科技名刊精选

科技名刊精选

抑制卵泡刺激素诱导脂肪组织产热减少全身脂肪

武汉大学口腔医学院季耀庭与美国西奈山医学院内分泌专家扎伊迪等合作，发现卵泡刺激素对脂肪组织能量代谢有显著影响，有望推动开发单一药物治疗更年期后骨质疏松与体重增加，以及一般性的肥胖症，研究成果发表于《自然》。科学家设计了特异性针对高卵泡刺激素（FSH）的抗体，从而实现在体内中和FSH的作用。该抗体可显著减少高脂饲料诱导小鼠和去势小鼠的内脏脂肪的积累。通过对棕色脂肪激活报道小鼠的研究发现：抗FSH抗体抑制FSH作用后，实验小鼠脂肪细胞内线粒体含量、小鼠活动耗氧量、身体活动、棕色脂肪和米色脂肪的产热作用都提高。

治疗多发性硬化症的小分子抑制剂研究

华中科技大学生命学院王晨辉教授团队开展IL-17在少突胶质前提细胞中激活NOTCH信号通路参与细胞增殖以及调节细胞炎性细胞因子表达研究，研究成果发表于《自然—通讯》。多发性硬化症是一种中枢神经脱髓鞘疾病，好发于视神经、脊髓和脑干。目前该疾病还没有较好的治疗方法，现有药物只能缓解病程，无法根治该疾病。研究发现IL-17在中枢神经系统内能够作用于少突胶质前提细胞，并激活NOTCH信号通路。IL-17诱导的NOTCH信号通路的激活对于疾病的发生发展至关重要，其主要通过影响下游信号分子的表达来发挥作用。研究提示这些小分子NOTCH抑制剂很可能可以作为多发性硬化症的治疗药物。

天然免疫应答过程中的去泛素化调控网络研究

武汉大学生命科学学院钟波教授团队阐述USP13通过去泛素化STING调控天然免疫应答的过程，相关论文发表于《自然—通讯》。天然免疫是保护机体抵御病原微生物入侵的第一道生理防线。其中MITA（也称STING）介导的信号通路，在机体抗DNA病毒天然免疫应答的过程中扮演着重要角色，其功能受到泛素化和去泛素化修饰的严格调控。USP13通过去MITA的K27连接的泛素化修饰，进而抑制宿主抗DNA病毒天然免疫应答。在USP13敲除的细胞中，MITA的泛素化修饰增强，促进了MITA与TBK1的相互作用，从而促进了病毒感染诱导的IRF3和NF-B的激活以及干扰素和炎性细胞因子等下游基因的表达。

肿瘤精准用药生物信息平台

天津医科大学基础医学院李俊教授团队和香港大学研究人员最近开发了一套基于肿瘤基因组突变的药物响应分析生物信息平台，研究成果发表于《核酸研究》。开发的Mutation To Cancer Therapy Scan的网络服务器，简称为mTCTScan，可以基于给定的癌症基因组谱分析突变肿瘤药物关联。mTCTScan能够整合所有与癌症药物和临床前化合物的关联来排优化可行性突变，并结合整个癌症基因组谱（而非单个的基因突变）来分类抗肿瘤药物/化合物。mTCTScan还纳入了全面的癌症相关突变注释和药物信息，助力精准医疗。

人类胚胎干细胞体外诱导为卵泡样细胞

清华大学医学院纪家葵课题组首次建立人胚胎干细胞定向分化为人卵巢类卵泡样细胞的体外分化体系，证明在不借助体细胞的条件下，通过在人胚胎干细胞中过表达核糖核酸（RNA）结合蛋白可以体外获得人类卵泡样细胞，相关论文发表于《自然—通讯》。卵泡是卵巢皮质内由一个卵母细胞和其周围许多颗粒细胞所组成。健康的卵泡是形成成熟卵细胞的必要前提。体外诱导人卵泡细胞的体系能提供改进辅助生育技术或为研究女性卵巢早衰等疾病提供直接测试基因突变的体外模型。在外源因子（GDF9与BMP15）与内源基因（DAZL和BOULE）共同作用下，人胚胎干细胞能进一步分化为人类卵泡样细胞的潜能。

某些防晒霜添加剂损害毛囊干细胞

青岛农业大学沈伟教授课题组阐述了涂抹在皮肤表面的防晒霜添加剂纳米氧化锌如何通过毛囊结构侵入皮肤组织，并对皮肤组织产生消极影响，研究论文发表于《纳米毒理学》。纳米氧化锌具有特殊的物理性质，涂抹到皮肤表面之后可以有效吸收紫外线UVA和UVB，防止皮肤紫外线损伤。而且其涂抹到皮肤上后呈透明状，不会反光，看上去不会“油乎乎”，这些特性使纳米氧化锌成为一种常用防晒霜添加剂。周期性的涂抹纳米氧化锌会导致这些纳米颗粒积累在实验小鼠毛囊中，而随着积累浓度的升高，最终导致纳米氧化锌对毛囊中干细胞的分化潜力产生损伤，对皮肤健康不利。

高胰岛素血症细胞模型和雄激素促进胰腺β细胞分化研究

中国科学院广州生物医药与健康研究院李尹雄课题组建立了KATP通道失活型先天性高胰岛素血症干细胞模型，通过胰岛β细胞分化在体外模拟了先天性高胰岛素血症的相关临床症状，研究论文发表于《科学报告》。先天性高胰岛素血症是由基因突变引发的胰岛β细胞过量分泌胰岛素所导致的高胰岛素低血糖综合征，发病率在1/25000～1/50000之间，其主要分子病理基础是ABCC8和KCNJ11基因突变，导致它们分别编码的KATP通道蛋白SUR1和Kir6.2亚基的功能异常。论文进一步分析ABCC8突变胰岛β样细胞对各种不同促进或移植胰岛素分泌药物的反应，为体外高通量药物筛选模型提供了基础。

移植动脉硬化研究进展

浙江大学生命科学学院余路阳课题组阐释了血管内皮中蛋白酶SENP1介导的蛋白翻译后SUMO化修饰通过调控转录因子GATA2在移植动脉硬化发生发展中的重要作用，相关论文发表于《自然—通讯》。器官移植后的慢性排斥反应能引起移植物动脉病变，最终导致移植失败。移植动脉硬化(Graft Arteriosclerosis, GA)是导致移植后血管病变的主要原因。移植血管中以及体外培养的内皮细胞中的GATA2可被SUMO化修饰，并受SENP1直接调控。炎症诱导的SENP1高表达促进了内皮细胞GATA2的去SUMO化修饰，继而增加了GATA2的蛋白稳定性，与相关粘附分子基因启动子的结合能力，协同促进内皮激活，加剧GA的发生。

世界首次千公里量级的量子纠缠

中科大潘建伟院士团队与国内科学家合作，实现了“墨子号”量子卫星在世界上首次千公里量级的量子纠缠，研究论文发表于《科学》。长距离纠缠量子对分发对于量子物理基础的检验和可扩展量子网络的实现是极其必要的。然而由于通道损耗，之前能够实现的分发距离被限制在100公里左右。此次实验通过距离总长在1600～2400公里之间的两个星—地下行线路，验证了基于卫星的、纠缠光子对在地面相距1203公里的两个接收站间的分发。实验观测到长距离站点间双光子纠缠的保持以及严格爱因斯坦局域化条件下贝尔不等式的违背。实验得到的线路效率比此前双光子通过通信光纤直接双向传输的效率高十几个量级。

亚波长全光模拟运算研究

浙江大学物理系阮智超教授研究组与合作者在亚波长全光模拟运算研究中取得进展，研究论文发表于《自然—通讯》。现代社会对信息处理性能的需求正在不断提高。光学信息处理技术与传统电子器件的信息处理方式相比，具备超快速、大带宽、大通量、低损耗等优势。科学家设计了一种基于金属表面等离激元的空间光场微分器，能够在光的反射过程中，实时地对光场的空间分布进行微分模拟运算。该器件基于最简单的表面等离激元结构，易于制备及大规模生产。该器件能够分别实现对空间光场的振幅和相位分布实现微分运算，可以直接应用于图像处理中，例如对图像实现超快速的实时边界检测、边缘提取。

“线粒体炫”调控神经元突触水平的长时程记忆被发现

中科大生命科学学院毕国强课题组与北京大学分子医学研究所程和平课题组合作，发现神经元树突“线粒体炫信号”在神经突触传递短时程记忆向长时程记忆的转化中可能发挥着关键作用，研究论文发表于《自然—通讯》。突触可塑性是学习记忆的神经基础。利用学习记忆的经典细胞模型——大鼠的海马神经元为研究对象，发现化学及电刺激方法诱发突触的长时程增强总是伴有突触附近一个或多个线粒体炫信号。人为激活线粒体炫信号，则能够稳定其附近的突触增大，从而产生从短时程增强向长时程增强的转化。线粒体炫的发生依赖于神经活动钙信号及钙依赖性激酶，其所释放的活性氧信号可能是促进突触长时程增强的信号分子。

石墨烯/黑磷烯平面超级电容器

中国科学院大连化学物理研究所二维材料与能源器件研究组吴忠帅研究员团队与中科院金属研究所任文才研究员团队合作，通过掩膜版协助一步过滤法制备出具有叠层结构的二维黑磷烯与石墨烯复合微电极，该电极可直接转移到柔性基底作为平面超级电容器，在离子液体中显示出优异的能量密度和良好的机械柔韧性，相关论文于《美国化学会—纳米》。平面超级电容器由于其具有厚度薄、体积小、功率密度高、循环寿命长等优点被认为是集成电子器件中重要的微电源储能器件而备受关注。这种器件制备方便，且无需加入常规的金属集流体、内部互联或接触体，可构筑模块化器件，进而获得高的容量和输出电压。

碳纳米管三维单片光电集成系统

北京大学信息科学技术学院彭练矛教授课题组在碳纳米管三维光电集成研究中取得进展，研究论文发表于《自然—通讯》。研究团队利用对称电极制备高性能碳管晶体管，利用非对称电极实现碳管光电二极管和发光二极管。通过引入“虚电极”的光伏倍增效应，有效提高碳管光电二极管的开路电压输出（9级级联的碳管光电二极管开路电压输出可以倍增到高于2V），从而实现了对后级晶体管器件的静电控制。2015年，国际半导体技术发展路线图（ITRS）委员会正式宣布摩尔定律将走到尽头，信息技术进入后摩尔时代。碳纳米管被认为是后摩尔时代的理想沟道材料，在电子和光电子器件中被广泛研究。

运动平台光束稳定控制

中国科学院光电技术研究所光束控制重点实验室任戈、毛耀课题组在运动平台快反镜光束精密稳定控制方法研究的进展如下：1.提出一种基于扰动加速度估计补偿的快反镜控制方法；2.提出一种增强的基于加速度测量的扰动观测器控制器方法；能有力地增强了系统的主动扰动隔离能力，提高了跟踪控制性能。相关成果先后发表于传感器和IEEE光子学杂志。运动平台上基座的扰动会直接传递到快反镜镜面上，从而降低偏转光束的稳定跟踪精度，影响系统性能。快反镜作为光学精密跟踪控制系统的核心部件已多用于长距离激光通信、自适应光学、太空望远镜系统等光学系统上。在航天器、飞机、汽车等运动平台上也逐渐开始应用。

绝缘体衬底上直接制备石墨烯研究

中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室SOI(绝缘体上硅)材料与器件课题组汪子文、薛忠营等在锗辅助绝缘体上石墨烯材料生长取得进展,相关论文发表于Small。科学家基于锗衬底上生长高质量单层石墨烯的研究基础，在绝缘衬底上预先沉积锗薄膜作为催化剂，通过优化石墨烯生长温度和生长时间，在完全蒸发掉锗薄膜的同时实现单层石墨烯在绝缘衬底表面的全覆盖。获得的绝缘体上石墨烯材料表现出良好的电学性能，初步展示了其在除雾、电致变色等加热器件方面的应用。该研究有助于推动石墨烯材料在微电子领域的应用。

藻类细胞微型机器人

中科院沈阳自动化研究所微纳米课题组刘连庆、焦念东等将微型机器人和生物驱动领域的最新研究成果发表于芯片实验室。从工程学的角度来看藻类细胞如同一个个微型机器人，它具有感知和驱动能力，能够从周围液体环境中获取能量，并高效地将化学能转化为其鞭毛的机械能，推动细胞自由游动。该研究实现了藻类细胞的阵列化旋转。结合光诱导介电泳技术（ODEP），建立了藻类细胞在ODEP微环境中的转动状态模型和受力模型，实现了对藻类细胞的快速捕获及阵列化旋转，且通过改变光强可有效调节细胞旋转速度。构建的藻类细胞旋转阵列有望作为微尺度马达阵列，在微流控及生物驱动领域发挥重要作用。