Nature
　　

线粒体蛋白质稳态有助于降低β-淀粉样蛋白水平

　　Nature封面：及时冻结。Nature杂志第7684期封面文章报道了增强线粒体蛋白质稳态或许有助于控制人体内的β-淀粉样蛋白质病变。蛋白质毒性压力（错误折叠的毒性蛋白质在细胞内积聚）与线粒体功能障碍有关。Johan Auwerx等人发现，对于由β-淀粉样蛋白积聚引起的蛋白质毒性压力，线粒体蛋白质稳态是一个关键的应答机制。β-淀粉样蛋白积聚会诱导线粒体应激反应和线粒体自噬，该过程从线虫到人类中均一样。增强这种应答可对线虫、培养的哺乳动物细胞和阿尔茨海默病小鼠模型产生有益影响。
　　

2017年《自然》年度十大人物

　　Nature封面：数字“10”。Nature杂志第7685期封面文章报道了2017年度《自然》杂志评选出的年度十大人物。10位在影响科学界的趋势、事件和挑战中扮演重要角色的人物。从量子通信和基因组编辑，到一场潜在核危机和美国环保政策的退步，该人物列表总结了2017年科学和科学家的成就与挫折。中国物理学家潘建伟入选。本期封面设计采用了一种机器学习算法风格，展示了人工智能在科学技术领域日渐突出的作用。该算法原本用于解决“旅行推销员问题”，即找出一系列指定地点之间的最佳路线。因此，数字“10”由一条单线组成。
　　

声学报告基因让超声波为人体内的细菌成像

　　Nature封面：通过基因工程在微生物中人为引入气体囊泡，实现高空间分辨率的微生物超声影像。Nature杂志第7686期封面文章报道了细菌超声成像研究进展。研究人员开发出一种声学报告基因 (acoustic reporter gene)，这些报告基因让表达它们的细菌可以被超声波成像，而超声波具备很好的深度组织穿透能力和很高的空间分辨率。某些水生的光合生物需要表达一种称为微型气泡的气体填充的蛋白纳米结构来调节浮力，声学报告基因就是基于这些微型气泡设计而成的。研究人员通过开发具备不同声学特征的报告基因，他们可以对多种细胞同时进行成像。
　　

FRB 121102射线可能来自中子星

　　Nature封面：波多黎各阿雷西博天文台William E.Gordon望远镜。Nature杂志第7687期封面文章报道了天文学发现了第一个重复出现的FRB信号——FRB 121102新进展。FRB 121102处于极端的和动态的磁离子环境中，并且脉冲的持续时间短意味着中子星起源。爆炸源头来自一个强大的磁场，就像在一个巨大的黑洞周围。然而爆炸的时间非常短，大概在30微秒到9毫秒之间，这表明源头非常小。这些爆炸可能来自于这样一个环境中的中子星，或者可以由其他模型解释，比如一个高度磁化的风星云，或者是围绕着一个年轻中子星的超新星残骸。
　　    　　

Science

引力波

　　Science封面：两颗中子星相互旋转。Science杂志第6370期封面文章报道了双中子星并合事件，这是2017年度十大突破之一。2017年8月17日，美国和意大利的探测器发现了来自这一事件的引力波。几秒钟后，一颗卫星发现了伽马射线暴，70多个天文台随后对每一个波长的后果进行了研究。该双星系统位于距离我们约40兆秒差距的地方，由两个质量分别为1.1和1.6个太阳质量的中子星并合所产生的引力波信号（GW170817），本次探测到来自宇宙的引力波信号，同时也标志着多信使天文学的开端。
　　

肠道微生物和癌症

　　Science封面：微生物影响患者的免疫响应。Science杂志第6371期封面文章报道了对免疫疗法反应好的患者似乎有一些特别的肠道细菌。肠道微生物种类聚集成一个癌症意识带（cancer awareness ribbon）的形状。有大量不同肠道细菌的癌症患者在检查点抑制剂免疫治疗后的生存效果更好，而肠道菌群衰竭的患者对这种治疗反应不佳。因此，调节微生物组可以为改善癌症患者的反应提供希望。例如，来自MD Anderson癌症中心的Jennifer Wargo研究组发现肠道微生物对接受PD-1抑制剂治疗的黑色素瘤患者很重要。
　　

弗兰肯斯坦已经成为了科学的延伸

　　Science封面：重新塑造了玛丽·雪莱（Mary Shelley）1818年小说中的怪物。Science杂志第6372期封面文章报道了雪莱关于科学和流行文化的书的持久遗产，以及来自现代的，现实生活中的弗兰肯斯坦的潜在风险。1818年1月，玛丽·雪莱出版了她的新书《科学怪人》，这是一个可怕的故事，讲述的是一个医生从清除身体的器官中制造出一种生物，然后看到他的朋友和家人被怪物摧毁了。200年后，弗兰肯斯坦对于任何从事科学工作的人来说仍然是必不可少的读物。
　　

摆动手臂的DNA机器人

　　Science封面：多个转子臂的长链自组装DNA平台的艺术图。Science杂志第6373期封面文章报道了基于DNA的纳米机器人手臂研究进展。这种技术依赖于DNA的负电荷性质。这款几乎全部由DNA组成的微型机械长约25纳米，手臂主体是刚性双链DNA螺旋，通过一条柔韧灵活的单链DNA被附着在一个55纳米见方的DNA台面上。手臂不仅可以左右旋转，也能到达指定位点。并且它的运动速度飞快，每个姿势变换仅需几毫秒，比此前开发的其他DNA纳米机器速度快100万倍。
　　  　　

医药与健康

乙型脑炎治疗新方案

　　中国科学院生物物理研究所生物大分子国家重点实验室饶子和研究团队与空军军医大学徐志凯课题组合作，揭示乙型脑炎病毒高中和活性抗体的结构基础和中和机制，研究论文发表于《自然—微生物学》。该论文报道了乙型脑炎病毒JEV分别与两株治疗性抗体2F2与2H4复合物的冷冻电镜结构，并阐明了两株中和性抗体的功能和作用机制。2F2和2H4这两株中和性抗体只与乙型脑炎病毒相互作用，不与同为黄病毒属的登革热病毒、寨卡病毒和黄热病毒相互作用，并且这两株抗体均表现出了较高的亲和力。动物水平的保护实验发现，这两株抗体能够完全清除被感染小鼠脑内的乙型脑炎病毒，并完全治愈被感染小鼠。
　　

酒精性肝损伤研究进展

　　复旦大学药学院教授沈晓燕团队研究发现，分选连接蛋白10（SNX10）缺失可抵抗酒精过量引起的肝损伤和脂肪变性，该研究为减轻酒精过量引起的肝损伤提供了新思路，有望成为治疗酒精性肝病的潜在靶标。研究成果发表于《肝脏病学杂志》。随着人们生活方式的不断改变，酒精性肝病的发生率也在逐年攀升，至今仍缺乏靶向控制药物。敲除SNX10可抑制组织蛋白酶A的活性，增加细胞溶酶体LAMP-2A的稳定性，进而激活分子伴侣介导的自噬。后者可抑制蛋白酶体活性，激活Nrf2-HO1和AMPK信号通路，减轻酒精过量引起的肝脏氧化应激和脂肪变性，从而对酒精引起的小鼠肝损伤发挥保护作用。
　　

哮喘治疗新靶标

　　上海中医药大学杨永清教授研究团队与邓林红教授研究团队合作，发现了哮喘治疗新靶标——肌动蛋白结合蛋白2（Transgelin-2），研究论文发表于Science Translational Medicine。哮喘是一种严重威胁人类健康的常见慢性呼吸道疾病。研究中发现针刺大椎、风门、肺俞等穴位后，可显著改善哮喘患者呼吸功能，并提高在哮喘发病中起关键作用的金属硫蛋白-2（MT-2）蛋白含量。从6000个化合物中筛选了可以特异性结合针刺抗哮喘靶标Transgelin-2的小分子，并验证确认了“类针刺”舒张气管平滑肌作用的先导化合物TSG12是具有良好临床应用前景的潜在抗哮喘新药物。
　　

首个哺乳动物细胞图谱

　　浙江大学医学院干细胞与再生医学中心教授郭国骥团队研发出高通量单细胞测序平台“Microwell-seq”，并在短时间内利用这一平台构建全球首个哺乳动物的细胞图谱，研究成果发表于《细胞》。利用微孔矩阵、分子标记和扩增技术，高通量、高精度地实现单细胞水平分析，解决了传统测序中单个细胞核酸物质少、容易丢失、分析成本高的难题。借助这一高通量单细胞测序平台，研究人员对小鼠不同生命阶段的近50种器官组织的40余万个细胞进行了系统性的单细胞转录组分析，构建了首个哺乳动物细胞图谱。小鼠细胞图谱的完成，将为下一步人类细胞图谱的构建带来指导性意义。
　　　　

医药与健康
　　

大气污染与糖尿病呈现正相关

　　中山大学公共卫生学院董光辉教授等课题组与国内外科学家合作，发现长期暴露于空气污染与中国人群糖尿病风险增加有关，特别是年轻或超重或肥胖的人群，研究成果发表于Planetary Health。暴露于PM1，PM2.5，PM10，SO2，NO2和O3可能会对葡萄糖升高产生不利影响，包括葡萄糖和胰岛素浓度升高，从而增加中国糖尿病的发病风险。此外，年轻人和超重或肥胖者可能更容易受到空气污染的致糖尿病影响。与其他中等收入国家一样，由于高空气污染与中国的糖尿病大流行并存。鉴于糖尿病流行的严重公共卫生影响和无处不在的空气污染，探索中国空气污染与糖尿病之间的关系，对于制定预防措施至关重要。
　　

肺干细胞移植研究进展

　　同济大学教授左为团队报道了利用成年人体肺干细胞培养和移植技术再生肺脏的工作，具体而言是成年人体SOX9阳性支气管基底层细胞移植再生功能性肺泡，该成果发表于Protein & Cell。从患者支气管刷取出的几十个干细胞，在体外扩增数千万倍之后，被移植到患者肺部的病灶部位。经过3～6个月的增殖、迁移和分化，这些干细胞逐渐形成了新的肺泡和支气管结构，进而完成了对患者肺部损伤组织的修复替代。目前我国各种肺部疾病正处于高发状态，肺部组织一旦遭破坏而发生纤维化，病情往往持续发展而无法逆转。然而，传统的药物只能减缓其纤维化的进程；肺干细胞移植成为新的研究热点。
　　

Poly（ADP-ribose）介导小鼠卵母细胞的非对称分裂

　　北京大学第三医院乔杰院士与李默研究员揭示了Poly（ADP-ribose）在卵母细胞非对称分裂中的作用机制，研究论文发表于Cell Research。非对称分裂是哺乳动物雌性配子特有的分裂方式，即产生一个小体积的极体与一个大体积的卵母细胞。非对称分裂使得卵母细胞保存了绝大部分的母源物质，是其后受精与早期胚胎发育的物质基础，对受精卵和早期胚胎质量具有重要影响。Poly（ADP-ribose）与纺锤体一极伸出的放射性微管相结合，拉动纺锤体向皮质区移动，实现了纺锤体的非对称定位以及卵母细胞的非对称分裂。该研究为临床评估卵母细胞质量、未来基因干预改善卵母细胞体外培养成功率提供了全新策略。
　　

大肠癌新的潜在治疗靶点

　　上海交通大学医学院附属仁济医院消化科教授陈萦?、房静远课题组发现位于线粒体的sirtuin家族蛋白SIRT5通过促进大肠癌细胞的谷氨酰胺代谢在大肠癌的发展中发挥重要作用。该研究丰富了大肠癌代谢调控机制，并为SIRT5作为大肠癌潜在治疗靶点奠定了理论和实验基础，研究成果发表于《自然—通讯》。谷氨酰胺代谢酶LUD1参与介导了SIRT5的促肿瘤作用。SIRT5诱导的GLUD1赖氨酸残基的去戊二酰化明显上调其酶活，进一步促进谷氨酰胺回补三羧酸循环，提供肿瘤细胞快速分裂增殖必需的前体物质。
　　　　

物理化学
　　

BODIPY快速可逆反应控制研究

　　中国科学院化学研究所光化学重点实验室研究员杨国强课题组与国内外科学家合作，提出了三芳基硼化合物特异荧光性质的发光机理，设计制备了一系列特殊超分子结构荧光探针，应用于对细胞和生物体内的温度、酸碱性等微环境变化和多个活性物种的荧光检测。相关论文发表于《自然—通讯》。通过对meso-位无取代的BODIPY2,6-位取代基的选择性修饰，实现了在碱诱导下的BODIPY的快速可逆二聚反应，二聚产物由于共轭结构的改变使得BODIPY的强发光性质发生猝灭；当遇到可以与诱导剂碱发生反应的物种时，二聚体又可以快速解离，进而恢复BODIPY的强发光性质。据此，设计了甲醛的高效灵度探针。
　　

实现半导体三量子比特逻辑门

　　中国科学技术大学郭光灿院士领导的中国科学院量子信息重点实验室在半导体量子比特扩展方面获得进展：该实验室半导体量子芯片研究组郭国平教授与肖明、李海欧和曹刚等人创新性地设计并制备了半导体六量子点芯片，并在实验上实现了三量子比特的Toffoli门操控；相关成果发表于Physical Review Applied。设计了T型电极开口式六量子点结构，使得控制比特与目标比特有较强的耦合，同时两个控制比特之间的耦合较小，满足了实现两个控制比特对目标比特受控非门的操控要求，利用优化设计的高频脉冲量子测控电路，实现了基于半导体量子点体系的三电荷量子比特Toffoli逻辑门，为可扩展、可集成化半导体量子芯片的研制奠定了基础。
　　

基于忆耦器实现神经突触可塑性和神经网络模拟

　　中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心磁学国家重点实验室孙阳研究组与同行科学家合作，提出了一种基于磁电耦合效应的非易失性电路元件——忆耦器（memtranstor）。这种器件由电荷和磁通的非线性关系来定义，其状态值用电耦来表示，可以通过测量器件的磁电耦合电压值来给出；研究论文发表于Advanced Materials。研究者在具有室温大磁电耦合效应的Ni/PMN-PT/Ni忆耦器中，通过调节脉冲触发电压和脉冲次数，实现了电耦值的连续可逆变化，模拟了神经突触权重增强和减弱行为。利用忆耦器模拟了神经突触可塑性和学习功能，证明了基于忆耦器构建低功耗神经网络的可行性。
　　

二甲苯“绿色合成”研究

　　中国科学院大连化学物理研究所航天催化与新材料研究中心副研究员李昌志、研究员王爱琴和张涛院士团队在绿色对二甲苯（PX）合成路线中取得新进展，设计出一条以木质纤维素资源生物发酵产物（生物基异戊二烯）和甘油脱水产物（丙烯醛）为原料，利用碳化钨催化分子内氢转移串联反应的合成路线；研究论文发表于《德国应用化学》。选择具有特定结构的生物质平台分子异戊二烯和丙烯醛为底物，在路易斯酸离子液体催化作用下，通过狄尔斯—阿尔德反应，构建具有对位取代基的六元环中间体——4-甲基-3-环己烯甲醛。该中间体在碳化钨催化剂的作用下，通过连续气相脱氢—加氢脱氧反应生成PX，两步反应PX总收率高达90%。
　　　　

物理化学
　　

用于搜寻标准模型以外新粒子的单自旋量子传感器

　　中国科学技术大学杜江峰院士领导的中国科学院微观磁共振重点实验室提出并实现了用于搜寻类轴子的单电子自旋量子传感器，将搜寻的力程拓展到亚微米尺度；该成果发表于《自然—通讯》。研究者将金刚石近表面NV色心的电子自旋用作传感器来搜寻小于20微米范围的电子与核子相互作用。制备了离金刚石表面10纳米以内的NV色心作为探测器，开发了相应的电子学设备和量子控制方法。实验表明新传感器可以探索的力程范围是0.1微米到23微米。这一新方法也可以推广到其他自旋相关新相互作用的研究，从而为利用单自旋量子传感器来研究超出标准模型的新物理提供了可能性。
　　

双指针阿秒钟研究进展

　　北京大学极端光学创新研究团队刘运全教授和龚旗煌院士等进一步发展了阿秒钟技术，采用同向旋转的双色（400纳米+800纳米）圆偏振激光开展实验研究，实现了一种双指针阿秒钟测量技术；研究论文发表于《物理评论快报》。原子分子内的电子运动时间尺度在阿秒（10-18秒）量级，能够追踪和测量原子或分子中电子的运动一直是物理学家的重要目标之一。在圆偏振激光作用下，激光电场在一个光周期内旋转360度，不同时刻电离的电子波包会在动量空间上被映射到不同的发射角。通过这种基于圆偏振激光的角度分辨streaking技术，对于800纳米激光可以实现2.7飞秒/360度,即7.5阿秒/度的超高时间分辨能力，因此被称为阿秒钟。
　　

可耐受超高温忆阻器

　　南京大学物理学院缪峰教授课题组与国内外科学家合作，利用二维层状硫氧化钼（氧化二硫化钼）以及石墨烯构成三明治结构的范德华异质结，实现了基于全二维材料的、可耐受超高温和强应力的高鲁棒性忆阻器，研究论文发表于《自然—电子学》。忆阻器，是一种基于“记忆”外加电压或电流历史而动态改变其内部电阻状态的电阻开关。由于拥有超小的尺寸、极快的擦写速度、超高的擦写寿命、多阻态开关特性和良好的CMOS兼容性，忆阻器被业内视为可应用在未来存储和类脑计算（神经形态计算）技术的重要候选者。研究展示了二维层状材料异质结构在忆阻器领域中的应用前景。
　　

量子自旋霍尔和拓扑激子物态研究进展

　　北京大学量子材料科学中心杜瑞瑞教授课题组研究发现在应变的（strained）InAs/GaInSb量子阱中，存在受时间反演对称性保护的量子自旋霍尔态，并且相比于之前InAs/GaSb量子阱中的量子自旋霍尔态，其体态能隙最大可增加5倍，达到250K。研究论文发表于《物理评论快报》。量子自旋霍尔态是拓扑量子物态的一种，具有绝缘的二维体态和导电的一维螺旋（helical）边缘态。量子自旋霍尔态也被认为是很有可能实现拓扑量子计算的物理平台之一。在应变的InAs/GaInSb量子阱中，量子阱中的应力使其能带发生改变，从而使得体态杂化能隙得以增大，直接导致边缘态电子费米速度的增加，螺旋边缘态中的相互作用效应变弱。