Nature 一周论文导读

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制版 阿金

生物学

Biology

Boundary-anchored neural mechanisms of location-encoding for self and others

自我和他人空间位置编码的边界锚定神经机制

（导读 阿金）社交情境中的日常任务不仅要求人们编码自己空间位置的神经表征，也编码环境内他人的位置。本研究观察了带有长期植入电极的人，他们在现实世界中进行空间导航和观察任务，报告了内侧颞叶内边界锚定的神经表征，受到自己和他人空间位置的调控。这些表征取决于个体的瞬时认知状态，且位置编码具有更高的行为相关性时会得到增强。结果为了解空间导航和注意到他人的神经机制提供新见解。[相关报道：首次发现大脑如何追踪自己和他人的空间运动]

A brainstem peptide system activated at birth protects postnatal breathing

出生时激活的脑干肽系统可保护出生后呼吸

（导读 阿金）在发育早期调控呼吸的神经系统相当脆弱，但目前仍不清楚其调整支持呼吸的机制。本研究识别出一种神经肽系统，在婴儿出生之后立刻激活，支持婴儿呼吸。斜方体后核（RTN）神经元内选择性缺乏PACAP的小鼠呼吸暂停情况增加，而二氧化碳刺激的呼吸变得迟钝，而重新表达PACAP RTN可以修正这些呼吸缺陷。研究揭示了生命最脆弱时期支持呼吸功能的肽类神经回路中的关键分子成分。[论文详细信息]

Pairing of segmentation clock genes drives robust pattern formation

分段时钟基因配对驱动稳健的模式形成

（导读 郭怿暄）后生动物的共表达基因对常位于同一染色体邻近位置，受共同上游调控子调控。本研究利用两个连锁的斑马鱼分段时钟基因her1和her7配对增强相关转录，为发育模式形成提供表型稳健性。抑制基因配对破坏基因振荡和分段，her1和her7的连锁对斑马鱼胚胎的体轴发育至关重要。研究预测基因配对在其他物种具有相似优势，为在胚胎和类器官中建立精准合成时钟奠定基础。[论文详细信息]

Arterialization requires the timely suppression of cell growth

动脉化过程需要及时抑制细胞生长

（导读 郭怿暄）本文研究了在血管内皮细胞分化形成动脉（动脉化）的过程中，VEGF和Notch信号通路上调的功能。VEGF和Notch信号上调会使内皮细胞更倾向于形成动脉，但也可形成静脉。机制研究显示，这两种信号升高会抑制MYC依赖的细胞代谢和细胞分裂，从而抑制内皮细胞生长，并促使其整合进入动脉。[相关报道：血管动脉生成的新调控机制]

RANK links thymic regulatory T cells to fetal loss and gestational diabetes in pregnancy

RANK将胸腺调节性T细胞与流产及妊娠糖尿病联系起来

（导读 王思菲）本研究发现，胸腺上皮细胞特异性敲除破骨细胞分化受体RANK使妊娠小鼠的胸腺退化受损，胎盘中的天然调节T细胞（Treg）减少，导致流产率升高。胸腺中的Rank缺失还会导致内脏脂肪组织中的Treg减少，并与妊娠糖尿病的关键特征相关，包括：母体糖耐量受损、巨大胎儿、跨代糖耐量异常等。移植Treg细胞可以缓解以上症状。该研究结果表明RANK在妊娠期促进胸腺Treg细胞发育，进而扩大母体Treg细胞对妊娠糖尿病及葡萄糖稳态跨代重建的影响力。[相关报道：《自然》首次发现，这个没啥存在感的器官竟是“好孕”关键]

Fat1 deletion promotes hybrid EMT state, tumour stemness and metastasis

Fat1缺失促进混合肿瘤上皮-间质转化状态、干性和转移

（导读 阿金）编码原钙粘蛋白的FAT1基因是人类癌症中突变最频繁的基因。本研究使用皮肤鳞状细胞癌和肺肿瘤小鼠模型，Fat1的缺失会加速肿瘤的发生和恶性进展，并促进上皮到间质的混合转变（EMT）表型。缺失Fat1的皮肤鳞状细胞癌的肿瘤干性和自发转移也增加。研究结果表明，FAT1的功能缺失通过混合EMT状态促进肿瘤的发生、恶化、侵袭、干性和转移。[相关报道：FAT1突变促进肿瘤发生的机制——加速肿瘤的发生和恶性进展，并促进了上皮细胞向间充质细胞转化]

Sorting nexin 5 mediates virus-induced autophagy and immunity

Sorting nexin 5（SNX5）介导病毒诱导的自噬和免疫

（导读 王思菲）哺乳类细胞面对病毒感染如何启动细胞自噬仍未知。本研究通过全基因组siRNA筛选，发现内含体分选蛋白SNX5是病毒诱导自噬的关键蛋白。敲除SNX5会增加细胞对病毒感染的敏感性，敲除Snx5的小鼠感染人类病毒后的死亡率较野生型高。该研究发现内含体中SNX5依赖的PI3KC3-C1激活是病毒感染启动细胞自噬的机制。[相关报道：NX5介导病毒自噬与抗病毒免疫力]

Measuring DNA mechanics on the genome scale

基因组尺度下测量DNA力学

（导读 阿金）DNA机械变形无处不在，表现出不同细胞功能。本研究发展出一套高通量检测方法“loop-seq”，确定了包括酿酒酵母染色体V、其他基因组区域和随机序列的270806段50碱基对DNA片段的内在环化能力，在转录起始位点（TSSs）上游的核小体耗尽区域发现了弯曲性异常低的序列编码区域。结果表明DNA局部力学通过TSS近端核小体影响转录，揭示了基因组尺度下的DNA力学图谱有助于解释其功能的“力学代码”。[论文详细信息]

Design of biologically active binary protein 2D materials

设计具有生物活性的二元蛋白质二维材料

（导读 阿金）本研究描述一套计算机方法，可以设计出刚性接口，将两个二面角形的蛋白质单元相互连接，并自组装为微米级二维p6m晶格阵列（六边形蜂窝状）。实际阵列结构与设计一致，可以在体内、体外、细胞膜上生长，可以发挥招募下游蛋白、信号转导等功能。当其组装于细胞膜上时，其被细胞内吞的速度可调节。此类阵列具有医学应用前景，并为多蛋白宏观材料的设计提供新思路。[论文详细信息]

A non-hallucinogenic psychedelic analogue with therapeutic potential

具有治疗潜力的无致幻作用的致幻剂类似物

（导读 阿金）伊博格碱具有治疗多种药物成瘾的潜力，但它具有生物毒性和致幻效果，临床应用受限。本研究识别出伊博格碱中可能具有药效的关键结构元素，从而设计出一种水溶性、无致幻作用、无毒的伊博格碱类似物tabernanthalog。啮齿动物中，tabernanthalog可提高神经结构可塑性，减少动物寻觅酒精、海洛因等成瘾物质的行为，并有抗抑郁样效果。[相关报道：科学家成功修饰迷幻化合物，使其能“治病”却不“致幻”]

地球科学

Geoscience

High sensitivity of tropical precipitation to local sea surface temperature

热带降水对当地海面温度高度敏感

（导读 紫苏）降水和大气环流是热带海洋表面温度驱动全球天气和气候的耦合过程，本研究利用观测结果表明，季节性热带降水对当地海面温度有很高的敏感性。最佳观测估计饱和比湿度每变化1g/kg，降水量就会变化80%。这种观察到的敏感性高于所研究的47种气候模型中的43种，并且与强烈的浅层环流有关。本结果适用于每天气候学降水量约为一毫米或更多的地区。对多个独立观测值、物理约束条件和模型数据的分析是这些发现的基础。[论文详细信息]

Lake heatwaves under climate change

气候变化下的湖泊热浪

（导读 紫苏）湖泊生态系统和生活其中的生物很容易受到温度变化的影响，包括极端热浪的增加。本研究使用卫星观测和数值模型来研究1901-2099年全球数百个湖泊的湖泊热浪，表明在高温室气体排放情景PCR8.5下，相对于历史时期(1970年至1999年)，平均强度将从3.7±0.1增加到5.4±0.8℃，在低排放的RCP 2.6情景下，热浪强度和持续时间将分别增加到4.0±0.2℃和27.0±7.6天。湖泊热浪可能会改变物种组成，将水生物种和生态系统推到其恢复能力的极限。[相关报道：本世纪末的湖泊热浪或增加]

Observation of the onset of a blue jet into the stratosphere

观察蓝色射流进入平流层的过程

（导读 紫苏）蓝色射流是一种类似闪电的大气电荷放电，持续时间为几百毫秒，从雷云顶部传播到平流层时会放射成锥形。本研究报告来自国际空间站的光谱测量，该测量提供了分辨率为10微秒的无阻碍雷云视图。视图中可观察到五个强烈的，从雷暴单体发出的大约持续10微秒的蓝色闪光，闪光引发到平流层的蓝色射流。起始局部的微弱局部发射为红色光谱波段，这表明闪电和喷流是流状电离波，微秒级的闪光是在无线电波中观察到的负窄双极事件的光学等效物。[论文详细信息]

材料科学

Materials Science

Trapped fractional charges at bulk defects in topological insulators

拓扑绝缘体块体缺陷中捕获的分数电荷

（导读 阿金）拓扑晶体绝缘体（TCIs）可表现异常量子化电子现象，例如分数电子极化，或者边界局域分数电荷。本研究证明，在TCI超材料中向错缺陷可有效且稳定地俘获分数电荷，俘获的电荷即使在缺乏任何光谱信号的情况下都能展现非平庸且更高阶的晶体拓扑学。俘获电荷与缺陷中拓扑结合状态之间存在联系。该结果证明分数电荷是探索晶体拓扑学的有效途径。[论文详细信息]

Bulk–disclination correspondence in topological crystalline insulators

拓扑晶体绝缘体中块体-向错响应

（导读 阿金）理论预测块体中的向错缺陷可为探索晶体拓扑学提供有效方向。本研究报告了实验条件下观测到的块体-向错响应，表现为分数光谱电荷，以及向错位置的鲁棒键合状态。其中分数向错电荷源自对称保护的块体电荷模式，而鲁棒键合状态则是可直接观测到的拓扑晶体绝缘体次级特性。该结果揭示了该类材料的基本现象，为探索拓扑材料提供新范式。[论文详细信息]

A reprogrammable mechanical metamaterial with stable memory

具有稳定记忆的可重编程机械超材料

（导读 阿金）超材料由人工设计用来表现奇异物理特性，其机械性能通过材料结构来呈现。本研究使用可平铺的机械超材料设计框架，设计出包含物理二进制元素（m-bits）阵列的超材料，可清晰地写入和读取数据位，每一个m-bit可以通过磁场激活或者停用单元，在两种稳定状态之间独立并可逆切换。这种稳定记忆和可重编程机械特性有助于研发更先进的机械超材料形式。[论文详细信息]

其他

【Physics-物理】Transporting and concentrating vibrational energy to promote isomerization

振动能的传输和集中可促进异构化

（导读 阿金）描述荧光共振能量转移（FRET）的基本方程式表明振动能的传输和局域集中是可能的，但目前未有报道。本研究在NaCl(100)表面上加入一层厚12C16O覆盖层，可吸收更多中红外光子，并通过振动-振动能量转移将产生的振动激发传输至13C18O–NaCl界面，其测得的振动能量密度较之前的体系显著提高。该结果提出的概念有助于驱动其他化学构型变化，为凝聚相化学提供新方法。[论文详细信息]

【Chemistry-化学】A stable low-temperature H2-production catalyst by crowding Pt on α-MoC

将金属铂散存在碳化钼上实现稳定的低温制氢催化剂

（导读 阿金）水煤气变换（WGS）反应是工业制纯氢气的重要技术手段。本研究将单位点铂原子（Pt1）和亚纳米铂团簇（Ptn）稳定散存在α-碳化钼（α-MoC）上，形成(Pt1–Ptn)/α-MoC结构，甚至可在313开尔文温度下催化WGS反应，使用的是直接解离一氧化碳的制氢路径。该催化系统高度稳定，金属标准化周转次数超过4,300,000molH2/molPt。该策略有潜力用来设计可有效激活重要分子的高活性、高稳定性催化剂。[相关报道：水煤气变换反应，也能有坚固、高效而稳定的催化剂]

【Public Health-公共卫生】Mapping routine measles vaccination in low- and middle-income countries

中低收入国家的常规麻疹疫苗接种图谱

（导读 阿金）每年在全球范围内了解第一剂常规麻疹疫苗（MCV1）地方性覆盖情况有助于从地理角度了解精准的免疫模式。本研究分析了2000年至2019年101个中低收入国家常规儿童麻疹疫苗的年度覆盖情况，量化了地理不平等，并根据偏远程度评估了接种情况。结果发现，在最初10年大范围接种之后，后10年一半以上的地区覆盖率反而下降，而且农村覆盖率低于城市。结果为决策者制定强化常规MCV1免疫项目提供重要工具。[相关报道：过半地区麻疹疫苗覆盖率下降]

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