科研进展--中国科学院广州分院

广州能源所在CH4和CO2共转化制烯烃方面取得新进展

工业上乙烯的生产主要依赖于石油裂解工艺，但该工艺面临着资源限制和环境问题的挑战，研究者一直在努力开发一种生产过程更可持续的乙烯生产替代方案。甲烷氧化偶联（oxidation coupling of methane, OCM）通过一步反应将甲烷直接转化成烯烃，是非石油路线合成低碳烯烃的重要途径，对于改善能源利用结构及环境污染问题具有极大的促进作用。传统的OCM反应将氧气作为氧化介质，不可避免地带来过度氧化反应的发生，导致甲烷转化率和烯烃选择性存在“跷跷板矛盾”，极大程度上限制了烯烃收率。工业上乙烯的生产主要依赖于石油裂解工艺，但该工艺面临着资源限制和环境问题的挑战，研究者一直在努力开发一种生产过程更可持续的乙烯生产替代方案。甲烷氧化偶联（oxidation coupling of methane,OCM）通过一步反应将甲烷直接转化成烯烃，是非石油路线合成低碳烯烃的重要途径，对于改善能源利用结构及环境污染问题具有极大的促进作用。传统的OCM反应将氧气作为氧化介质，不可避免地带来过度氧化反应的发生，导致甲烷转化率和烯烃选择性存在“跷跷板矛盾”，极大程度上限制了烯烃收率。针对这一难题，广州能源所新兴固废高值循环研究中心废弃物处理与资源化利用科研团队创新性地提出了以CO2辅助的甲烷化学链氧化偶联方法，将甲烷和二氧化碳两种温室气体同时用于烯烃化学品的产生过程，并且保留了化学链反应的概念。本研究报道了一种以MnO-Na2WO4/SiO2为载氧体的CO2辅助甲烷化学链制烯烃方法。反应过程中CO2作为弱氧化剂补充载氧体上释放的晶格氧，XPS分析证实了CO2的引入可以明显提高反应过程中载氧体表面氧物种浓度，维持反应中的载氧体催化氧化活性，并且CO2的调控作用使得反应过程中载氧体可以在更长时间内匀速释放晶格氧，从而提高甲烷转化率和烯烃生成速率等关键指标。同位素表征实验揭示了CO2与载氧体发生了充分的氧交换反应，交换过程中一部分氧物种保留在载氧体表面并参与到后续的氧化偶联反应，同时反应过程中少量CO2发生向烷烃生成的碳转移途径，从而实现了更高的CH4转化率和烯烃产率。CO2辅助的甲烷化学链氧化偶联反应示意图CH4-CO2在载氧体上的反应路径研究成果为以CH4和CO2为主要组分的沼气、垃圾填埋气等气体高值化利用提供了借鉴意义。该研究得到了国家自然科学基金面上项目和广东省自然科学基金杰出青年基金项目的资助。相关研究以CO2-assisted oxygen exchange to enhance the chemical looping oxidation coupling of methane为题发表于ACS Sustainable Chemistry & Engineering。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssuschemeng.5c01466

2025-05-20

华南植物园揭示热带山地雨林球囊霉素相关蛋白空间分异规律

球囊霉素相关土壤蛋白（GRSP）作为丛枝菌根真菌（AMF）的重要代谢产物，在改良土壤结构与表征土壤碳储量方面具有关键作用。中国科学院华南植物园恢复生态学研究团队依托海南尖峰岭60公顷热带山地雨林动态监测样地，系统解析了GRSP组分的空间分异特征及其对土壤有机碳的贡献机制，为森林碳汇管理与生态系统恢复提供了科学依据。研究聚焦总球囊霉素相关蛋白（T-GRSP）和易提取球囊霉素相关蛋白（EE-GRSP）两大组分，揭示了三方面重要规律：（1）地形梯度效应显著：T-GRSP与EE-GRSP含量呈山脊>山坡>山谷的垂直递减格局，但其与土壤有机碳（SOC）的比值（T-GRSP/SOC、EE-GRSP/SOC）在山谷区域达到峰值。（2）环境驱动因子分异：山脊区GRSP含量主要受土壤全氮、速效磷和pH调控，而山谷区GRSP/SOC比值则主要响应pH变化。（3）生物多样性关联特征：整体树木多样性水平与EE-GRSP/SOC呈显著正相关，但AM树种丰富度及生物量未显现显著影响。该研究首次阐明热带山地雨林GRSP空间分异的地形-环境-生物协同驱动机制，证实景观异质性与生物多样性对土壤碳固存的关键调控作用。研究成果为优化森林碳管理策略、提升生态系统恢复力提供了新视角，特别强调在碳中和实践中需综合考虑微地形特征与生物多样性保育。相关研究成果已近期发表在国际学术期刊Plant and Soil（《植物与土壤》）上。中国科学院华南植物园博士后丁彰琦和中国林业科学研究院热带林业研究所李艳朋博士为论文共同第一作者，华南植物园刘占锋研究员和中国林业科学院热带林业研究所许涵研究员为论文共同通讯作者，该研究得到广东省基础与应用基础研究旗舰项目和国家自然科学基金等资助。论文链接：https://doi.org/10.1007/s11104-025-07515-2图1. 尖峰岭热带山地雨林三类地形中球囊霉素相关蛋白分布特征对比。注：T-GRSP，总球囊霉素相关蛋白；EE-GRSP，易提取球囊霉素相关蛋白；SOC，土壤有机碳。

2025-05-20

华南植物园从柠檬桉果实中发现抑制铜死亡活性新骨架成分Corymbinols A和B

铜死亡（Cuproptosis）作为近年来新发现的铜依赖程序性细胞死亡方式，已被证实与神经退行性疾病等重大疾病的病理机制存在密切关联。铜螯合剂可抑制铜死亡的发生，但铜死亡特异性抑制剂的研发仍处于探索初期。近期，中国科学院华南植物园战略植物资源保育与利用团队与中国科学院昆明植物研究所植物化学生物学团队展开合作，从柠檬桉（Corymbia citriodora）果实中分离并鉴定了两个具有新颖骨架结构的多环多甲基间苯三酚类化合物——Corymbinols A（1）和B（2a/2b）（图1）。通过构建elesclomol (ES)/CuCl2诱导的HepG2细胞铜死亡模型，研究发现Corymbinol A在20 μM浓度下表现出一定的铜死亡抑制活性。柠檬桉（C. citriodora）是桃金娘科伞房桉属的一种高大乔木，其枝叶和树脂已被广泛用于提取具有抗菌和抗炎活性的成分。然而，长期以来，柠檬桉的果实并未受到化学研究的充分关注。本研究团队通过核磁共振（NMR）、电子圆二色光谱（ECD）及X射线单晶衍射技术，成功解析了corymbinols A和B的复杂结构。其中，corymbinol A具有前所未有的6/6/10/6/6五环骨架，该骨架由倍半萜单元（C15）与双β-三酮通过连续两步杂Diels–Alder（HDA）环加成形成；corymbinol B为一对对映异构的双β-三酮-二氢查耳酮杂合物。铜与线粒体三羧酸循环中的酯化酶结合而导致蛋白质毒性应激，并最终导致细胞铜死亡。本研究通过铜离子载体elesclomol与Cu2+联用构建铜死亡诱导模型，旨在发现非铜螯合剂的铜死亡抑制剂。实验表明，corymbinol A在20 μM浓度下可部分逆转由于Cu2+过度积累导致的肝母细胞瘤HepG2细胞的铜死亡。同时corymbinol A部分回复了铜死亡相关线粒体铁硫簇蛋白ACO2和SDHB的表达水平。研究团队还提出了其生物合成路径：桃金娘科植物中广泛存在的β-三酮单体（leptospermone）经还原、脱水生成关键中间体ii，该中间体分别与hedycaryol和2,4,6-三羟基二氢查尔酮发生HDA环加成反应，从而形成了化合物corymbinol C（3）和4，化合物3和4进一步与中间体ii发生HDA反应，最终分别生成corymbinols A（1）和B（2）（图2）。该研究不仅拓展了多环多甲基间苯三酚类化合物的化学多样性，还为靶向铜死亡的药物研发提供了全新的分子骨架。相关研究成果以“Corymbinols A and B: Bis-β-triketone Conjugates of Sesquiterpene and Chalcone from the Fruit of Corymbia citriodora”为题发表于国际权威期刊Organic Letters（《有机化学通讯》）。中国科学院华南植物园李玉林博士后、中国科学院昆明植物研究所丁骁副研究员和段先乐硕士研究生为本文的共同第一作者。华南植物园邱声祥研究员和中国科学院昆明植物研究所郝小江研究员为本文的共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金和中国科学院科技服务网络计划的资助。文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.orglett.5c01245 图1. 柠檬桉（C. citriodora）果实中发现新颖骨架结构化合物图2. Corymbinols A和B可能生源途径（左），化合物1抑制铜死亡活性（右）

2025-05-20

深圳先进院｜在活细菌中合成金属-聚合物纳米复合物：探索细胞内材料构筑新路径（Angew. Chem.）

将活体生物系统作为材料合成平台，已成为功能性纳米复合材料研究的一个重要方向。相比传统的体外合成方法，细胞内原位构建材料具有环境友好、反应温和、空间控制精确等优势。因此，如何有效调动细胞这一“天然反应器”的功能，引导其在体内合成复杂纳米结构，成为当前亟需攻克的关键技术难题。将活体生物系统作为材料合成平台，已成为功能性纳米复合材料研究的一个重要方向。相比传统的体外合成方法，细胞内原位构建材料具有环境友好、反应温和、空间控制精确等优势。因此，如何有效调动细胞这一“天然反应器”的功能，引导其在体内合成复杂纳米结构，成为当前亟需攻克的关键技术难题。近期，中国科学院深圳先进技术研究院耿晋研究员团队在Angewandte Chemie International Edition上发表研究论文，题为“Intracellular Polymerization Induced Self-Assembly and Gold Nanocomposite Synthesis in Living Bacteria”。该工作发展了一种基于细胞内聚合诱导自组装（iPISA）的新策略，实现了在活大肠杆菌中合成金–聚合物纳米复合物，将细菌转化为“活体纳米制造工厂”。细胞内自组装的设计与调控研究团队设计了一系列结构和电荷性质不同的聚合单体，通过RAFT聚合机制在细胞内引发自组装。结果发现，不同电荷特性的聚合物与细胞膜的相互作用差异显著，直接影响材料的空间分布。某些配方更倾向于在细胞内部形成纳米复合物，而另一些则主要定位于细胞表面。这一结果为调控纳米材料的合成位置提供了可行策略：只需调整反应体系中的关键成分，即可实现在胞内或胞外构筑功能材料。拓展功能：构建细菌-材料杂合体系用于光催化反应除了材料合成，该体系在功能拓展方面也表现出良好潜力。团队进一步利用“负载”金-聚合物复合材料的大肠杆菌，开展了光催化反应研究。结果表明，这些“杂合细菌”能够在温和条件下催化醛醇缩合反应，有效合成2-乙基己烯醛。此外，复合材料中的金纳米颗粒可吸收可见光，激发高能电子，从而提升聚合物材料的光催化活性。在染料罗丹明B的降解实验中，该体系亦表现出优异效率，显示出在环境治理领域的应用潜力。展望与意义本研究展示了活细菌在纳米复合材料原位构建中的独特优势，为绿色合成提供了新策略。通过精确调控细胞内外的反应行为，该方法有望在催化、传感、生物制造等领域实现更广泛应用。该工作由中国科学院深圳先进技术研究院耿晋研究员、戴卓君研究员和澳门大学郭珩辉研究员共同通讯，博士研究生张诗玲为第一作者。研究获得国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省珠江人才计划以及深圳市医学研究专项等资助支持。

2025-05-19

亚热带生态所 | HAN2/OsABCB5基因调控机制破解粳稻耐寒密码

中国科学院亚热带农业生态研究所联合多家单位在Nature Communications发表题为Suppressing an auxin efflux transporter enhances rice adaptation to temperate habitats的研究论文，阐述生长素外排转运蛋白HAN2/OsABCB5通过生长素信号通路调控水稻低温环境适应性的分子机制。该研究获得两个新发现：① 生长素转运及其信号通路调控水稻低温环境适应性的遗传基础，② Copia逆转座子介导的表观遗传修饰驱动籼粳适应性分化的分子机制，为培育气候韧性水稻品种提供新的理论依据与基因资源。中国科学院亚热带农业生态研究所联合多家单位在Nature Communications发表题为Suppressing an auxin efflux transporter enhances rice adaptation to temperate habitats的研究论文，阐述生长素外排转运蛋白HAN2/OsABCB5通过生长素信号通路调控水稻低温环境适应性的分子机制。该研究获得两个新发现：① 生长素转运及其信号通路调控水稻低温环境适应性的遗传基础，② Copia逆转座子介导的表观遗传修饰驱动籼粳适应性分化的分子机制，为培育气候韧性水稻品种提供新的理论依据与基因资源。水稻作为起源于热带或亚热带的粮食作物，其生长发育对低温胁迫敏感。伴随全球气候变化加剧，极端低温事件发生频率显著上升，发掘耐冷基因并解析分子机制，有利于水稻高产稳产遗传改良。目前利用自然群体挖掘的水稻耐冷基因资源有限。该研究团队基于正向遗传学方法在温带粳稻中克隆到一个同时调控水稻苗期与孕穗期耐冷QTL-HAN2，HAN2编码一个生长素外排转运蛋白（OsABCB5），通过生长素介导的“OsARF24-OsMAP1/OsMPK3“信号通路负调控水稻耐冷性。在水稻驯化过程中，HAN2在籼稻和温带粳稻中出现分化。在温带粳稻中，HAN2等位基因在其下游获得一个Copia型逆转座子的插入，通过表观遗传学修饰降低基因表达，从而增强耐冷性，适应温带环境。温带粳稻HAN2等位基因向籼稻品种中导入可以增强水稻苗期与孕穗期耐冷性，因此该基因具有高产稳产育种价值。该研究深化了温带粳稻向北扩张的适应性驯化机制的理解，为气候韧性水稻育种提供了新的理论依据与基因资源。中国科学院亚热带农业生态研究所毛东海研究员为通讯作者，崔延春博士、黄丽芳、刘朋博士及王晓东为共同第一作者。研究获陈彩艳研究员、邢永忠教授（崖州湾国家实验室）、张文利教授（南京农业大学）、唐文帮教授（湖南杂交水稻研究中心）等专家指导，崖州湾国家实验室吴比博士、湖南杂交水稻研究中心谭勇俊博士等参与试验。南方科技大学陈永龙教授团队及本所公共技术中心提供技术支持，谢卡斌教授（华中农业大学）提供了遗传材料。研究获国家自然科学基金、湖南省科技重大专项等项目资助。论文链接水稻基因HAN2促进温带粳稻适应低温环境基于HAN2介导的水稻耐寒适应机制模型

2025-05-16

亚热带生态所 | 反刍动物消化道微生物膳食选择驱动纤维动态利用过程研究取得新进展

牛、羊等反刍家畜可为人们提供优质牛羊肉和奶类，是可满足人民群众日益多元化食物消费需求的优质蛋白来源。牛羊生产面临着饲草料供需失衡和饲料效率低等瓶颈，严重阻碍了高质量草食畜牧业的发展。膳食纤维作为反刍动物的主要营养来源，其利用效率直接影响动物的生长性能和健康状况。然而，不同纤维类型在反刍动物消化道的动态利用过程尚不明晰，尤其是消化道微生物在此过程中扮演的角色仍缺乏系统研究。牛、羊等反刍家畜可为人们提供优质牛羊肉和奶类，是可满足人民群众日益多元化食物消费需求的优质蛋白来源。牛羊生产面临着饲草料供需失衡和饲料效率低等瓶颈，严重阻碍了高质量草食畜牧业的发展。膳食纤维作为反刍动物的主要营养来源，其利用效率直接影响动物的生长性能和健康状况。然而，不同纤维类型在反刍动物消化道的动态利用过程尚不明晰，尤其是消化道微生物在此过程中扮演的角色仍缺乏系统研究。近日，中国科学院亚热带农业生态研究所畜禽健康养殖与农牧复合生态研究中心谭支良研究员团队针对提高纤维利用率的现实需求，基于微生物分解纤维的速率差异，以山羊为试验动物，构建了快速发酵型纤维（FF组，纤维素16.6%、半纤维素10.1%、果胶3.4%）和慢速发酵型纤维（SF组，纤维素22.8%、半纤维素13.7%、果胶1.3%）模型，构建了“纤维解聚→糖酵解→短链脂肪酸生成”级联代谢图谱。研究发现 SF组显著富集了瘤胃和盲肠中的纤维素降解菌Fibrobacter和Ruminococcus，而 FF组富集了果胶降解菌Prevotella，并通过提高果胶酶（PL1、GH28、CE8）的基因丰度提升动物生长性能。与此同时，慢速发酵型纤维可通过增强维生素B12 介导的瘤胃微生物纤维级联代谢提升生长羊纤维利用效率。相关成果以Dietary selection of distinct gastrointestinal microorganisms drives fiber utilization dynamics in goats为题发表于Microbiome（一区Top，IF=13.8）杂志上。此研究从全消化道的角度解析了哪些微生物、酶和途径参与了不同纤维组分利用的动态过程，可为靶向消化道微生物提升反刍动物纤维利用效率提供理论依据。该工作得到了国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、湖南省科技创新计划和中国科学院青年创新促进会等项目的联合资助，亚热带生态所毕业生张小丽为本论文第一作者，焦金真副研究员为论文通讯作者。论文链接山羊消化道微生物纤维代谢图谱

2025-05-16

深圳先进院 | 李汉杰团队提出并定义“小胶质细胞谱系”（Trends in Immunology）

5月13日，中国科学院深圳先进技术研究院的李汉杰团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Trends in Immunology发表了题为 “The Microglial Lineage: Present and Beyond”的论点文章。5月13日，中国科学院深圳先进技术研究院的李汉杰团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Trends in Immunology发表了题为 “The Microglial Lineage: Present and Beyond”的论点文章。基于外周组织中存在具有小胶质细胞特征的免疫细胞的研究进展，该文章提出使用“小胶质细胞谱系”这一术语，统一定义此类细胞和经典中枢神经系统小胶质细胞。小胶质细胞谱系是指具有小胶质细胞分子表型特征，相同胚胎起源的组织驻留免疫细胞，但其组织分布和功能呈现多样性。中枢神经系统（CNS）小胶质细胞的发现小胶质细胞的发现是神经生物学领域的里程碑（图1A）。过去一个世纪的研究表明，小胶质细胞是大脑健康的“守护者”，在发育、稳态维持、免疫监视及神经退行性疾病中发挥关键作用。以词源学角度，“microglia”（希腊语“micro-”意为“微小”）指代胞体较小的胶质细胞。广义的“胶质细胞”（希腊语“glue”，意为“胶水”）概念起源于19世纪中叶，反映早期学界将其视为神经系统的“粘合剂”。尽管“星形胶质细胞”一词于19世纪末被提出，但直到1919年，Pío del Río-Hortega才通过新型染色技术从小胶质细胞和少突胶质细胞中区分出星形胶质细胞，明确定义了具有独特小胞体特征的小胶质细胞。后续研究将视网膜中具有类似形态和染色特征的细胞也归入此范畴。尽管Pío del Río-Hortega从未将小胶质细胞严格限定于CNS，但由于历史研究重点和技术限制，学术界长期认为小胶质细胞仅存在于CNS。外周类小胶质细胞的发现单细胞基因组学以前所未有的精度揭示了细胞多样性，改变了生物学的传统研究范式。它能够以单细胞和转录组分辨率进行跨组织比较，重新定义对细胞亚群定义的理解，挑战了长期以来认为某些细胞具有严格组织特异性的观念。此外，单细胞基因组学技术、先进的计算生物学技术，和时间分辨率采样技术相结合，有望揭示人类和其它不常见物种中不同细胞类型的个体发育。基于单细胞测序技术，近期在人类及非啮齿类动物外周组织中发现，与CNS小胶质细胞具有相同转录组、表观遗传特征和相同卵黄囊起源的免疫细胞（图1A）。通过无偏性分析人类胚胎发育不同阶段的多个器官/组织单细胞转录组数据，作者团队及其他研究者发现：在胎儿皮肤、睾丸、心脏及外周神经系统（PNS）中，存在一类具有小胶质细胞转录组特征（表达P2RY12、SALL1、TMEM119，不表达MRC1、DAB2、LYVE1）的免疫细胞群。流式细胞术及免疫组化进一步证实，此类细胞为CD45lowMRC1-P2RY12+，与CNS小胶质细胞高度相似，而非其他组织定居巨噬细胞。稳态下，它们呈现典型分支状形态（胞体延伸出树突状结构）。时序性单细胞转录组联合原位免疫荧光染色表明，这些外周类小胶质细胞与其CNS对应物同步出现于神经管发育阶段，并可能起源于卵黄囊巨噬细胞祖细胞。表观遗传分析进一步显示，PNS类小胶质细胞与CNS小胶质细胞具有相同特征。综上，这些外周类小胶质细胞与CNS小胶质细胞共享转录组、蛋白标记、形态、表观遗传及胚胎起源（图1A）。小胶质细胞谱系：具有小胶质细胞分子表型与胚胎起源的组织驻留免疫细胞尽管Pío del Río-Hortega的早期研究聚焦于CNS，但其染色技术主要针对神经组织，限制了对外周区域的探索。后续啮齿类动物研究（小鼠和大鼠）强化了“小胶质细胞仅存于CNS”的观点。然而，近期单细胞基因组学研究在人类及非啮齿类外周组织中发现了与小胶质细胞具有相同分子特征及卵黄囊起源的细胞（Table 1）。这些发现挑战了传统认知，表明小胶质细胞谱系是一类分布广泛且具有器官特异性功能的独特免疫谱系（图1B）。文章提出使用“小胶质细胞谱系”统一指代CNS小胶质细胞及其外周同类细胞。该术语强调此类细胞共享小胶质分子表型与胚胎起源，代表一类广泛分布的定居免疫细胞（图1B）。这一命名方案符合现代细胞分类学原则，可避免术语混淆，并促进跨器官比较研究。1. 符合现代细胞分类学：传统细胞分类依赖有限标记物（如IBA1）和形态特征，而单细胞技术可基于分子与发育特征进行无偏分类。将组织定居巨噬细胞亚群纳入“小胶质细胞谱系”，体现了以发育关系和分子状态为核心的分类原则。2. 避免术语混淆：“类小胶质细胞”一词常被误用于iPSC衍生模型、单核细胞来源的CNS浸润细胞或仅表达部分小胶质相关基因（如TREM2、CX3CR1）的外周巨噬细胞。而通过多组学分析和跨组织比较鉴定的外周小胶质细胞谱系，在分子与发育层面与CNS小胶质细胞同源。将其归入“小胶质细胞谱系”可明确其生物学独特性。基于其与神经系统的关联，作者建议将PNS类小胶质细胞命名为“PNS小胶质细胞”。3. 促进跨器官比较：小胶质细胞谱系在CNS中调控突触修剪等神经功能的分子机制，可能在外周被“改造”用于调控神经嵴细胞分化或神经元成熟。统一命名有助于揭示该谱系在不同组织中的保守与特化功能。外周小胶质细胞谱系的功能意义外周小胶质细胞谱系在不同组织（包括胎儿皮肤、睾丸、心脏和周围神经系统）中表现出显著的多样性空间分布（图1B）。它代表着一个多样化的驻留巨噬细胞群，这些巨噬细胞在不同器官中发挥着特殊作用，它们源于胚胎但又适应于不同的组织微环境。在胎儿皮肤中，小胶质细胞谱系分布于表皮，并与神经嵴细胞发生物理相互作用，促进神经嵴细胞分化为黑素细胞前体。在睾丸中，它们在发育和成年期聚集于睾丸的输出管和附睾管周围。在心脏中，它们在发育过程中主要定位于心脏的主动脉壁。它们在睾丸和心脏中的功能仍在研究中。在感觉神经节（例如背根神经节，DRG）和交感神经节（SG）内，PNS小胶质细胞将神经元胞体包裹在由卫星胶质细胞 (SGC) 形成的膜内，与神经元胞体形成直接的物理界面。这些相互作用通过调节神经元胞体增大和轴突生长，对神经元成熟至关重要。PNS小胶质细胞的缺失会损害神经元的兴奋性和躯体感觉。多样化的组织分布和功能凸显了小胶质细胞谱系细胞对其微环境的适应性及其在组织发育和体内平衡中的关键作用（图1B）。未来研究展望为了全面了解小胶质细胞谱系，在未探索的组织、发育阶段和物种中鉴定新的亚群至关重要。跨物种比较研究至关重要，因为小鼠和大鼠中缺乏关键亚群（例如皮肤和PNS中的亚群）。通过对不同物种不同组织中小胶质细胞的存在进行系统发育分析，不仅可更好地理解小胶质细胞谱系的进化保守性和分化性，而且还可揭示进化和发育压力如何塑造小胶质细胞谱系在不同生态位中的可塑性。进一步阐明组织微环境如何塑造它们的表型和功能，将有助于阐明它们对不同组织体内平衡的贡献。由于CNS小胶质细胞参与不同的病理状况，而探索外周小胶质细胞谱系是否以及如何在男性不育、心血管疾病和周围神经病变等疾病中发挥作用，值得未来关注。填补这些研究空白将加强小胶质细胞谱系的进化多样性、组织共同和特异适应性及其与人类疾病相关性的理解。本文提出“小胶质细胞谱系”这一术语，以整合中枢神经系统与外周组织中具有相同小胶质细胞分子特征及发育起源的免疫细胞。这一分类方案旨在减少术语混淆、促进跨学科研究，并强调其进化连续性。但是最终该术语的适用性，需经科学界广泛讨论与共识确认。该研究获国家自然科学基金、深圳市医学研究专项资金、国家科技部重点研发计划、深圳市科技计划，以及深圳合成生物学创新研究院科研计划等多个项目的支持。文章上线截图图1. 小胶质细胞谱系是指包含小胶质细胞转录组和相同发育的免疫细胞。(A) 时间轴展示了小胶质细胞谱系的发现历史。(B) 示意图展示了小胶质细胞谱系在人类中的发育起源、组织分布和功能。

2025-05-16

深圳先进院 | 靶向抑制FABP4可为绝经后骨质疏松症提供新疗法（Nature Communications）

近日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所转化医学研究与发展中心王言副研究员团队，联合香港大学深圳医院陶惠人教授团队，在国际学术期刊Nature Communications上以“FABP4 inhibition suppresses bone resorption and protects against postmenopausal osteoporosis in ovariectomized mice”为题发文，首次报道证实脂肪酸结合蛋白4（FABP4）是驱动绝经后骨质疏松症的关键分子，靶向抑制FABP4可为PMOP治疗提供新方案。近日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所转化医学研究与发展中心王言副研究员团队，联合香港大学深圳医院陶惠人教授团队，在国际学术期刊Nature Communications上以“FABP4 inhibition suppresses bone resorption and protects against postmenopausal osteoporosis in ovariectomized mice”为题发文，首次报道证实脂肪酸结合蛋白4（FABP4）是驱动绝经后骨质疏松症的关键分子，靶向抑制FABP4可为PMOP治疗提供新方案。研究背景绝经后骨质疏松症（PMOP）是一种以骨量减少和骨折风险增加为特征的全身性骨代谢疾病，严重威胁我国老年女性健康。数据显示，我国50岁以上女性患病率高达32.1%，且发病率随人口老龄化持续上升。现有治疗药物因存在严重副作用或疗效有限，难以满足临床需求，亟需探索更加安全高效的新型分子靶点。研究发现FABP4是FABP家族中主要在脂肪细胞和巨噬细胞中表达的小分子蛋白，可介导游离脂肪酸的胞内转运与代谢调控，已被证实为糖尿病和类风湿性关节炎等疾病的潜在治疗靶点。鉴于糖尿病和RA患者常并发骨质疏松，若证实FABP4可直接调控PMOP进程，则其异常表达可能构成上述疾病共患骨质疏松的分子基础，这将意义深远。本研究显示，临床PMOP患者血清中FABP4水平显著升高，且与骨密度呈负相关关系。此外，在卵巢切除小鼠模型中，FABP4在血清及骨髓腔内均高表达。体外实验进一步证实，FABP4蛋白对BMSC的成骨分化无显著影响，但能显著促进破骨前体细胞的分化与成熟。药效学研究表明，FABP4抑制剂BMS309403对破骨细胞分化的IC50为0.89 μM，与常用临床药物阿仑膦酸钠（IC50 = 0.44 μM）接近。机制上，FABP4可通过激活Ca2+-Calcineurin-NFATc1信号通路，促进破骨细胞分化。在卵巢切除小鼠中，口服BMS309403可显著抑制长骨和腰椎松质骨的骨质流失，并有效改善长骨的弹性模量和刚性。进一步通过骨靶向纳米粒子递送BMS309403治疗后，其抗骨质疏松效果与阿仑膦酸钠相当甚至更优，显示了良好的应用前景。应用前景该研究揭示了脂代谢与骨骼健康间复杂的相互关系，对于理解代谢综合征、肥胖与骨质疏松共病机制有重大启示。未来有望据此开发精准诊断和个体化治疗方案，进一步提升治疗效果。中国科学院深圳先进技术研究院王言副研究员、谢倩助理研究员以及香港大学深圳医院陶惠人教授、吴太林医生为论文通讯作者，深圳先进院为论文的第一通讯单位。该研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、深圳市重大科技专项、深圳市基础研究重点项目的资助。图1：文章上线截图图2：研究示意图

2025-05-16

广州地化所吕少君、赵时真、张干等—NC：发现大气有机磷酸酯的二次生成新机制

针对此问题，中国科学院广州地球化学研究所副研究员赵时真、博士后吕少君、博士生田乐乐等，基于在中国12个城市开展的系统外场观测实验，综合运用模型手段、分子标志物及二元羧酸单体稳定碳同位素示踪技术，明晰了不同OPEs化合物的气-粒分配动力学特征。近日，中国科学院广州地球化学研究所张干研究员团队在大气新污染物形成/转化机制研究方向取得新进展。团队以典型新污染物—有机磷酸酯（OPEs）为研究对象，揭示了气溶胶液相化学对OPEs形成/转化的影响机制，为以OPEs为代表的新型化学品污染管控提供了新的启示。5月14日，相关成果发表于《自然-通讯》。化学品风险管控是我国新污染物治理行动计划的核心内容。现行对大多数化学品的污染管控，主要针对其母体和一次排放源，而较少考虑其环境转化产物所可能带来的生态和健康风险。然而，一些低毒性的母体化合物或前体物，在环境中可发生化学转化，产生高毒性的二次污染物。作为传统溴代阻燃剂的替代品，OPEs被大规模应用于电子、建材等领域，其全球产量高达100万吨。OPEs也是我国重点城市大气中含量最高的化学污染物之一。大气中OPEs既可能来源于直接排放，也可能由其前体物—亚磷酸酯抗氧化剂（OPAs）转化生成。目前，对于我国城市大气中OPEs的来源途径、及其形成/转化机制的认识依然不足。针对此问题，中国科学院广州地球化学研究所副研究员赵时真、博士后吕少君、博士生田乐乐等，基于在中国12个城市开展的系统外场观测实验，综合运用模型手段、分子标志物及二元羧酸单体稳定碳同位素示踪技术，明晰了不同OPEs化合物的气-粒分配动力学特征，揭示了大气颗粒物中“亲水性”OPEs的来源与二次生成途径。研究团队观察到，OPEs尤其是亲水性OPEs在细颗粒物中的含量远高于气相浓度，即存在部分OPEs在颗粒物上的“超富集”现象。他们发现，不同理化性质OPEs的气-粒分配行为存在显著差异（图1），Pankow分配模型模拟结果与疏水性OPEs分配系数较为一致，但远低估了亲水性OPEs的分配系数；同时，疏水性OPEs的气-粒分配行为对气溶胶有机物含量具有正响应，但亲水性OPEs的气-粒分配行为却对气溶胶液态水（ALW）含量具有正响应。基于亨利定律的相关分析也证实，疏水性OPEs主要分配到气溶胶有机相、亲水性OPEs主要分配到气溶胶液相。但这仍无法完全解释观测与模型模拟的差距。由此，他们提出了亲水性OPEs可能存在未知的大气化学机制，促使其在细颗粒物上发生二次生成的科学假设。图1. 亲水性和疏水性有机磷酸酯气-粒分配的模型模拟与观测结果团队进一步分析了亲水性OPEs与大气氧化剂、液相反应分子标志物间的关系，揭示出OPEs前体物（OPAs）在颗粒物中的液相氧化反应是驱动冬季亲水性OPEs二次生成的关键机制，其中，气溶胶中吸湿性无机盐、过渡金属可通过促进前体物和大气氧化剂的气-粒分配和氧化潜势，进而增强亲水性OPEs在颗粒物中的二次生成。在区域上，应用分子标志物和源解析模型，实现了我国典型城市颗粒态亲水性OPEs不同来源贡献的量化（图2），揭示OPEs的直接排放是夏季的主导来源（>80%），而二次生成的贡献在冬季显著增加（达25~50%）。综上，团队指出（图3），大气中的亲水性OPEs既可来源于OPEs的直接排放，也可由其前体物OPAs在颗粒物中经液相氧化而二次形成，且该机制在气溶胶液态水含量较高的冬季尤为显著。这一认识，首次强调了气溶胶液相过程在OPEs环境归趋中所起的重要作用。图2. 中国典型城市大气中颗粒态“亲水性”有机磷酸酯的来源解析图3. 气溶胶液相过程促进颗粒态“亲水性”有机磷酸酯生成机制示意图论文合作者、英国兰卡斯特大学杰出教授凯文•琼斯（Kevin Jones）表示，新型污染物或其前体物在释放到环境中后可能经历一系列反应，发生大气化学转化，导致形态转变甚或二次生成。这项研究增进了我们对有机污染物大气转化的认知，同时，也提示当前化学品风险评估过程中亟需全面认识和应对转化产物及二次污染问题。吕少君和田乐乐为该论文的共同第一作者，赵时真和张干为共同通讯作者，彭平安院士、凯文•琼斯和广东省生态环境监测中心正高级工程师陈多宏为主要合作者。该研究受到国家自然科学基金重点项目和青年项目、“一带一路”国际科学组织联盟（ANSO）联合研究合作专项项目、广东省基础与应用基础研究重大项目、广东省杰出青年项目和中国科学院青年创新促进会等项目的资助。论文信息：Shaojun Lv（吕少君）,LeLe Tian（田乐乐）,Shizhen Zhao（赵时真）,Kevin C. Jones,Duohong Chen（陈多宏）,Guangcai Zhong（钟广财）,Jun Li（李军）,Buqing Xu（徐步青）,Ping’an Peng （彭平安）and Gan Zhang（张干）. Nature Communications 2025,16(1):4463.原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-59361-6

2025-05-16

Nature Neuroscience | 深圳先进院揭示大脑中调控成瘾的“油门-刹车”重要机制

北京时间5月12日下午17时，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所朱英杰研究员团队的最新研究成果发表于《自然—神经科学》。他们发现，小鼠大脑中存在两条关键的多巴胺神经环路，能够调控毒品成瘾的发生发展，而在社会竞争中获得胜利体验能够重塑这两条神经通路，并降低小鼠的毒品成瘾行为。该研究为成瘾易感性的社会因素提供了新的机制解释和理论模型，并为成瘾的干预治疗提供了新的方案。药物成瘾是全球性的健康难题，但为何有人更容易沉溺其中？又为何有人能“悬崖勒马”，克服成瘾？北京时间5月12日下午17时，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所朱英杰研究员团队的最新研究成果发表于《自然—神经科学》。他们发现，小鼠大脑中存在两条关键的多巴胺神经环路，能够调控毒品成瘾的发生发展，而在社会竞争中获得胜利体验能够重塑这两条神经通路，并降低小鼠的毒品成瘾行为。该研究为成瘾易感性的社会因素提供了新的机制解释和理论模型，并为成瘾的干预治疗提供了新的方案。该研究中，深圳先进院朱英杰研究员为该论文的通讯作者，助理研究员邓潇斐、副研究员徐薇和助理研究员柳昱彤为论文的共同第一作者。深圳先进院为该研究的第一单位。发现与成瘾有关的“油门-刹车”通路根据联合国毒品和犯罪问题办公室发布的报告数据显示，全球使用毒品人数持续增加，2021年全球有超过2.96亿人使用毒品，比10年前高出23%。药物成瘾受到生物、心理和社会等诸多因素的影响，不同个体在成瘾易感性上存在差异。此前，来自人类和其它灵长类动物的研究显示，社会等级是影响成瘾易感性的一个重要因素，多巴胺系统可能参与其中。但其具体的神经机制仍不清楚。在该研究中，研究人员首先将两只体型相近的雄性小鼠配对饲养，并使用“钻管实验”来衡量小鼠之间的社会等级。简单来说，就是把两只小鼠头对头放进一根细管中，在实验中，将对方推出管子的小鼠被定义为“高等级小鼠”，被推出去的小鼠则为“低等级小鼠”。接着，研究人员让这些小鼠进行甲基苯丙胺（冰毒）自身给药实验，测试小鼠的成瘾行为。结果发现，“低等级小鼠”迅速习得甲基苯丙胺自身给药行为，而“高等级小鼠”则很少主动摄入甲基苯丙胺。那么，这一现象背后的神经机制是什么？研究人员采用多种神经科学技术发现，小鼠大脑中有两条重要的多巴胺能神经环路——“中脑-皮质”和“中脑-边缘”通路，发挥了关键作用。多巴胺被称为“快乐递质”，其释放与奖赏、动机密切相关。连接中脑到伏隔核的“中脑-边缘”多巴胺通路就像“油门”，驱动对奖赏的渴求；而连接中脑与前额叶皮质的“中脑-皮质”多巴胺通路，就像“刹车”，负责增强对厌恶刺激的觉察。研究者观察到，甲基苯丙胺在“高等级小鼠”的前额叶皮质释放的更高的多巴胺；而在伏隔核，“低等级小鼠”的多巴胺释放则更高。“用通俗的话来说，在‘低等级小鼠’中，中脑-边缘通路功能较强，而中脑-皮质通路则相对较弱，就如同强劲的‘油门’搭配松散的‘刹车’，使小鼠更容易对毒品产生渴求；相反，‘高等级小鼠’则呈现出轻踩‘油门’而用力‘刹车’的状态，从而增强了对毒品的抵抗力。”论文通讯作者朱英杰解释道。“胜利体验”，重塑大脑成瘾防线那么，调控“中脑-皮质”和“中脑-边缘”多巴胺通路这两条关键通路，是否能影响不同社会等级小鼠在觅药行为上的差异？为了验证这一假设，研究人员利用药理学和光遗传学手段，对这两条多巴胺环路进行干预。研究结果表明，降低“低等级小鼠”大脑中伏隔核区的多巴胺相关蛋白表达水平，能够显著降低其对甲基苯丙胺的摄入；而损毁“高等级小鼠”大脑中前额叶皮质的多巴胺纤维，则会增加其对甲基苯丙胺的摄入。更重要的是，通过光遗传激活中脑皮质多巴胺通路，不仅提高了小鼠在钻管实验社交竞争中获得胜利的可能性，同时也显著抑制了后续的甲基苯丙胺自身给药行为。“有意思的是，在钻管实验中，我们让‘低等级小鼠’无法后退，只能逼迫‘高等级小鼠’退让。每天重复实验5次，几天之后，‘高等级小鼠’放弃了挣扎，很快就主动退让了，而‘低等级小鼠’则信心满满地获胜了。”朱英杰介绍。经过两周这样的行为学训练后，原本“低等级小鼠”体验了胜利经历后，觅药行为大大下降，原本“高等级小鼠”体验失败经历后，则倾向于形成高觅药行为。这个过程中还伴随着“中脑-皮质”和“中脑-边缘”两条多巴胺系统的重塑。这些结果提示，社会竞争中获得胜利的体验或许可以通过重塑多巴胺系统，来抑制甲基苯丙胺的觅药行为。当前，传统的药物成瘾或毒品成瘾的抑制手段包括药物治疗、物理治疗、心理治疗、社会行为约束等。该研究为药物成瘾易感性的神经机制和社会因素提供了全新的理论框架，同时也为成瘾治疗的新手段和干预策略提供了重要借鉴。“例如，通过增强个体的社会成就感，或模拟成功体验，从神经机制层面‘加固刹车、削弱油门’，以降低成瘾风险。此外，该研究为未来开发非侵入性刺激疗法干预成瘾提供科学依据。”朱英杰表示。文章上线截图图1：社会等级通过影响“中脑-皮质”和“中脑-边缘”多巴胺通路，调控甲基苯丙胺成瘾行为；胜利经历能够重塑这两条通路并抑制觅药行为图2：朱英杰团队（论文共同第一作者：左一柳昱彤、左四邓潇斐、右三徐薇）

2025-05-15