疾病治疗与相关机制研究
　　
　　

lncRNA调控心肌梗死机制研究

　　哈尔滨医科大学杨宝峰院士团队开展lncRNA-ZFAS1作为SERCA2a的抑制剂引起心肌梗死后心肌细胞内钙超载和心脏收缩功能障碍研究，研究论文发表于Circulation Research。lncRNA-ZFAS1可以作为SERCA2a蛋白的天然抑制剂，影响心肌梗死后心脏钙稳态和收缩功能。lncRNA-ZFAS1在心肌梗死心脏组织中和缺氧处理的心肌细胞中表达显著升高；在细胞层面，ZFAS1过表达可以减弱心肌的收缩功能。在亚细胞层面，ZFAS1负性调控心肌细胞内钙瞬变，引起心肌细胞内钙超载。在分子层面，ZFAS1可以特异性地与SERCA2a蛋白直接结合，抑制蛋白的表达和功能。敲减ZFAS1，可以有效逆转ZFAS1对心脏的损伤作用。
　　

高效、特异的超氧自由基EPR探针

　　天津医科大学药学院刘阳平教授和宋玉光副教授课题组报道了新颖的超氧自由基探针，解决了现有电子顺磁共振（EPR）方法难以在生物体系中高效、特异性检测超氧自由基的问题，研究成果发表于Chemistry-A European Journal。超氧自由基是分子氧的单电子还原产物，在生物体系中具有“双刃剑”的作用：一方面，低浓度的超氧自由基作为信号分子参与诸多信号通路；另一方面，过高浓度的超氧自由基导致氧化应激，引起心脑血管疾病、阿尔茨海默症、糖尿病等疾病的发生、发展。因此，超氧自由基的精准检测对于相关疾病的发病机制研究及其防治均有重要意义。
　　

光控细菌代谢用于肿瘤治疗

　　武汉大学化学与分子科学学院张先正教授团队利用光催化材料改造肿瘤靶向细菌，提出肿瘤的细菌光代谢疗法策略，从而实现对结肠癌和乳腺癌的治疗，相关研究成果发表于Nature Communications。随着对共生微生物认识的日益加深，人们逐渐意识到肿瘤内部是细菌和细胞共生的复杂微环境，并且相当一部分的细菌可以特异性地从循环系统中富集到肿瘤部位。通过将碳量子点掺杂的碳化氮负载到大肠杆菌MG1655上，利用合成材料良好的光催化性能，从而提高NO的产生，这一方法可以很好地实现细菌在肿瘤富集。动物实验证明，该策略在小鼠肿瘤模型上表现出了高达80%的抑瘤率。
　　

高灵敏液体活检研究进展

　　上海交通大学医学院分子医学研究院及仁济医院左小磊团队与中科院上海应用物理研究所樊春海研究员等合作，利用框架核酸（Framework Nucleic Acid，FNA）设计并构建了一种精确自组装纳米标记来定量放大微弱生物信号，实现了对循环肿瘤靶标的高灵敏检测，相关成果发表于Angewandte Chemie International Edition。通常，医生通过手术活检或穿刺活检对癌症病情做出判断，但传统活检技术在癌症的诊断和治疗过程中的局限性逐渐凸显。该研究通过引入核酸、酶、纳米颗粒等信号探针，实现了对生物信号放大的精确调控，提升了循环肿瘤靶标检测的灵敏度与准确性，为循环肿瘤靶标的高灵敏液体活检提供了新手段。
　　
　

　　
疾病治疗与相关机制研究
　　
　　

CE-BLAST:一种计算新发传染病病原体抗原性相似度的新型平台

　　上海市公共卫生临床中心、复旦大学生物医学研究院徐建青教授课题组和同济大学生命科学与技术学院曹志伟教授课题组合作研发了一个新的病原体抗原性计算平台，研究成果发表于Nature Communications。合作团队设计了一个空间免疫表位比对工具CE-BLAST，以高效计算不同病原体之间的抗原性距离。与以往的算法相比，CE-BLAST最大的优势在于可以不需要借助于实验数据作为训练来构建模型，这对于一些还缺少实验数据的新病原体而言以及新爆发的传染性疾病（例如寨卡病毒）而言尤为关键。进一步利用CE-BLAST构建出了一株广谱抗甲型流感病毒H3N2亚型不同毒株的疫苗，并在动物实验上得到很好的保护谱范围。
　　

抗寨卡病毒人源单克隆抗体研究进展

　　中国科学院遗传与发育生物学研究所许执恒研究员、清华大学医学院张林琦教授和广州市第八人民医院张复春教授领导的研究团队，阐述抗寨卡病毒人源单克隆抗体的体内保护作用，其中单克隆抗体ZK2B10可高效地保护胎鼠免于寨卡病毒感染及小头症相关症状，相关论文发表于Cell Reports。寨卡病毒是以埃及伊蚊等为媒介传播的黄热病毒，也可通过血液、母婴和性接触传播。寨卡病毒感染导致新生儿小颅畸形症以及格林—巴利综合症等严重神经系统疾病，世界卫生组织将此次寨卡疫情宣布为“国际关注的突发公共卫生事件”。截至文章在线发表时，临床上仍没有针对寨卡病毒的特异性治疗药物和预防性疫苗正式上市。
　　

社会不信任感在中国儿童青少年中可遗传

　　中国科学院心理研究所心理健康重点实验室、神经心理和应用认知神经科学（NACN）实验室研究员陈楚侨及其团队将最新编制的社会不信任感量表（Social Mistrust Scale）施测于2094名8至14岁的青少年双生子，以探讨社会不信任感在这一群体中的流行率和遗传度，研究结果发表于Schizophrenia Research。该研究验证出仅有少数（约15%）的青少年自我报告显示出较为严重的人际不信任水平。组内相关和遗传模型拟合的结果表明，社会不信任感在中国青少年群体中是可遗传的（遗传度19%～40%），而共同环境因素（24%～50%）和特殊环境因素（36%～50%）均对社会不信任观念的形成起到塑造作用。
　　

有限复制流感疫苗研制

　　中国科学院微生物研究所刘文军课题组利用NS1拮抗宿主抗病毒天然免疫的功能，制备了有限复制流感疫苗并建立了生产该类疫苗的细胞系，研究论文发表于Frontiers in Cellular and Infection Microbiology。RIG-I敲除的293T细胞有助于NS1R38A/K41A流感病毒的包装，稳定表达NS1的Vero细胞有助于NS1R38A/K41A流感病毒的有效复制，该系统可以用于包装并生产有限复制的IFN敏感疫苗病毒。NS1R38A/K41A流感病毒在正常细胞和小鼠体内的复制是有限的，NS1R38A/K41A病毒能够感染小鼠并诱导强烈的天然免疫和获得性免疫，是一种潜在的安全有效的干扰素敏感疫苗。
　　
　　
　

生物研究
　　
　　

乌龟性别决定机理

　　浙江万里学院葛楚天、钱国英团队与国内外科学家合作，揭示了组蛋白去甲基化酶KDM6B调控红耳龟温度依赖型性别决定的分子机理，解开了温度依赖型性别决定研究长达半个世纪的谜团，研究论文发表于Science。KDM6B在红耳龟未分化性腺中呈现温度依赖型二态性表达分布。温度置换实验表明，在性腺分化前，Kdm6b能快速响应温度变化。令人惊奇的是，通过RNA干扰将产雄温度（MPT）胚胎Kdm6b敲低后，80%～87%的MPT胚胎出现雄性向雌性性逆转。KDM6B通过消除启动子区H3K27me3标记，直接促进红耳龟雄性性别决定基因Dmrt1的表达。并且，Dmrt1的过表达能够恢复由Kdm6b缺陷引起的性逆转。
　　

糖尿病猕猴研究进展

　　中国科学院昆明动物研究所梁斌研究员团队和中国科学院生物物理研究所刘平生研究员团队、上海药物研究所周虎研究员团队等合作，在糖尿病猕猴研究取得新进展，相关论文发表于American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism。自发性糖尿病猕猴早期出现肥胖和高血脂，而晚期体重和血脂指标下降，出现明显的肝脏损伤；肝脏蛋白质组学显示，氧化磷酸化途径和支链氨基酸降解途径明显上调，肝脏损伤可能是肝脏中过多的ROS通过诱导线粒体释放细胞色素c，并激活胞质中Caspase3所致。在自然状况下，由肥胖转为糖尿病过程中，肝脏能量代谢出现从脂肪酸氧化到支链氨基酸降解的转变。
　　

首例CRISPR/Cpf1基因编辑家兔和猪模型

　　中国科学院广州生物医药与健康研究院赖良学课题组应用经改造的新型Cpf1基因编辑系统，成功获得了首例Cpf1基因修饰家兔和猪模型，研究论文发表于Cellular and Molecular Life Sciences。研究人员利用哺乳动物转运RNA(tRNA)内源剪切机制，对Cpf1引导RNA(gRNA)进行了改造，提高了Cpf1在细胞系和动物胚胎中的基因编辑效率。CRISPR/Cpf1是一种新型RNA引导的基因编辑工具，与目前广泛应用的CRISPR/Cas9相比，有更高的特异性，脱靶率更低，并且Cpf1能识别富含T碱基的间隔物相邻基序（PAM），扩大了CRISPR基因编辑系统的使用范围。
　　

长非编码RNA调控学习记忆新机制

　　中国科学技术大学刘强研究组发现并命名了长非编码RNA LoNA，揭示了LoNA通过调控蛋白翻译来影响学习记忆以及阿尔茨海默病的新机制，研究论文发表于Nature Communications。阿尔茨海默症是典型的以学习记忆障碍为特征的神经退行性疾病，在老年人中发病率很高，但是目前缺少有效的治疗措施。研究揭示在阿尔茨海默症的模型小鼠中敲低LoNA可以显著恢复核糖体RNA的水平，同时减轻模型小鼠的学习记忆障碍。在小鼠的海马区特异性敲低LoNA，可以显著增加突触相关蛋白的水平，提高突触可塑性，长时程增强学习记忆行为。该研究为阿尔茨海默症的治疗提供了重要靶点和全新的方向。
　　
　　
　　
　　　　
生物研究
　　
　　

小麦A基因组的测序和精细图谱绘制

　　中国科学院遗传与发育生物学研究所植物细胞与染色体工程国家重点实验室、中国科学院种子创新研究院、遗传发育所基因组分析平台、华大基因和荷兰Keygene公司合作，完成了乌拉尔图小麦材料G1812的基因组测序和精细组装，绘制出了小麦A基因组7条染色体的分子图谱，注释出了41507个蛋白编码基因。凌宏清研究员、梁承志研究员、王道文研究员和张爱民研究员为共同通讯作者。研究论文发表于Nature。小麦是全球最重要的粮食作物，养活了世界上40%的人口，提供了人类所需热能和蛋白质的20%。我国是世界上小麦生产和消费大国，常年种植面积为2400万公顷左右，年产量近1.3亿吨。
　　

PcG复合体的广谱招募机制

　　中国科学院分子植物卓越中心/植生生态所张一婧研究组与德国马普研究所的Franziska Turck研究组合作通过高通量数据分析揭示PcG复合体的广谱招募机制，研究论文发表于Nature Genetics。PcG（Polycomb-group proteins）复合体介导的H3K27me3表观修饰在动植物组织特异性发育过程中具有重要的调控作用。但是其特异性招募机制还不清楚，尽管已有个别位点和协同作用转录因子被报道，但是是否存在相对广谱的招募机制仍然不清楚。该研究证实了TRBs首先结合telobox基序，然后通过TRBs和CLF/SWN之间的相互作用招募PRC2蛋白介导靶基因的H3K27me3修饰，进而抑制靶基因的表达。
　　

种子传播新机制研究

　　中国科学院昆明植物所孙卫邦研究员和中国科学院西双版纳热带植物园汪正威、文平及华中师范大学的艾辉等合作，通过野外调查、化学分析、触角电位测定、胡蜂触角上的蛋白受体确定及系列的行为实验，解析了大百部种子被胡蜂传播的机制。研究论文发表于New Phytologist。胡蜂传播，即种子被胡蜂科昆虫进行传播，是蚁播植物中罕见的种子传播类型。研究揭示：1.胡蜂在大百部种子传播过程中扮演长距离传播的角色；2.大百部油质体在模拟昆虫血淋巴的同时，释放的嗅觉线索是维持胡蜂和大百部传播体关系的重要信号；3.胡蜂和蚂蚁协作传播大百部种子的行为可以用来解释该物种目前的分布格局。
　　

植物多样性在高寒草地生产力维持过程中起关键作用

　　北京大学城市与环境学院贺金生教授课题组与中国科学院西北高原生物研究所等单位合作，于2011年在青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站（简称“海北站”），建立了大型的“增温—降水改变”控制实验。通过野外实验，结合海北站连续32年的地面监测以及青藏高原9个站点实验研究的整合分析，探讨了气候变化对高寒草地植物群落结构和生产力的影响。研究论文发表于PNAS。结果表明，高寒草地植物多样性在气候变化下生产力维持过程中起着关键作用。更重要的是，高寒草地生态系统并没有从气候变暖过程中受益，这和以前的认识完全不同。
　　
　　
　　
　　　　
物理前沿
　　
　　

实现基于人类自由意志的量子非定域性检验

　　中国科学技术大学潘建伟教授及其同事彭承志、印娟、张强、陈宇翱等组成的研究团队，实现了基于人类自由意志和超高损耗下的贝尔不等式检验，相关成果发表于Nature。研究团队提出了基于人类自由意志，在地球—月球之间开展贝尔不等式检验的方案，发展了GHz亮度的纠缠源和高时间分辨探测系统，实现了超高损耗下的人类自由意志参与的贝尔不等式检验，该研究成果发表于Physical Review Letters；在此基础上，他们进一步与世界上多个研究小组合作，通过“大贝尔实验”国际合作的方式，利用超过十万人的自由意志产生的随机数成功顺利进行了量子非定域性检验。
　　

量子限域超流体

　　中国科学院理化技术研究所江雷院士首次提出“量子限域超流体”概念，并将文章发表于SCIENCE CHINA Materials。生物孔道中离子和分子以单链的量子方式快速传输定义为“量子限域超流体”，并指出限域孔道内离子和分子的有序超流为“量子隧穿流体效应”，该“隧穿距离”与量子限域超流体的周期相一致。仿生体系也存在量子限域超流现象，例如人工离子通道和水通道内物质的快速传输（每秒~106个离子）。通过把量子限域超流体概念引入化学领域，将引发出精准化学合成，即量子有机、无机、高分子反应等。引入到生物学领域，将产生量子超流的生物化学、生物物理、生物信息学以及生物医学等。
　　

太赫兹波段主动调控材料和器件研究进展

　　中国科学技术大学陆亚林教授量子功能材料和先进光子技术研究团队研究了太赫兹波与超构材料、氧化物超晶格薄膜相互作用机制，并成功制备了超快的太赫兹调制器，率先实现了皮秒级的高调制深度的太赫兹超快开关；同时制备了多功能的太赫兹器件，在单一器件中实现电开关、光存储和超快调制多种功能。相关研究成果相继发表于Advanced Optical Materials和Optics Express。太赫兹波具有独特的时域脉冲、低能、谱指纹、宽带等特性，它在物理化学、材料科学、生物医学、环境科学、安全检查、卫星通讯等领域有着广阔的应用前景。
　　

单中心近邻原子协同催化

　　中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心和化学与材料科学学院曾杰教授研究团队，通过构筑高铂负载量的铂—硫化钼原子级分散催化剂，揭示出单中心近邻原子协同催化作用机制，该协同作用是通过近邻金属原子之间的配位硫原子体现出来的，研究论文发表于Nature Nanotechnology。论文首次提出了“单中心近邻原子协同催化”这一新概念，突破了人们对单原子之间互不干扰的传统认识。研究发现近邻单原子之间的协同作用是通过其配位原子体现出来的。该发现将人们的视线从单纯对单原子的研究，延伸到对单原子的配位原子的研究，为单原子催化开辟了新的研究方向。
　　
　　
　　　　
物理前沿
　　
　　

水合离子的微观结构和幻数效应

　　北京大学量子材料科学中心江颖课题组、徐莉梅课题组、北京大学化学与分子工程学院高毅勤课题组与北京大学/中国科学院王恩哥课题组合作，得到了水合钠离子的原子级分辨图像，并发现了一种水合离子输运的幻数效应，研究论文发表于Nature。研究人员基于扫描隧道显微镜发展了一套独特的离子操控技术，来可控地制备单个离子水合物。发展了基于一氧化碳针尖修饰的非侵扰式原子力显微镜成像技术，可以依靠极其微弱的高阶静电力来扫描成像。继而发现了一种有趣的幻数效应：包含有特定数目水分子的钠离子水合物具有异常高的扩散能力，迁移率比其他水合物要高1～2个量级，甚至远高于体相离子的迁移率。
　　

最大规模光量子计算芯片

　　上海交通大学物理与天文学院金贤敏研究团队报道了世界最大规模的三维集成光量子芯片，并演示了首个真正空间二维的随机行走量子计算，这也是国内首个光量子计算芯片，相关论文发表于Science Advances。通过发展高亮度单光子源和高时空分辨的单光子成像技术，直接观察了光量子的二维行走模式输出结果。实验验证量子行走不论在一维还是二维演化空间中，都具有区别于经典随机行走的弹道式传输特性（ballistic transport）。这种加速传输正是支持量子行走能够在许多算法中超越经典计算机的基础。该研究首次在实验中成功观测到了瞬态网络特性，进一步验证了所实现的量子行走的二维特征。
　　

冷衬底上生长超稳定金属玻璃

　　中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心极端条件物理重点实验室汪卫华研究组博士生罗鹏在研究员汪卫华和白海洋的指导下，采用低速率离子束溅射沉积，克服了以往超稳定玻璃只能在高温沉底上制备的限制，在无需对衬底加热的条件下，制备出甚至比以往在高温衬底上得到的金属玻璃具有更高稳定性的超稳定金属玻璃薄膜，研究论文发表于Nature Communications。在室温衬底，也就是~0.43Tg的冷衬底上，实现高达60K的玻璃转变温度的提升，打破了以往的超稳定玻璃只能在高温衬底上制备的固有认知，是对以往的超稳定玻璃形成机制认识的一个挑战。
　　

在磁光谱中观测到手性朗道能级

　　复旦大学物理系修发贤教授课题组开展外尔半金属砷化铌中的手性朗道能级与拓扑准粒子相关研究，在外尔半金属砷化铌中探测到手性朗道能级，研究论文发表于Nature Communications。由于外尔半金属的手性朗道能级在磁场方向是线性色散的，光学跃迁有可能发生在非零动量处。此时，对应的跃迁频率也将明显受到费米面的影响。对于已进入和未进入量子极限的两个外尔点，允许的光学跃迁数目将完全不同。磁光谱中的诸多证据都清楚地证明了砷化铌中存在着独特的手性朗道能级。另外，手征性作为一种赝自旋，使外尔半金属可以应用到自旋和能谷电子学中，从而实现新一代的低能耗存储器件。