《PNAS》八大热点文章

　　

生物通报道：《PNAS》（美国国家科学院院刊）是与Nature、Science齐名，被引用次数最多的综合学科文献之一，PNAS收录的文献涵盖生物、物理和社 科学，主要内容包括具有高水平的前沿研究报告、学术评论、学科回顾及前瞻、学术论文以及美国国家科学学会学术动态的报道和出版。近期其最受关注的文章（生物类）如下：

Maps of subjective feelings

2014年PNAS的一篇关于人体情绪地图的文章（Bodily maps of emotions）令人印象深刻，研究指出外界刺激致使人们情绪发生变化时，身体总能先一步做出反应，由此芬兰的科学家根据人们在经历某些情绪时的反应，绘制了人体的“情绪地图”。

时隔四年，这一研究组又发表了相对应的另外一篇文章：“Maps of subjective feelings”，揭示了我们的主观感受如何映射为五大类：积极情绪，消极情绪，认知功能，躯体状态和疾病，这些主观感受伴随着强烈的身体感受。

这一研究成果公布在PNAS杂志上，由芬兰坦佩雷大学Jari K. Hietanen研究组完成。

我们人体不断的经历着瞬息万变的主观感受，只有在睡眠和深度昏迷时才会停止，这些感受与机体生物性功能密切相关。

最新这项研究在线分析了超过1000个个体，他们首先通过通过100个情绪状态评估了个体的自身和感官感觉，以及他们如何控制自己的情绪，然后研究人员再分析这些感觉的相似性，已经情绪对身体的影响。

研究结果发现，有意识的感受来自身体的反馈，“虽然意识来自于我们大脑的功能，以及我们经历后“安置”在大脑的感觉，但是机体反馈与此也有密切的联系”，文章的作者之一，Lauri Nummenmaa说。

Universal method for robust detection of circadian state from gene expression

德国柏林Charité大学医学院Kramer实验室在the Journal of Clinical Investigation杂志和美国西北大学Braun实验室在PNAS杂志各自发表了研究论文。这两个工作运用AI技术，通过少量已知时相样品的学习掌握了十几个到几十个钟控基因的相对表达丰度，然后推广到检测人群，从而对真正的受试者仅采一个或两个时间点的血液样品，就可以基本判定其内在的生物钟状态，时相精度达到1~2小时。

这两项工作的关键是一套行之有效的AI算法。该方案最初来自于当时在美国加州大学旧金山分校Hughey等2016年在Nucleic Acids Research发表的ZeitZeiger算法。Hughey等人用的是小鼠时序取样的数据，包括12种小鼠组织，每一组织涵盖24个时间点的转录组数据，从而发展出这套算法。ZeitZeiger算法的初始成功在于作者先采用了已发表的大量小鼠基因表达数据进行“机器学习”。该算法经过改进，可以“学习”较少量的人体数据即可做出较为正确的判断，因而被用于Kramer实验室的这篇文章中；而Braun实验室的文章则采用自身开发的算法—TimeSignature（类似地，Hogenesch实验室的文章采用了CYCLOPS算法）。

两篇论文采用方法基本一致，实验目的也大体相同，即对受试者个人的内在生物钟检测用血液（钟控基因表达的相对丰度）指标为代表，用以评价此人内在生物钟的相位和振幅，基本满足我们对于健康人群的内在时钟状态的判断。其不足之处是没有考虑到各种不同组织生物钟变化在非健康人群中有可能与其血细胞的生物钟不一致。

Nucleosomes inhibit target cleavage by CRISPR-Cas9 in vivo

来自犹他大学的科学家们通过研究发现，核小体会抑制CRISPR/Cas9的切割效率。

研究人员利用CRISPR/Cas9技术对活酵母中不同的导向RNAs进行编辑，这就能够实现对不同靶点的编辑。研究者表示，相比非核小体的区域而言，当对核小体区域进行编辑时，CRISPR/Cas9的编辑效率会发生降低；当研究人员对诸如锌指等基因编辑技术进行监测时，他们并未发现任何差异，后期研究人员或将进行更为深入的研究来改善CRISPR/Cas9对核小体区域进行基因编辑的效率。

Ancient drug curcumin impedes 26S proteasome activity by direct inhibition of dual-specificity tyrosine-regulated kinase 2

研究人员发现一种香料姜黄中天然存在的化合物：姜黄素与双特异性酪氨酸调节激酶​​2（DYRK2，生物通注）能在原子水平上结合，抑制癌症。

尽管姜黄素已经研究了250多年之久，之前也已经报道了其抗癌特性，但迄今为止还没有其它研究报道过姜黄素与蛋白激酶靶标结合的共晶结构。

激酶IKK和GSK3被认为是导致抗癌作用的主要姜黄素靶点，但最新研究中的姜黄素与DYRK2的共结晶结构，以及140-panel激酶抑制剂分析，表明姜黄素与DYRK2活性位点结合紧密，而后者的结合，其抑制水平比IKK或GSK3强500倍。”

利用生化，小鼠癌症模型和细胞模型，研究小组发现姜黄素是DYRK2的选择性抑制剂，这种新型分子靶标不仅具有化学敏感性，而且具有蛋白酶体抑制剂抗性/适应性癌症的抗癌潜力。

“我们的结果揭示了姜黄素在DYRK2-蛋白酶体抑制中的意外作用，并提供了一个概念验证，即蛋白酶体调节剂的药理学操作可能为难以治疗的三阴性乳腺癌和多发性骨髓瘤治疗提供新的机会。我们的主要目标是开发一种能够在患有这些癌症的患者中靶向DYRK2的化合物”，文章通讯作者之一，浙江大学生命科学研究院郭行教授说。

Gravity of human impacts mediates coral reef conservation gains

热带珊瑚礁对维护生态系统和为人类提供鱼类资源都起到举足轻重的作用，但是珊瑚礁的健康状态在世界范围内都出现下降。为此，世界各国都建立了海洋保护区，通过禁止捕鱼等措施来保护珊瑚礁的生态系统。但是在海洋保护区周边的人类活动对保护区生态保护作用的影响仍然没有得到足够的研究。

澳大利亚詹姆斯库克大学 (James Cook University) 的研究人员对全球 1800 多个热带珊瑚礁进行了研究。他们发现海洋保护区周边的人群即使遵守保护区的生物保护规章，他们的活动仍然会对保护区的生态保护作用产生影响。周边人类活动程度高的海洋保护区中几乎无法发现在珊瑚礁生态系统中存在的顶级捕食者。这些顶级捕食者只有在周边人类活动程度低的海洋保护区中才能发现。

而周边人类活动程度中等的海洋保护区与开放捕鱼的海域相比，在提高珊瑚礁鱼类生物量 (fish biomass) 方面的效果相对最高。这意味着根据环保目标的不同，海洋保护区应该设立在不同地区。在人类活动程度中等或高的地区设立保护区能够显著提高鱼类生物量。但是如果环保目标为保护珊瑚礁生态系统中的顶级捕食者，那么保护区需要设定在人类活动程度低的海域。

Evolution of metazoan morphological disparity

论文作者运用复杂的统计方法进行了大量的动物解剖分析。他们的结果显示，大多数动物群体在很早的时候就达到了解剖学多样性的顶峰，但在少数例子下，存在解剖学多样性在后来仍有增加的情况。同时，他们还发现了最有可能导致这些变异规律的原因。

动物有很多不同的解剖学部位，每个部位的形态和形状都具有很大的差异。例如，昆虫有一个头和六条腿，而海葵（无脊椎动物）没有。这些特征的组合被称为“躯体模式（bodyplan）”，这一概念通常被用于将不同动物归类为同一门（phylum）。现代的门类例子包括节肢动物（蜘蛛、蜈蚣、甲壳纲动物、昆虫等)、脊索动物（脊椎动物和一些无脊椎动物）、软体动物（蜗牛、章鱼等）和环节动物（蚯蚓和水蛭等）。

现如今，动物的门类超过30种，其中一部分显示出具有比另一部分更大的形式范围（称为“差异”）。例如，脊索动物就包括有像鱼和猴子这样完全不同的动物，而蛔虫（线虫门）的差异就没有这么大，它们看起来几乎都一样。

研究人员想要解决这些存在于群体之间和群体内部的这种差异是如何进化的。他们从210种动物群体中收集了近2000个解剖特征的解剖数据，在每个门中都对多个群类进行了取样。然后，他们用最前沿的统计数据方法对它们的解剖相似性进行了分析，从而得到了一张分类图，其中每个群用一个点表示，而点与点之间的距离与它们所代表的群的解剖相似性成正比。

他们的研究结果表明，每个门中的不同群都在这张图上齐整地聚集在了一起，正如由它们共有的躯体模式所预期的那样。例如，在这张图上，蜘蛛更接近昆虫和其他节肢动物，而鱼更接近哺乳动物和其他脊索动物。一个门的成员所占领的地图区域，显示了这一门在解剖学上的多样性，其中脊椎动物和节肢动物的面积最大。

Ultrahigh-throughput functional profiling of microbiota communities

研究人员利用微流体技术将棕熊口腔微生物个体和带有绿色荧光标记的金黄色葡萄球菌包裹，共培养之后使用流式细胞仪筛选能够抑制病原菌生长的菌株。从而发现了肠球菌、魏斯氏乳酸菌和短小芽孢杆菌等具抑菌活性，这些菌株在使用传统方法筛选时未能发现，说明微液滴法达到了有效富集。

Neurobehavioral correlates of obesity are largely heritable

最近的分子遗传学研究已经发现和肥胖相关的大部分基因在中枢神经系统中也表达。同时肥胖与神经行为因素(如大脑形态学、认知表现和个性等)有关。因此近日来自加拿大麦吉尔大学等单位的科学家们研究了参与人类连接组计划的895组兄弟姐妹的神经行为学因素是否与他们肥胖的遗传学差异有关，他们检测的指标是身体质量指数(BMI)。

研究人员发现从表型上看，皮质厚度的数据支持了肥胖的右脑假说。也就是BMI增加与右额叶皮质厚度减少及左额叶皮质(尤其是侧前额叶皮质)厚度增加有关。此外，研究人员发现BMI较高的参与者内嗅区和海马旁结构厚度和体积减少及顶叶枕叶结构变厚的现象表明视觉功能在肥胖中扮演着一定角色。

总而言之，这项研究表明通过BMI检测的肥胖与大脑和认知测试之间存在相当程度的遗传学重叠，这支持了肥胖是通过大脑功能遗传的假说，也许会指导科学家们找出相应干预肥胖的新方法。

（生物通）