《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：

Ibuprofen alters human testicular physiology to produce a state of compensated hypogonadism

一项研究报告中，来自丹麦和法国的研究人员通过研究发现，长期定期服用止痛药布洛芬或会让男性患上一种名为补偿性腺机能减退的疾病。

文章中，研究人员对给予志愿者布洛芬，同时监测参与者机体激素水平和精子的产生情况。为了更深入地阐明长期服用抗炎药物布洛芬对男性生育力的可能性影响，研究人员对年龄在18-35岁之间的31名男性进行研究，让这些参与者每日摄入600毫克（3片）的布洛芬，持续6周时间，其他志愿者则给予安慰剂进行对照研究；在研究的过程中，研究人员还对志愿者进行检测来确定布洛芬是否会影响机体其它的功能。

研究者表示，在仅仅两周时间里他们就发现，所有患者机体中的促黄体生成素水平增加了，机体能够利用促黄体生成素来调节睾酮的产生，该激素水平的增加提示布洛芬或许会诱发睾丸中特定细胞出现问题，从而抑制睾丸产生睾酮，进而抑制精子的产生；这种改变或会通过产生更多的其它激素来促进脑垂体产生反应，从而也会驱动机体产生更多睾酮，最终导致机体睾酮的水平保持不变，但机体却会处于过分紧张状态来补偿布洛芬所产生的有害影响，这种状态就称之为补偿性腺机能减退。

Global increase and geographic convergence in antibiotic consumption between 2000 and 2015

由抗生素消费驱动产生的抗生素耐药性，正在成为全球健康的重大威胁，并且正在不断加剧，每年有数百万人因抗生素耐药而死亡。根据美国国家科学院院刊（PNAS）的一项最新研究显示：2000年至2015年期间，以用药频度（DDDs）来计，全球范围内抗生素用量增加了65%，抗生素消耗率增加了39%，在中低收入国家中增加更为显著，并且研究假定，若不发生政策变化，到2030年抗生素用量将比2015年预计的420亿DDDs增长约200%。

来自美国疾病动力学、经济与政策中心（CDDEP）、普林斯顿大学、苏黎世联邦理工学院和安特卫普大学的研究人员进行了这项研究，分析了76个国家2000--2015年期间抗生素使用情况，并对全球抗生素消费趋势进行了评估。

Crystal structure of human lysyl oxidase-like 2 (hLOXL2) in a precursor state

清华大学施一公研究组报导了人源赖氨酰氧化脱氨酶 (lysyl oxidase, LOX) 家族成员——LOXL2的2.4 Å晶体结构。

尽管LOX蛋白具有十分重要的生理功能以及疾病关联性，但多年以来该家族蛋白尚无任何结构得以解析。施一公教授课题组所报导的人源LOXL2晶体结构则填补了这一空白。在结构中，LOXL2的铜结合位点被锌离子所占据，阻断了LTQ的形成；而铜离子的引入则可以显著的激活LOXL2并促进LTQ的形成，表明该结构所呈现的是一种锌离子结合下的前体状态。值得注意的是，结构中LTQ的两个前体氨基酸之间呈现16.6 Å的距离，表明LOXL2在LTQ形成的过程中可能会发生一定的构象变化；而依据现有结构通过小分子化合物或抗体来阻断LOXL2的激活则是一种可能的药物设计思路。总结而言，该结构的解析有助于初步理解此类蛋白酶的结构与功能关系，并为后续的结构研究及药物研发提供基础和支持。

Infectious virus in exhaled breath of symptomatic seasonal influenza cases from a college community
 
马里兰大学公共卫生学院环境卫生学教授Milton解释说：“我们发现，流感患者只通过呼吸就能向他周围的空气散布感染病毒，不需要咳嗽或打喷嚏。即使不咳嗽，流感患者也会产生感染源（长时间悬浮在空气中的微小液滴），特别是在患病的第一天。所以如果得了流感，患者应该回家而不是待在工作场所里感染其他人。”

Milton博士及其研究团队从142例确诊的流感患者的自然呼吸、讲话、自发咳嗽和喷嚏中捕获并鉴定出流感病毒。受试者分别在流感症状出现后的第一天、第二天和第三天提供218个鼻咽拭子和218个30分钟的呼气、自发性咳嗽和打喷嚏的样本。

对这些样品中分离的传染性病毒的分析表明，大量流感患者经常性地将感染性病毒（不仅是可检测的RNA）排放到足够小的悬浮颗粒中，造成空气传播的风险。令人惊讶的是，来自没有咳嗽的患者的23个细小的悬浮颗粒样本中有11个（48％）检测出病毒RNA，并且这11个中有8个含有感染性病毒，表明在没有咳嗽的情况下，悬浮颗粒也会携带感染性物质。另外还观察到，不管悬浮颗粒大或小，打喷嚏少并不会使颗粒携带的病毒RNA拷贝数更多，这表明打喷嚏对悬浮颗粒中的流感病毒脱落不起重要作用。

E-cigarette smoke damages DNA and reduces repair activity in mouse lung, heart, and bladder as well as in human lung and bladder cells

E-cig主要通过气溶胶传递刺激性的尼古丁，使吸烟者获得即时的满足。与含有亚硝胺和大量致癌化学物质的传统卷烟不同，电子烟的烟雾(ECS)含有尼古丁和相对无害的有机溶剂。事实上，了解E-cig的致癌性是一个紧迫的公共卫生问题。因为致癌物质在人类中诱发癌症需要几十年的时间，而动物模型和细胞培养模型是解决这个问题的合理选择。

纽约大学医学院环境医学教授Yang-shong Tang表示，在他们的实验中，让小鼠暴露在含有尼古丁和液体溶剂的电子烟蒸汽中，随后还将小鼠分开暴露在尼古丁和溶剂中。

人类和动物细胞中细胞色素p450酶可以代谢和转化NNK、NNAL和NNN，从而改变DNA和蛋白质。这一发现提出了一种可能性，即在任何特定时间内，在E-cig吸烟者的血液中检测到的这些亚硝胺水平可能严重低估了尼古丁的亚硝化水平。

Tang团队采用的方法是检测尼古丁诱导的DNA损伤，而不是检测亚硝胺水平，以解决ECS潜在的致突变和致癌作用。值得注意的是，在体内DNA损伤可以持续数小时甚至数天。因此，该方法不仅直接，而且对测定ECS的致癌性也更为敏感。

Tang说：“我们发现，单靠溶剂并不会造成DNA损伤。”研究人员还将人工培养的人类肺和膀胱细胞暴露于尼古丁，并发现了同样的效果——造成DNA损伤和抑制DNA修复。而且，这种损伤既可以从DNA上看出，也可以从自身修复的能力上看出来，使细胞更容易发生突变并发展成癌症。

Death-domain dimerization mediated activation of RIPK1 controls necroptosis and RIPK1-dependent apoptosis

这一研究表明，蛋白非催化结构域的微小变化能够通过引发其构象改变，从而有效地调控远端激酶的催化活性。同时，该研究填补了TNFa信号从胞膜表面受体传递到下游胞质死亡执行因子之间的空缺。

RIPK1的C端死亡结构域对其激酶活性的调控发挥着重要作用。该课题组通过突变死亡结构域表面的一个氨基酸位点成功破坏了RIPK1二聚体的形成，该突变并不影响RIPK1与TNFR1、TRADD等其他死亡结构域蛋白的相互作用，从而特异地抑制RIPK1激酶活性但不影响其参与调控的其他信号通路。更重要的是，该氨基酸位点突变在细胞和小鼠模型中均能有效地抵抗TNFa诱导的RIPK1激酶依赖性细胞凋亡和程序性坏死，因此可作为有效治疗靶点，具有良好的应用前景。

这一研究表明，蛋白非催化结构域的微小变化能够通过引发其构象改变，从而有效地调控远端激酶的催化活性。同时，该研究填补了TNFa信号从胞膜表面受体传递到下游胞质死亡执行因子之间的空缺。RIPK1二聚化介导激酶活性也提示蛋白浓度对激酶活性调控具有重要意义，为RIPK1在多种相关人类炎症和神经退行性疾病中表达量显著升高的现象提供了理论依据。

Identification of tissue-specific cell death using methylation patterns of circulating DNA

细胞死亡是健康和疾病状态下人类生物学的一个重要特征。它可以预示病理早期阶段（例如形成中的肿瘤或自身免疫疾病/神经退行性疾病的开始），标志疾病进展，反映治疗的成功（如抗癌药物），鉴别治疗意外的毒性作用等等。然而直到现在，都不大可能在特定人类组织中非侵入性地检测细胞死亡。

来自耶路撒冷希伯来大学Ruth Shemer博士和Yuval Dor教授，及Hadassah医学中心的Benjamin Glaser教授领导的一个国际研究小组研发出了一种新方法，可以根据濒死细胞释放的循环DNA的甲基化模式来推测特定组织中的细胞死亡。这有助于鉴别来自机体所有细胞类型的cfDNA，为监测和诊断广谱的人类病理过程，及更好地认识正常组织动态提供了一个微创窗口。

OCT4/POU5F1 is required for NANOG expression in bovine blastocysts

“早期人类胚胎发育的许多基本方面在其他哺乳动物中也是保守的，大多数研究应用的是小鼠胚胎，”LMU兽医学系动物分子育种和生物技术基因中心主席Eckhard Wolf领导的研究团队2月26日在《PNAS》发表文章，详细报道了牛胚胎发育早期阶段初始分化步骤。

已知Oct4基因在哺乳动物胚胎的多能性调控发挥重要作用。在小鼠模型中，缺失该基因会导致欠缺表达转录因子GATA6能力的细胞产生。Wolf和同事使用CRISPR-Cas9基因编辑系统敲除了牛胚胎的Oct4。“牛胚胎的情况与小鼠胚胎恰恰相反，”文章一作Kilian Simmet说。“删除Oct4抑制了NANOG-表达细胞的产生，但是GATA6-表达前体细胞却能正常发育。”这个结果与此前报道过的人类细胞缺失Oct4基因后的反应一致。

(生物通)