜泡（直径4微米），这些膜泡里填充着聚集蛋白和损伤的细胞器（包括线粒体）。论文的通讯作者之一是爱因斯坦医学院神经科学系的教授David H. Hall博士，这一研究发表于2月8日的Nature上。
研究人员认为，exopher是一个十分保守机制，它构成神经元蛋白质稳态和线粒体质量控制系统中的基本分支，但在此之前这一机制都未被了解。exopher功能失调或随年龄减少可能是导致神经退行性疾病和大脑衰老的罪魁祸首之一。
在一项新的研究中，来自挪威、匈牙利和美国的研究人员发现癌细胞通过窃取周围细胞的能量进行生长。
不同类型的癌症以不同的方式产生，但是它们都是开始于不受控制的细胞分裂。
为了产生新的细胞，现存的细胞必需复制它的遗传物质（DNA），然后发生分裂。当细胞的遗传物质受到损伤或者说发生突变时，癌症就有可能产生。这些突变会导致这些细胞不受控制地发生分裂。癌细胞逐渐地在它们开始生长的器官内堆积，最终形成肿瘤。
在这项新的研究中，来自挪威奥斯陆大学医学院癌症生物医学中心的研究人员发现癌细胞的生长方式。利用果蝇作为研究对象，他们发现癌细胞从它们的周围细胞中获取营养物，进行生长。这些发现可能对如何治疗癌症产生影响。相关研究结果发表在2017年1月19日那期Nature期刊上，论文标题为“Microenvironmental autophagy promotes tumour growth”。
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