《自然》子刊精彩选读

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生物通综合：

《自然》子刊：细胞信号调控重大突破

通常，研究人员都是用药物、化学试剂来控制细胞信号途径的。但是现在，研究人员能够用磁场来控制细胞信号途径。

来自美国波士顿儿童医院的研究人员开发出一种新的纳米生物技术，该技术能够利用磁场在细胞水平上控制信号途径。这项研究的结果发表在1月的《自然·纳米技术》杂志上。

波士顿儿童医院的Don Ingber博士和Robert Mannix博士与哈佛大学的Mara Prentiss博士合作设计出了一种能够使直径30纳米的微珠与细胞表面的受体分子相结合。

当处于磁场中时，这些珠子就变成了磁铁并通过磁力相互吸引。这种吸引力拽着细胞的受体形成一大簇——这种情况就类似药物或其他分子与之结合时的发生的情况一样。进而，这种“簇化”活化了这种受体，从而启动影响不同细胞功能的生物化学信号级联。

这种技术将可能导致开发出能够控制药物释放或生理过程（如心率和肌肉收缩）的非侵入性方法。更重要的是，这代表了首次利用磁学原理来控制特定的细胞信号途径系统，通常情况下，这些信号途径是通过激素或其他天然分子来控制的。

研究人员表示，这种技术使我们能够通过磁力而不是化合物或激素来控制活细胞的行为。该研究为将来使用人－机界面控制药物传递开辟了新的方法。

在利用肥大细胞进行的实验中，Ingber等人证实这种磁珠在结合细胞受体并置于磁场时能够刺激钙粒子流入细胞内。

这种30纳米的珠子十最佳的晶体结构，使其成为超级磁铁，能够反复磁化和去磁性。

这种珠子能够通过预先链接其上的抗原与肥大细胞受体结合。这些抗原能与抗原结合——这个过程类似于免疫系统中的抗体与抗原结合过程。

研究人员也发现，电刺激也曾用来影响神经细胞的活动，但是它在原本不带电的细胞中不起作用。“纳米磁”控制系统的优势在于，它能够用于各种类型的细胞，还可以即时控制，而不像激素和化学药品那样需要数分钟乃至数小时才起作用，而且会残留在体内。此外，磁体非常轻便，只需要很低的电力，因此可适用于军队和其它需要移动的场合。

Ingber预想，可以制造一种起搏器，先将纳米颗粒注射进入心脏，然后再通过磁场来控制。“你可以让磁力透过皮肤来使这些细胞起反应，而不必进行外科移植手术或装入金属线。”

Ingber进一步表示，你也可以在你身体不同部位的肌肉中注入起搏器，也可以注入一个产生激素或胰岛素的起搏器。如果你是糖尿病患者，你可以让皮肤之下的细胞产生胰岛素，然后注入结合这些细胞的纳米颗粒，接着当你用餐之后，需要更多的胰岛素时，你就可以用磁体来促使细胞产生更多的胰岛素。这样你就无需购买药品和注射它们。

Ingber说，这个纳米磁系统也可以和外界的设备和电脑?进控制行连接，这些设备和电脑能够读取身体或周围环境的信息，并且在需要的时候激活磁体。例如糖尿病患者，可以使用透皮贴剂的葡萄糖检测计，这个检测计同时也产生胰岛素。在新生儿加护病房，可以检测生病的新生儿的心跳和呼吸速率，以及她们的细胞磁场对刺激作出的反应。这个过程无需电线和探头。或者在战场中，当感受到环境的毒素或其它可传染的物质时，磁体可以触发产生解毒剂。

但上述例子仅仅是理论上的。Ingber说，因为我们开创了一种全新的领域，所以还很难说清楚具体的应用。

特殊侵染机制

来自中国农业大学植物生理学与生物化学国家重点实验室（State Key Laboratory of Plant Physiology and Biochemistry），北京生命科学研究所NIBS，中科院遗传研究所，堪萨斯州立大学的研究人员报道了丁香假单胞菌（Pseudomonas syringae）效应蛋白AvrPto帮助细菌侵染植物的分子机理，并发现Pto-AvrPto和FLS2-AvrPto作用方式类似，表明Pto在进化上很可能模拟了受体激酶，作为一个假靶标吸引AvrPto，从而让植物获得抗病性。这一研究成果公布在《Current Biology》杂志上。

领导这一研究的是北京生命科学研究所的周俭民博士，第一作者为向婷婷（博士研究生），宗娜（博士后），和邹燕（北京生命科学研究所博士毕业）。其他参与此项工作的还有：吴勇，张杰（北京生命科学研究所博士毕业），邢维满（北京生命科学研究所博士毕业），李燕，堪撒斯州立大学的唐晓艳教授，中科院遗传发育所的朱立煌研究员和NIBS的柴继杰研究员。这项研究获得了科技部863和北京市科委的资助。

植物依赖包括FLS2和EFR在内的受体激酶感应细菌的入侵并激活免疫反应。这一研究工作发现，AvrPto进入植物细胞内后直接作用于FLS2和EFR等受体激酶，阻断信号传导，使植物丧失感受细菌的能力。而在某些抗病番茄中，AvrPto能被胞内蛋白激酶Pto识别，并激活另一条更为强烈的免疫反应通路。该文工作发现Pto-AvrPto和FLS2-AvrPto作用方式类似，表明Pto在进化上很可能模拟了受体激酶，作为一个假靶标吸引AvrPto，从而让植物获得抗病性。

《自然》子刊发表关键禽流感病毒致病原理

来自麻省理工学院生物工程系，美国疾病预防与控制中心（Centers for Disease Control and Prevention，生物通注）等处的研究人员发现了关键的禽流感病毒致病原理：感染禽类的病毒和感染人类的病毒之间存在着的关键性差异，这将有助于科学家们研发能够对抗致命的禽流感及其他流行性感冒的疫苗。这一研究成果公布在《Nature Biotechnology》在线版上。
领导这一研究的是MI TUnderwood Prescott生物工程与健康科学及科技教授Ram Sasisekharan。

Sasisekharan表示，“现在我们知道了需要寻找什么，这将不仅用于指导禽流感病毒研究，也可以用于其它季节性流感的治疗与预防。”

在过去100年间，给人类带来巨大灾难的病毒有三种，分别是：导致西班牙流感的H1N1型，导致亚洲流感（1957年）的H2N2型，以及导致香港流感（1968年）的H3N2型。H5N1型是堪与它们相提并论的强毒型病毒，需要予以警惕。

之前的研究表明，禽流感病毒是否能感染人类，取决于它的血凝素（病毒表面的一种蛋白质）是否能够与呼吸道多糖受体结合。人类呼吸系统细胞中有alpha2－6类的多糖受体；禽类呼吸系统细胞中则是alpha2－3类多糖受体。细胞中糖分子的连接方式是受体分类的基础。科学家认为，让病毒与alpha2－6受体而非alpha2－3受体结合的基因开关决定了禽流感病毒感染人类的能力。

在这一研究中，研究人员证明了这一点：流感病毒与细胞中alpha2－6多糖受体的特定形状（或者说拓扑结构）的结合能力才是决定它是否能够感染人类的关键。人类呼吸细胞中的Alpha2－6多糖受体有两种形状，分别为伞形和圆锥形。流感病毒如果要感染人类，必须与伞形的alpha2－6受体结合。也就是说，细胞中糖分子的形状（而非连接的类型）是这些致命病毒能否感染人类的关键因素。据此，研究小组重新定义了流感的宿主受体以及H5N1病毒如何能够跳跃到人类身上的标准。

Sasisekharan认为，这项研究成果可以帮助科学家开发更好的手段，追踪禽流感适应人类的进化过程。目前，他们知道了要寻找那些已经进化出能与伞形alpha2－6受体结合的病毒。这些知识可能帮助他们开发新的疫苗，专门用于应对可能暴发的大规模流感。同样，这些发现还将有助于制订更有效的应对季节性流感的措施。

免疫蛋白质重要新发现

自身免疫性疾病（autoimmune diseases）是指机体对自身抗原发生免疫反应而导致自身组织损害所引起的疾病。美国阿拉巴马州大学的研究人员鉴定出一种导致自身免疫疾病的化学信史的一种新功能。这种信史时一种天然产生的免疫蛋白质——IL-17（白介素17,生物通注）。这项研究的结果刊登在新一期的《自然·免疫学》杂志上。

 

阿拉巴马州大学的研究人员确定出IL-17在自身免疫和炎症应答过程中的一种之前未知的功能。接下来，研究人员将会瞄准IL-17的有害作用并希望保持它在免疫系统中的有益作用。

 

在这项新研究中，阿拉巴马州大学的研究人员抑制IL-17蛋白信史信号到达小鼠的免疫系统。这种干扰明显能减少小鼠脾脏中能导致自身免疫疾病的白血球——B细胞的数量。

 

实验显示，B细胞群的数量在IL-17蛋白信号被抑制时，其数量下降了17％到2％。这种下降显示出IL-17在调节B细胞形成更多致病抗体过程中起到一种关键作用。

 

研究人员表示，由于此前IL-17北认为能够增加细胞运动，因此这项新发现让研究人员非常惊讶。

 

免疫系统优多种类型的B细胞构成，免疫系统被调节成在感应和抵抗感染时不会攻击正常、健康的组织。但是在自身免疫疾病重，这个调节过程变得不再平衡。

 

研究人员表示，了解更多有关IL-17调节有害的B细胞迁移的能力将有助于研究人员找到更好的预防和治疗自身免疫疾病的药物靶标。

 

白介素是由多种细胞产生并作用于多种细胞的一类细胞因子。由于最初是由白细胞产生又在白细胞间发挥作用，所以由此得名，现仍一直沿用。

 

此前，美国Weill康奈尔医学院的一个研究组鉴定出两个基因对产生一种免疫系统细胞激素IL-10（白介素－10，生物通注）至关重要。研究的结果发表在12月的《Immunity》杂志上。这项研究的首席研究人员是华人科学家马小京教授。参与这项研究的还有Weill康奈尔的刘建国（Jianguo Liu，音译）博士、Elain Y. Chung。这一发现填补了与从红斑狼疮和I型糖尿病倒癌症和艾滋病的一系列疾病相关的一个生物化学途径的一个重要的“迷失链条”。

 

IL-10是一种重要的抗炎性细胞因子,近年发现在树突状细胞的免疫调控中具有重要作用。IL-10可抑制树突状细胞的成熟及产生IL-12,有助于树突状细胞诱导Th2反应。内源性或外源性IL-10在树突状细胞诱导无能/调节T细胞中具有重要作用。

 

马教授解释说，IL-10的产生必须保持一种非常精细的平衡才能有利于健康。IL-10水平太高会使身体更易受病毒和癌症等的攻击，并且容易导致自身免疫疾病的发生。但是，如果这种技术的量太少则会导致炎症病原物逃走。因此，对IL-10调节系统的了解会让我们进一步了解这些疾病并更好地治疗这些疾病。（详细内容见：马小京教授：两个基因填补免疫途径重要链条）

自从Donath 与Landsteiner提出“自身免疫性疾病”概念以来，许多疾病相继被列为自身免疫性疾病。主要的自身免疫病有红斑狼疮、皮肌炎、硬皮病、类风湿性关节炎、干燥综合征、白塞病、混合性结缔组织病等。尽管这类疾病的病因不明，目前还无特效的治疗药物，但若及时地发现及诊断疾病，可有效的控制疾病的发展，达到临床缓解的目的。

正常情况下，免疫系统对“自己”成分产生耐受，以达到“自稳”。当某种原因使自身免疫耐受性削弱或破坏时，免疫系统就会对自身成分产生免疫应答，这种现象称为自身免疫（autoimmunity）。

微弱的自身免疫并不引起机体的病理性损伤，在许多正常人血清中可发现多处微量的自身抗体或致敏淋巴细胞。这种自身免疫现象随着年龄递增而愈加明显，在70％以上的正常老年人血清中可查出自身抗体。这些低度的自身抗体能促进体内衰老残疾细胞的清除，帮助吞噬细胞完成免疫自稳效应，以保持机体生命环境的稳定。当某种原因使自身免疫应答过分强烈，使机体产生了足量的针对自身抗原的抗体或致敏淋巴细胞时，就可以通过各种途径导致免疫炎症，导致相应的自身组织器官损伤或功能障碍，表现相应的临床症状，这种病理状态就称为自身免疫病(autoimmunedisease,AID)。

    《自然—化学生物学》

    铜离子的神奇之旅

    色氨酸是一种氨基酸，研究人员发现它在铜离子的键联中发挥了意想不到的作用，新成果发表在1月在线出版的《自然—化学生物学》期刊上。

    铜是生命中的一种基本金属元素，然而，因为它太活跃会导致细胞的损伤，因此必须随时随地被“陪伴”。然而，身体内的许多蛋白质是如何带着铜离子在细胞间周游的呢？科学家们对此知之甚少。Thomas O′Halloran和同事仔细研究了一种运送铜的蛋白质CusF。他们发现，来自CusF蛋白质的色氨酸与铜非常接近，色氨酸与铜的相互作用对铜的键联来说至关重要。

    色氨酸的残基能够与带正电的离子如钠离子和钾离子相互作用，这种非价作用被称为“阳离子－派”(cation-pi)作用。新研究结果表明，蛋白质能够利用“阳离子－派”的相互作用在细胞间精巧优美地传送铜离子。

    《自然—医学》

    深部脑刺激的工作原理

    深部脑刺激器是一种体内植入型治疗设备，它能连续不断地传送刺激脉冲到深部脑组织区域，这种作用称为深部脑刺激。神经外科医生通常会用深部脑刺激来治疗各种抗药性运动障碍疾病，如帕金森氏症、原发性震颤及肌张力异常等，但科学家们一直不清楚刺激作用改善疾病症状的机理。

    如今，研究人员发现，一种名为腺苷的化学物质在震颤的深部脑刺激治疗中发挥了关键作用，新成果在线发表在1月号的《自然—医学》期刊上。

    Maiken Nedergaard和同事发现，深部脑刺激会增加刺激区附近的腺苷水平，而腺苷能减少周边神经细胞的兴奋性。在震颤的模式动物实验中，将腺苷注入大脑能显著地降低震颤症状。这些结果与已知的咖啡因作用相一致，咖啡因是腺苷的对手，它能引发震颤。因此，以腺苷为靶标也许是治疗震颤的一种新方法，并能提高深度脑刺激的作用。

    《自然—纳米技术》

    新型机械力记忆设备

    利用能测量六百亿分之一米尺度的微小碳纳米管的机械运动，科学家们研制了一种新型记忆“设备”，新成果发表在1月在线出版的《自然—纳米技术》期刊上。

    在现代各种各样的数据储存介质中，电子、磁学和光学技术被广泛用于信息的读和写，这些信息是以“1”和“0”的方式来表达的。Gehan Amaratunga和合作者创建了一种新型的记忆细胞，在这种细胞中，多层碳纳米管对应于纳米碳管电容器的机械运动可用于表达一个“1”。

    尽管科学家们早已展示过“纳米电子机械记忆设备”的功能，但这种“设备”的制造非常困难。新设备则可用今天已广泛用于硅芯片的技术来制造。Amaratunga的团队目前正研究数据读出的方法。