中国学者连发两篇Cell文章

　　

Generation and application of mouse-rat allodiploid embryonic stem cells

   中国科学院动物研究所周琪实验室创造出一种新型干细胞——异种杂合二倍体胚胎干细胞，这是首例人工创建的、以稳定二倍体形式存在的异种杂合胚胎干细胞，为研究进化上不同物种间性状差异的分子机制和X染色体失活提供了新型的有利工具。相关成果在国际期刊Cell发表。

　　物种间杂交个体在进化生物学、发育生物学和遗传学中应用广泛，例如“杂交优势”的研究及其在农业育种中的应用。这是因为它们具有独特的杂合遗传背景和性状，是研究物种形成、基因调控进化和X染色体失活的重要模型。然而由于物种间存在生殖隔离，哺乳动物远亲物种间的配子无法受精和发育，因此种间杂交只在近亲物种间发生，如马和驴杂交产生骡子。为了生物学研究的便利，人们创造出各类远亲物种间的杂合细胞，如小鼠-大鼠、人-啮齿类、人-牛等杂交细胞。但由于这些细胞都是由体细胞融合产生，因而都是四倍体并且基因组不稳定，往往出现大量的染色体丢失，而且几乎没有分化能力。那么，能否绕开生殖隔离的屏障，创造出哺乳动物远亲物种间的二倍体杂合细胞？

　　近年来，周琪实验室建立了一系列哺乳动物的单倍体胚胎干细胞，并且发现单倍体干细胞除了可以便利地应用于遗传筛选外，还具有一定的配子特性和发育能力，例如，孤雄单倍体干细胞可以替代精子、孤雌单倍体干细胞可以替代卵母细胞核来产生可育的后代。

　　在上述研究基础上，周琪团队通过细胞融合技术将小鼠孤雄（雌）和大鼠孤雌（雄）单倍体干细胞融合，从而绕开了小鼠和大鼠的精卵融合后无法发育的生殖隔离障碍，获得了异种杂合二倍体胚胎干细胞。这类杂交细胞具有胚胎干细胞的三胚层分化能力，甚至能够分化形成早期的生殖细胞，并且在培养和分化过程中保持异种二倍体基因组的稳定性。基因表达分析发现，异种杂合二倍体细胞展现出“高亲”、“低亲”等独特的基因表达模式以及独特的生物学性状，对二者结合进行分析能够有效地挖掘出物种间性状差异的分子调控机制。同时杂合细胞的X染色体失活也不采用哺乳动物常见的“随机失活”模式，而是采用小鼠X染色体特异失活模式。利用这一特性，该研究系统鉴定了小鼠X染色体失活逃逸基因，揭示了X染色体失活和失活逃逸的新方式和新机制。

　　这项成果是首例人工创建的、以稳定二倍体形式存在的异种杂合胚胎干细胞，它们包含大鼠和小鼠基因组各一套，并且异源基因组能以二倍体形式稳定存在。异种杂合二倍体干细胞能够分化形成各种类型的杂种体细胞以及早期生殖细胞，并展现出兼具两个物种特点的独特的基因表达模式和性状，以及独特的X染色体失活方式，从而为从天然存在生殖隔离的物种制备包含稳定二倍体基因组的杂交干细胞提供了新方法。这些具有胚胎干细胞特性的异种二倍体杂合干细胞将为进化生物学、发育生物学和遗传学等研究提供新的模型和工具，从而完成更多的生物学新发现。

　　论文以Generation and application of mouse-rat allodiploid embryonic stem cells 为标题，于2016年1月14日在Cell杂志发表。

　　该研究得到科技部、国家自然科学基金委以及中国科学院“干细胞与再生医学研究”战略性先导科技专项的经费支持。

Ebola Viral Glycoprotein Bound to Its Endosomal Receptor Niemann-Pick C1

　埃博拉病毒是引起人和灵长类动物发病且致死率很高的生物安全四级（Biosafety Level 4）烈性病毒。据世界卫生组织统计，自1976年首次被发现至今，埃博拉病毒已经在非洲肆虐了近40年；2014年3月开始，一场以几内亚、利比里亚和塞拉利昂为中心的扎伊尔型埃博拉病毒疫情迅速在整个西非蔓延开来，共导致了28000多人感染，死亡人数接近11000人。

　　2016年1月15日，国际学术期刊Cell 在线发表中国科学院微生物研究所、中国疾病预防控制中心高福研究团队的文章Ebola Viral Glycoprotein Bound to Its Endosomal Receptor Niemann-Pick C1（《埃博拉病毒糖蛋白结合内吞体受体NPC1的分子机制》），从分子水平阐释了一种新的病毒膜融合激发机制（第五种机制），这种新型机制与之前病毒学家们熟知的四种病毒膜融合激发机制都大为不同，成为近年来国际病毒学领域的一大突破；该研究为抗病毒药物设计提供了新靶点。

　　来自微生物所高福研究团队的王寒、施一、宋健、齐建勋是该篇论文的共同第一作者，高福为通讯作者。

　　该研究加深了人们对埃博拉病毒入侵机制的认识，为应对埃博拉病毒病疫情及防控提供重要的理论基础。

　　2014年，埃博拉疫情在西非爆发，中国政府派出首批62名工作人员组成首批移动实验室检测队出征塞拉利昂，高福受命任中国CDC实验室检测队前方工作组副组长，主要负责与国际组织的沟通、外联等工作，工作期间在《科学》（Science）杂志上发表了题为On the ground in Sierra Leone（《行走在塞拉利昂大地上》）的现场工作纪实文章，并随后在《自然》（Nature）杂志上发表埃博拉病毒基因进化重大研究成果。

　　埃博拉病毒是一类囊膜病毒，其对宿主的入侵可以分成两个重要步骤，首先是病毒粘附到宿主细胞膜表面，然后是病毒通过细胞内吞进入细胞内部，形成内吞体，在内吞体内，病毒发生膜融合过程，释放自身遗传物质。

　　人的TIM分子是一类广泛分布于免疫细胞上的免疫分子，在过敏反应、哮喘、移植耐受以及自身免疫等免疫应答调节中发挥着重要作用。前不久，高福团队的研究发现，人TIM分子不与埃博拉病毒囊膜表面糖蛋白直接相互作用，而是通过结合病毒囊膜上的磷脂酰丝氨酸分子来促进病毒感染。该成果以《埃博拉病毒入侵：人TIM分子的结构与结合PS的分子基础》为题发表在《科学通报》上，同时被该杂志收录为2015年第35期的封面文章。

　　在此基础上，高福团队进一步探索埃博拉病毒进入细胞后在内吞体里发生的入侵机制。前人研究发现内吞体膜上的NPC1分子是埃博拉病毒入侵所必需的，但是NPC1分子如何介导病毒入侵却一直是个未解之谜。NPC1分子是负责胆固醇转运的多次跨膜蛋白，具有三个大的腔内结构域（A，C和I）。埃博拉病毒囊膜表面糖蛋白在内吞体里经过宿主蛋白酶Cathepsin的酶切处理，变成激活态糖蛋白，暴露出受体结合位点与NPC1分子的腔内结构域C发生相互作用，从而启动后续的病毒膜融合过程，实现病毒的感染生活史。该研究团队率先解析了NPC1分子的腔内结构域C的三维结构，发现其具有一个由α螺旋和β折叠组成的球状核心结构域和两个突出来的环状结构。随后，研究人员解析出激活态糖蛋白与腔内结构域C的复合物三维结构，发现结构域C主要利用两个突出来的环状结构插入激活态糖蛋白头部的疏水凹槽里，从而发生相互作用。这一重大发现预示着人们能够针对激活态糖蛋白头部的疏水凹槽设计小分子或多肽抑制剂，来阻断埃博拉病毒的入侵过程。进一步的分析发现，激活态糖蛋白与腔内结构域C结合后，会发生构象变化，使得糖蛋白的融合肽更容易暴露出来，插入内吞体膜上，从而启动膜融合过程。