《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：

Archaeobotanical evidence reveals the origins of bread 14,400 years ago in northeastern Jordan

面包是现代世界上消费最多的食物之一，它的起源鲜为人知，在PNAS上发表的研究论文中，研究人员指出大约在14，400年前就已经有面包存在了。

哥本哈根大学的Amaia ARRANZ Otaegui说，“面包在旧石器时代狩猎采集时代已经产生了”。

The biomass distribution on Earth

近日，一篇论文PNAS期刊上刊登，该文章通过对全球生物圈生物总量进行研究，通过研究发现，人类占生物总量的0.01%，但从人类文明诞生至今，已经毁灭了83%的野生动物和一般的植物。

文章首次综合评估了每一类生物比重，并推翻了一些固有假设：细菌确实是一种重要的生命形式，占所有生物的13％；植物比例很大，占所有生物的82％；而所有其他生物，从昆虫到真菌、到鱼类和动物，仅占世界生物量的5％。

其中有两个主要观点：首先，人类在开采自然资源方面非常猖狂，人类已经捕杀、甚至灭绝了大陆大部分地方的野生哺乳动物，因为人类把他们当做食物或娱乐消遣物。其次，陆地植物的生物量在全球绝大部分范围内占主导地位，而且大多数生物量都是以树木的形式出现。

因此，加强野生哺乳动物的保护，绿会也会做更加积极的行动以保护野生动物保护，尤其是野生哺乳动物。至今，绿会对野生动物保护的行动提现在方方面面，如在穿山甲保护上，绿会一直积极关注穿山甲问题，揭发了广西等多处穿山甲走私和消费现象；绿会志愿者揭秘穿山甲全国养殖地图；又如绿会建设中华保护地，为鹭鸶等哺乳动物居所提供安全住处，今年我们还在海外成立了首个野生动物保护地——奥肯耶狮子社区保护地。

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。

β-Amyloid accumulation in the human brain after one night of sleep deprivation

研究人员发现，睡眠不足的人一夜之间β-淀粉样蛋白淀粉样蛋白就会显著增加，而这种物质在神经元间会形成妨碍大脑功能的斑块。

该研究作者、美国国家酒精滥用和酒精中毒研究所研究员Shokri Kojori表示，依据此次研究，他认为，即使一个晚上的失眠也会导致大脑充满有害的β-淀粉样蛋白化合物。他说，“我认为这一假设是非常合乎逻辑的，它与先前的研究结论也是一致的。”

研究人员在背景资料中指出，以前的小鼠和人类研究发现，睡眠过少与大脑中淀粉样β蛋白的积累之间存在潜在联系。然而，许多研究依靠的都是自我报告形式的睡眠质量记录。

因此Shokri Kojori和他的团队决定创造一种新的实验方式，能更精确地检测失眠对人类β-淀粉样蛋白水平的影响。

他们招募了20名没有脑部疾病史的健康人，并让他们在实验室里待了两个晚上，一组晚上可以休息，另一组晚上不睡觉。两天后的早晨，参与者接受脑部扫描来评估他们的β-淀粉样蛋白水平。

研究人员发现，与良好睡眠的一组相比，睡眠不足组人员的大脑中β-淀粉样蛋白显著增加。此外，在他们大脑中重要的记忆区域也观察到了β-淀粉样蛋白的增加。

专家认为，每一个神经元都有助于大脑中β-淀粉样蛋白的产生，当人们不睡觉时，他们的神经元会持续工作，可能导致产生更多的β-淀粉样蛋白。

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。

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。

Laterally confined growth of cells induces nuclear reprogramming in the absence of exogenous biochemical factors

近年来，人们已经注意到机械变化可诱导细胞的重编程。当原胚皮层细胞暂停分裂时，内部组织仍在生长，会在指（趾）尖部形成球形肿胀。这种“类似猫爪肉垫样的球状鼓包”，已经在胚胎10周时被观察到。内部生长体积膨大，牵拉诱导原胚皮细胞开始分化，并且这种分化是定向诱导的定向分裂。构成纹路的每个单细胞沿垂直于纹路的方向分裂，使纹路加宽，逐渐增加到十几（甚至二十）个细胞的宽度，另外，上下分裂形成表皮和真皮。这种分裂在每条纹路处都是从弧线的内侧向外侧方向进行，并且染色体四分体的分配方式都是横裂，横式分裂的细胞带有世代标记——子细胞与母细胞间具有表观遗传分歧，细胞功能性差异。在由单个细胞分裂成的一、二十个细胞的宽度上，出现了肉眼明显可辨的细胞大小、高度等物理性质的差别。因此，在胎儿发育到4个月时，这一过程完成，肤纹显现。由于指节及掌部的生长不是按指顶那样的球形方式，所以它们形成的肤纹类似平行的布纹。伴随指甲的长出，指顶球状指纹区被推到指腹部，指及掌的腹部与背部的原胚皮层功能性地连接到一起，整个手脚形态生成。

在胚胎发育过程中，除了10个手指和10个脚趾的顶部按球形扩大生长外，还有一个最大的球形生长部，那就是头部。头顶原胚皮细胞层的形成可能早于手与脚。毛发源于由皮肤分化成的毛囊。胎儿3月龄时毛囊基质先在眼睑、眉部、下巴及鼻子等部位的上皮层开始发育，随后漫及背、腹及四肢，毛囊最早长出的仅是胎毛。

初始的毛囊基质慢慢成熟为次发性毛囊基质，且发生周期性成长。最后毛囊细胞埋藏于真皮层，胎儿5-6个月时全身长出浓密柔细的胎毛。胎儿在7-8个月时，头部的胎毛发生一次大的脱落，伴随着皮脂腺、立毛肌及血管丛等的依附靠近，组成一个较完整的毛发结构单元，在出生时陆续长出新发；不过胎毛的脱落并不包括头后方的枕骨部，这些地方直到出生后才开始掉落。由此我们可以推测，在头顶的生发皮肤部分的细胞，在胎儿发育过程可能经历了多次的竖裂与横裂的交替过程。

Synthetic far-red light-mediated CRISPR-dCas9 device for inducing functional neuronal differentiation

华东师范大学叶海峰课题组设计合成了一个强大的远红光调控的CRISPR-dCas9内源基因转录装置FACE系统，有着诱导倍数高、可逆性好以及高度时空特异性等特点，就像上图中所示中国古典神话小说《西游记》中能够进行七十二变、具有强大法力的孙悟空，可以通过吹一口气将猴毛变化出其他事物。为了测试FACE装置的强大功能，他们将人工设计合成的FACE装置导入至诱导型多功能干细胞（iPSCs）中，通过远红光的照射，成功的将iPSCs细胞诱导分化成有功能的神经细胞，从而证明了FACE装置可以远红光诱导下时空精准调控基因组基因的表达，可以广泛应用于基础和转化医学的研究。

light（FRL）-activated CRISPR-dCas9 effector (FACE) device），简称FACE系统。他们将CRISPR-dCas9和光遗传学这两大技术相结合，开发出了远红光调控的CRISPR-dCas9内源基因转录激活装置（FACE），该系统具有诱导倍数高、组织穿透力强、高度时空特异性以及低毒性等优点。证明了FACE系统具有更好的组织穿透力，展现出FACE系统在未来体内临床应用研究中的巨大潜力，为将来临床应用奠定了坚实的基础。从理论上讲，利用该技术只要一束远红光就可以控制干细胞分化成任意一种想要的功能性细胞，比如心脏细胞、神经细胞等。

研究者们利用合成生物学的设计原理，将来自于红细菌中响应远红光的蛋白BphS、链球菌中的转录因子BldD、酿脓链球菌中的dCas9蛋白等经理性设计、组装合成远红光调控的CRISPR-dCas9内源基因转录激活装置（FACE），在远红光照射下，能实现操控靶标基因上调表达的目的。首先，研究者们在细胞水平测试了FACE系统的功能。研究证明FACE在远红光的诱导下，激活内源基因具有很好的光照强度和时间的依赖性、广谱性、可逆性以及高度的时空特异性；研究者们还证明了FACE系统可以同时激活多个内源基因，且相互之间没有干扰，具有正交性，为研究基因组内源基因功能提供了强有力的技术手段。

（生物通）