中国生物化学与分子生物学报

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中国生物化学与分子生物学报. 2023, 39(12): 0-0.

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在孤独中前行的卡里科―研制SARS-CoV-2 mRNA疫苗获得诺贝尔奖的生物化学家

于永利

中国生物化学与分子生物学报. 2023, 39(12): 1659-1663. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2023.12.0440

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2023年诺贝尔生理学/医学奖授予卡塔林·卡里科和德鲁·韦斯曼,表彰二者对研制严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2的mRNA疫苗所做出的杰出贡献。本文回顾了生化学家卡里科在致力于mRNA成药研发中的艰辛历程,漫漫征途上不畏艰难的坚守和正确的选择是她成功的重要因素。mRNA修饰技术在未来会有更广泛的用途。

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基于磁珠的外泌体富集检测技术

张沥丹, 张师音, 葛胜祥

中国生物化学与分子生物学报. 2023, 39(12): 1664-1672. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2023.03.1616

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外泌体是一类30~150 nm天然纳米颗粒,通过细胞主动分选胞内物质并以囊泡的形式转运到胞外,参与诸多生理过程。外泌体因其携带亲代细胞信息,常被用作疾病诊断和预后循环生物标志物。然而,临床标本的外泌体富集方法、富集产物的产量及纯度限制着外泌体临床转化,因此,高效富集临床标本来源的外泌体是进行诊断和治疗应用的前提条件。常见的外泌体提取技术,例如超速离心、多聚物沉淀等能富集高产量的外泌体,但产物中存在的高水平蛋白质污染物极大地影响了下游外泌体分析。而经磁珠法富集的外泌体产物纯度高,特异性好,逐渐被研究人员用于临床标本外泌体的富集检测。磁珠富集中,研究者对不同磁珠类型、富集方式的选择影响着外泌体富集效率及下游检测分析结果,在磁珠法的基础上也开发了新的外泌体分离方式用于改善磁珠存在的富集洗脱等局限性。本文综述了基于磁珠法的外泌体富集方式和检测技术,简述了磁珠法在临床应用中的优势、局限性及未来的展望。

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蛋白质循环排列与新型生物传感器的开发

邢一莹, 秦晓红, 米立志

中国生物化学与分子生物学报. 2023, 39(12): 1673-1684. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2023.07.1056

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循环排列(circular permutation,CP)是自然界中蛋白质进化中产生的一种氨基酸序列重排现象。重排后的某些突变体仍具有类似该野生型蛋白质的天然构象和活性。生物传感器由分子识别单元和信号报告单元2部分组成,其分子识别单元通过分子间相互作用,将生物体内的配体、离子浓度变化等微观过程转变成信号报告单元的可量化的可视化信号,从而实现生物学信号感知与检测。目前,蛋白质循环排列被广泛应用到生物传感器的设计中,成为近年来发展最为迅速的生物探针设计方法,已应用于生物分子的特异性识别和生命活动的实时监测,为病理研究、疾病预防和诊断提供了重要的手段。如何运用蛋白质循环排列,开发出新型可靠的生物传感器,是当前生物传感器设计中面临的1个重要科学问题。为此,本文总结并论述了以下3点工作。首先,本文简述了循环排列的发展历史,总结了循环排列的2种形成机制,通过实例详细阐述了循环排列对蛋白质结构的影响。其次,针对循环排列生物传感器的设计,本文主要以循环排列荧光蛋白(circular permutation fluorescent protein,cpFP)为例,总结了分子识别单元和信号报告单元两方面的设计策略,并汇总了循环排列蛋白质相关数据库。最后,本文总结了循环排列蛋白生物传感器的最新研究进展,展望了循环排列未来的发展方向,分析了目前循环排列生物传感器开发过程中存在的问题,以期为新型生物传感器的开发提供借鉴。

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植物microRNA跨界调控作用

陶涵金, 陈冉, 高崎

中国生物化学与分子生物学报. 2023, 39(12): 1685-1695. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2023.11.1051

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MicroRNAs (miRNAs)是一类19～24个核苷酸的非编码内源性小分子RNA,功能研究表明,miRNAs参与所有细胞过程的调节,包括生长发育、分化凋亡、炎症、免疫应答、代谢及信号转导等生物学过程。最近研究发现,植物miRNAs作为一类功能广泛的分子调控因子,不仅调控植物自身基因的表达,外源植物miRNAs还通过饮食进入到哺乳动物细胞中,调节某些与人类疾病治疗相关的基因或生物学过程。一些植物miRNAs由于其3′端存在2′-O-甲基化修饰、独特茎环结构、高GC含量以及微囊泡、RNA结合蛋白或外泌体样纳米颗粒等载体对其的保护作用,从而在食物加工与极端胃肠道环境中能保持高度稳定。植物miRNAs主要通过饮食获取,借助跨膜miRNA转运蛋白质、受体介导的内吞作用、肠上皮细胞间隙扩散、肠道微生物群脂质依赖性摄取等不同的转运机制,其被消化系统吸收后进入体循环并递送至器官组织,再调节受体细胞功能。本文综述了植物来源miRNAs的跨界调控研究现状,详细总结了植物miRNAs抵抗降解的可能方法、跨越胃肠道屏障的转运机制以及被摄入后在哺乳动物体内的调控作用,例如抗炎、抗病毒和抗肿瘤等相关发现,揭示植物miRNAs在基于RNA的分子治疗以及开发新的治疗药物等方面具有很高的应用潜力。

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循环微生物DNA:一个新的肿瘤早筛生物标志物

陈慧娟, 周启明

中国生物化学与分子生物学报. 2023, 39(12): 1696-1703. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2023.03.1668

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目前在全球范围内,肿瘤的发病率和致死率依旧处于较高的水平,严重威胁人类健康。基于液体活检的肿瘤早筛技术能实现肿瘤的早诊断和早治疗,对肿瘤的预防具有重要意义。微生物在肿瘤的发生、发展中扮演着重要的角色,目前已有11种微生物被列为了1类致癌微生物。肿瘤内部存在瘤种特异性的微生物组,主要存在肿瘤细胞和免疫细胞中。肿瘤患者体内的循环微生物DNA(circulating microbial DNA, cmDNA)、主要来源于凋亡与坏死肿瘤组织细胞内微生物的被动释放,肿瘤组织细胞的主动分泌以及肠道菌群的转移等。cmDNA具有特异的生物学特征,具备成为肿瘤生物标志物的潜能。多项研究表明,通过检测cmDNA能进行多种肿瘤,例如乳腺癌、肺癌、结直肠癌、黑色素瘤等的早期筛查。本文简要介绍了人类肿瘤与微生物的关系、cmDNA的来源和生物学特征及cmDNA在肿瘤早筛中应用的研究进展。

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运动调控肠道菌群防治肌少症的作用与机制

冷思逸, 刘辉, 蒲锐

中国生物化学与分子生物学报. 2023, 39(12): 1704-1711. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2023.06.1025

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肌少症是一种与年龄相关的骨骼肌质量、力量和功能丧失的衰老性综合征。肠道菌群及其代谢物在肌少症的发生发展中扮演重要角色,肠道菌群失调会导致骨骼肌炎性细胞因子表达上调、胰岛素抵抗、线粒体功能障碍及加速肌细胞凋亡进而加快肌肉衰老。研究表明,运动能作为有效改善肠道菌群的非药物干预手段,会影响肠道微生物区系多样性(例如提高颤螺菌属和环状螺旋菌属的表达以及增加肠道菌群α、β多样性的相对丰度等),改善肠道菌群稳态。新近研究表明,运动能通过调节肠道菌群抑制炎症反应、维持肌肉蛋白质合成代谢、改善线粒体功能障碍和改善胰岛素敏感性等途径在肌少症的防治中发挥有益效应。该文详细阐述了肠道菌群对肌少症中的诊疗作用及其机制,并围绕不同运动形式对肠道菌群的影响,以及以肠道菌群为靶点进行运动干预防治肌少症的生物学机制进行深入探讨,旨在为肌少症疾病的防治提供科学依据。

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m⁶A甲基化对老年神经退行性疾病的调控作用

郑莉芳, 史仍飞, 饶志坚

中国生物化学与分子生物学报. 2023, 39(12): 1712-1719. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2023.04.1012

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衰老是机体对环境的生理和心理适应能力下降,最终导致死亡的自然过程,也是各种老年相关疾病发展的驱动因素,特别是神经退行性疾病。常见的老年神经退行性疾病包括阿尔兹海默病(Alzheimer’s disease,AD)、帕金森病(Parkinson’s disease,PD)、肌萎缩侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis, ALS)等。而以AD和PD为代表的老年神经退行性疾病是21世纪老龄化社会面临的最大健康问题之一。m⁶A甲基化在多种修饰酶的作用下调控基因转录和翻译,也是最常见的RNA修饰类型。m⁶A修饰酶表达异常引起m⁶A甲基化水平失调,从而引起RNA表达紊乱是m⁶A甲基化参与调控疾病发展的基本机制。近期研究表明,METTL3、FTO在阿尔兹海默病、帕金森病等疾病中发生显著变化,它们通过影响神经炎症、细胞周期、氧化应激等过程参与上述疾病的发生发展。本文以AD和PD为例探讨了m⁶A修饰对老年神经退行性疾病的调控作用,这将为抗衰老和治疗老年相关疾病提供新的潜在靶点。

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Kindlin-3及其生物学功能

辛红蕾, 施小凤

中国生物化学与分子生物学报. 2023, 39(12): 1720-1726. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2023.06.1629

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Kindlin-3属于Kindlin蛋白家族的一员,分布于造血细胞及内皮细胞。Kindlin家族成员高度同源,但具有不同的亚细胞定位及功能。Kindlin-3与踝蛋白(talin)通过其FERM结构域与整合素相互作用参与整合素的活化聚集,虽同含有FERM结构域,但两者作用位点并不相同,对整合素的影响亦有差异。活化的整合素参与多种细胞反应,介导细胞的黏附、伸展及迁移。之前的研究多集中在踝蛋白,但随着对Kindlin-3的深入研究,发现其作用或许并不亚于踝蛋白,但具体机制尚不明确。Kindlin-3缺失表现为严重出血、白细胞黏附缺陷,导致白细胞黏附缺陷综合征III。本文总结了Kindlin-3在血小板功能、炎症及免疫中的关键作用,还列举了其在多种疾病特别是恶性肿瘤中存在异常表达,且在不同肿瘤表达水平不同,并对肿瘤的生长、侵袭及转移产生影响,提示Kindlin-3除了与整合素结合之外,还可以通过其他机制发挥生物学功能。旨在对血栓与止血、炎症、免疫及肿瘤治疗提供新思路。

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运动减轻骨骼肌、肝和胰岛的瘦素抵抗来防治肥胖和2型糖尿病

彭瑾, 付绍婷, 王晓慧

中国生物化学与分子生物学报. 2023, 39(12): 1727-1734. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2023.04.1573

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肥胖和2型糖尿病存在时,瘦素调控外周代谢组织或器官例如骨骼肌、肝、胰岛等的糖脂代谢的作用得不到充分发挥,出现外周瘦素抵抗。减轻外周瘦素抵抗对于防治肥胖及2型糖尿病具有重要意义。运动改善肥胖和2型糖尿病糖脂代谢紊乱等的作用与运动减轻外周瘦素抵抗有关。运动除了调控瘦素信号通路下游因子信号转导,及转录活化因子3 (signal transducer and activator of transcription 3, STAT3)、蛋白质酪氨酸磷酸酶 1 B (protein tyrosine phosphatase 1B, PTP1B)、细胞因子信号转导抑制因子3 (suppressor of cytokine signaling 3, SOCS3) 和降低内质网应激来减轻肥胖和2型糖尿病骨骼肌、肝、胰岛的瘦素抵抗外,还通过增加肌肉质量和脂肪酸氧化、减少甘油三酯沉积来减轻外周瘦素抵抗。此外,最新研究发现,血管生成素样蛋白6 (angiopoietin-like protein 6, ANGPTL6) 和肿瘤坏死因子-α (tumor necrosis factor α, TNF-α) 参与运动改善肝和胰岛的瘦素抵抗。本文在简述瘦素外周效应和外周瘦素抵抗的基础上,主要综述了运动减轻肥胖和2型糖尿病外周瘦素抵抗,包括骨骼肌、肝和胰岛瘦素抵抗的作用机制新认识,以期为运动减轻肥胖和防治2型糖尿病的机制研究提供新视角。

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细胞参与调控脂肪组织纤维化的作用机制

王伟庆

中国生物化学与分子生物学报. 2023, 39(12): 1735-1742. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2023.06.1069

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脂肪组织纤维化是与肥胖相关的代谢失调的关键驱动因素,其特征为脂肪组织扩张过程中细胞外基质(extracellular matrix, ECM)过度沉积,探究其发病机制对于相关疾病预防与治疗具有重要意义。研究表明,脂肪组织中多种细胞能通过分泌炎症因子、脂肪因子等物质参与ECM的调节,进而影响脂肪组织纤维化的发生和发展。目前,对于细胞调控脂肪组织纤维化的理解尚不完善。深刻理解肥胖诱导脂肪组织纤维化的机制有助于设计治疗方案,以减少或逆转相关的病理改变。因此,本文围绕肥胖发生过程中ECM过度沉积、炎症发生以及血管新生受损介导脂肪组织纤维化的机制进行综述;归纳分析不同细胞参与调控脂肪组织纤维化的内在机制,包括脂肪细胞、内皮细胞、脂肪祖细胞、成纤维细胞、巨噬细胞和肥大细胞;总结脂肪组织纤维化的潜在治疗策略,包括靶向抑制HIF1α、TGF-β、MMP14和ETP。以期更新对于脂肪组织纤维化发生过程中细胞作用及机制的认识,为治疗相关疾病提供理论参考。

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张笑添, 车昌燕, 姚步月, 王傲君, 徐玉, 吴晓丹

中国生物化学与分子生物学报. 2023, 39(12): 1743-1752. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2023.11.1224

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近年来已有研究表明,组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDACs)丁酸钠可以抑制结肠癌细胞增殖,促进结肠癌细胞凋亡,但其分子调控机制仍有待于深入研究。在本研究中,CCK-8检测、5-乙炔基-2-脱氧尿嘧啶核苷(Edu)增殖实验和流式细胞术分析证实,丁酸钠处理结肠癌细胞24 h后结肠癌细胞增殖能力明显减弱,凋亡率明显增加(P<0.01)。进一步转录物组测序结果表明,丁酸钠处理结肠癌细胞后,Wnt/β-catenin信号通路的拮抗剂Dickkopf相关蛋白1(DKK1)水平的表达显著高于未处理组(P<0.01);荧光定量逆转录-聚合酶链反应(qRT-PCR)和Western印迹分析进一步验证,丁酸钠可以显著诱导DKK1的表达水平,同时抑制Wnt/β-catenin信号通路下游靶基因c-Myc的表达水平(P<0.01)。沉默结肠癌细胞的DKK1后进一步使用丁酸钠进行处理,Edu增殖实验和流式细胞术结果显示,抑制结肠癌细胞中DKK1后可以逆转丁酸钠对结肠癌细胞的作用(P<0.01)。生物信息学预测数据库分析显示,DKK1可能与miR-92靶向结合;qRT-PCR结果显示,丁酸钠可以明显降低结肠癌细胞中miR-92a的表达(P<0.01);Western印迹技术和双萤光素酶报告基因检测证实,miR-92a与DKK1 mRNA的3′-UTR存在靶向结合关系(P<0.01)。过表达结肠癌细胞中的miR-92a后进一步使用丁酸钠进行处理也能逆转丁酸钠对结肠癌细胞的作用(P<0.01)。总之本研究明确了,丁酸钠可以通过miR-92a/DKK1调控Wnt/β-catenin信号通路进而抑制结肠癌细胞增殖,促进结肠癌细胞凋亡。

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肝活素转录激活肝源性细胞FOXA2抑制内质网应激

王效芳, 韩子轩, 杨洋, 张梦洁, 吴勤录, 向慎思, 万悦, 董典典, 陈慧, 于淼

中国生物化学与分子生物学报. 2023, 39(12): 1753-1764. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2023.11.1194

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肝活素(hepassocin, HPS)是一种由肝合成和分泌的活性因子,参与肝再生与物质代谢,重组肝活素可以救治小鼠化学性肝损伤和非酒精性脂肪性肝炎,但其具体的分子机制仍需深入研究。前期采用RNA测序技术(RNA-seq)分析发现,HPS敲除小鼠肝中叉头框蛋白A2(forkhead box A2,FOXA2)的表达显著降低。FOXA2是肝内富集表达的重要转录因子,我们推测FOXA2可能是HPS调节肝多种生物学功能的关键靶点。本研究首先通过Western 印迹和Real-time PCR证明FOXA2在HPS敲除小鼠肝组织中的表达显著降低(P<0.01),随后在细胞水平证明,重组HPS能显著增加FOXA2的表达(P<0.01)。通过克隆侧翼序列构建FOXA2启动子报告基因,在此基础上通过大片段截断、精细缺失发现FOXA2响应HPS信号的顺式作用元件位于转录起始位点上游-814~-797 bp,为肝细胞核因子6(hepatocyte nuclear factor 6, HNF6)的结合序列。通过凝胶迁移实验(electrophoretic mobility shift assay, EMSA)的结果证明,HPS可以促进HNF6与该序列的结合,并具有剂量依赖效应。通过慢病毒感染证明,在HPS敲除小鼠原代肝实质细胞中回补FOXA2会减轻内质网应激(P<0.01)。本研究为探索HPS调节肝功能稳态的分子机制提供了新的线索。

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YAP1基因调控新西兰白兔肌肉生长发育

刘雨晴, 陈孟娟, 王亿杰, 许会芬, 李明, 于光晴

中国生物化学与分子生物学报. 2023, 39(12): 1765-1775. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2023.11.1301

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Yes相关蛋白1(Yes-associated protein 1,YAP1)在哺乳动物组织中对于调节器官大小、肿瘤发生和细胞的增殖、分化、凋亡等具有重要作用。为探究YAP1基因在新西兰白兔肌肉组织生长发育中的生物学功能,本研究通过RT-PCR从新西兰白兔腿肌中克隆到YAP1基因,并对其生物信息学功能、表达模式及亚细胞定位、启动下游基因表达的转录活性,以及参与调控肌肉组织生长发育的功能进行分析。结果表明,YAP1的CDS区序列长度为1 302 bp,编码433个氨基酸,等电点为5.10的亲水性蛋白质,YAP1蛋白不存在信号肽和跨膜区域,其结构主要由无规则卷曲构成。系统进化树分析表明,与绵羊的亲缘关系较近,与小鼠的亲缘关系较远。亚细胞定位显示,该蛋白质在细胞核和细胞质中均有表达。RT-qPCR结果显示,YAP1基因在新西兰白兔的心、肝、脾、肺、肾、卵巢、子宫和肌肉中均有表达,但在肌肉中的表达量最高,且在腿肌组织中表达水平较高。双荧光素酶报告基因检测结果表明,YAP1基因第127位的丝氨酸突变为丙氨酸(YAP1-S127A),8xGTIIC的启动子活性明显增强。在肌肉细胞中过表达YAP1基因可以加快肌肉细胞的增殖,同时上调肌球蛋白重链6(myosin heavy chain 6, MYH6)和肌细胞生成素(myogenin, MYOG)基因的mRNA表达水平,以及MYH6和肌分化因子(myogenic differentiation, MYOD)蛋白质水平,抑制肌肉生长抑制素(myostatin, MSTN)基因mRNA的表达水平。综上结果提示,YAP1基因在新西兰白兔肌肉生长发育中发挥重要作用。本研究为后续进一步阐明YAP1基因精准调控肌肉生长发育的分子机制奠定基础,同时为改良家兔品种提供理论依据和基因资源。

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甘草JAZ基因家族的鉴定及其在干旱胁迫下的表达分析

石娜娜, 姚华, 高转转, 赵斌, 杨茂, 沈海涛

中国生物化学与分子生物学报. 2023, 39(12): 1776-1788. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2023.11.1289

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甘草(Glycyrrhiza uralensis)是一味大宗中药材,黄酮类活性成分是其主要的药物活性成分之一。茉莉酸是甘草响应非生物胁迫调控类黄酮类活性成分的主要内源激素。JAZ是茉莉酸信号转导途径中的一个重要节点,其通过负向调节茉莉酸的信号转导,参与植物发育、非生物胁迫和对植物激素处理的响应的调节。本研究通过测定聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG) 6000诱导的干旱胁迫对乌拉尔甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch.)中茉莉酸(jasmonic acid,JA)含量和JAZ基因家族表达水平以及JAZ基因家族的生物信息学分析,筛选受干旱胁迫诱导JAZ基因。研究结果显示:JA主要在甘草地下部分中积累,干旱胁迫明显提升地下部分JA含量,地下和地上部分中PEG处理2h时JA表达量最高。基于对上述材料的转录组测序数据分析,有10个GuJAZ基因具有完整的读码框,且这些JAZ基因具有时空表达差异性。干旱胁迫诱导地下部分中的GuJAZ基因上调,GuJAZ1、GuJAZ3、GuJAZ4、GuJAZ5、GuJAZ6和GuJAZ10在处理2h组上调最明显,表达量变化趋势与JA含量变化趋势相似。GuJAZ启动子调控元件分析显示GuJAZ1、GuJAZ5、GuJAZ6、GuJAZ8和GuJAZ10基因主要受逆境胁迫和光响应元件调控。本研究为优化甘草栽培体系、提升栽培甘草品质、探究GuJAZ基因在甘草中的功能以及对JA合成及调控机制提供研究基础。

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专业思政视角下的生物化学课程思政教学实践探索

李艳, 罗成, 彭少君, 周伟, 刘红卫

中国生物化学与分子生物学报. 2023, 39(12): 1789-1798. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2023.09.1220

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课程思政是落实立德树人根本任务的重要举措。自2014年上海市最先开始实践探索至今,课程思政已成为高校课程建设的重要组成部分。2020年,教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》,强调“结合专业特点分类推进课程思政建设”。各门课程的思政教育应基于专业思政要求,服务于专业思政目标。在此背景下,医学院生物化学课程组教师以专业思政为导向。开展课程思政教育,突出医学人文素养的培养,以思政目标指导案例素材的整理、课时分配和开展方法;秉承以学生为中心的教育理念,采用线上线下混合式教学,将思政教育全面融入课前-课中-课后的教学全过程,结合讲授法、案例教学、探究式教学和讨论式教学等多元教学方法,实现思政教育“铺垫-实施-提升”的逐次递进;通过问题研讨、案例分析、课外任务等形式让学生充分参与教学过程,实现学生沉浸式和自主式学习,提高思政育人效果。问卷调查数据显示,大部分学生喜欢在课程中融入思政教育,对思政教育的育人效果普遍认同。但同时调查也反映出一些问题,例如学生对科研进展的认同度不高、对自学法的喜爱程度较低等,需要在今后教学中进行改进。总体而言,基于专业思政视角的生物化学课程思政教育,初步实现了专业技能培养和价值引领的双重教学目标。

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作者索引（2023年第39卷1-12期）

中国生物化学与分子生物学报. 2023, 39(12): 1799.

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征稿简则（2023年修订）

中国生物化学与分子生物学报. 2023, 39(12): 1803.

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