生物节律是生物为了适应地球自转产生的昼夜交替而进化出的生命活动调节机制。从植物的光合作用和叶片开合,到哺乳动物的睡眠、觉醒、进食、代谢、激素分泌和体温变化等,都受到生物节律的调节。一般认为,内源性的节律较为稳定,并且具有温度补偿效应。中枢节律由外界光照条件所同步化;外周组织的节律如何受中枢调控,也受到机体自身代谢反馈的影响。然而,在某些极端环境下,例如长期处于极昼极夜的两极地区、氧气含量低且气温变化无常的高原地区、干旱且气温变化范围极大的沙漠地区、常年不见阳光的深海和完全脱离地球自然环境和重力的太空,除了光照之外的其他环境因素也会对整个机体的节律产生影响;长期在这些极端环境下生存的生物也由于自然选择,进化出了相关基因的多态性以及独特的节律表型。本综述将讨论光照、低氧环境和温度影响生物节律的分子机制,并总结对于两极、高原、沙漠地区,以及深海、太空中动物的生物节律在个体和分子层面上的研究。这些研究或许可以帮助更好地理解生物体如何适应极端环境,为需要在极端环境下开展工作的人们如何调整作息状态提供一定的参考。

生物标志物是与机体生理及病理生理状态相关的可监测到变化的生化指标,尿液不属于内环境,没有稳态机制,能够积累并反映机体生理状态的早期变化,有潜力辅助疾病的早期诊断和预后监测。得益于非侵入性的收集方式,尿液可以被连续、大量、重复收集并便捷、稳定地保存,且组分相对简单,易于分析,是理想的标志物研究样本。但临床尿液样本蛋白质组可能会受到生活习惯、用药情况等多种混杂因素的影响,而动物模型方便控制变量,可以最大程度减少混杂因素的干扰,并使得在疾病发生、发展极早期采集样本成为可能;此外,患者的疾病分期、分型、用药情况等信息不能被忽视,现有样本策略和分析方式有待优化,例如,对同一个人不同时期、不同状态(例如患病前后)的尿液样本进行前后对照是一种理想的分析方式,这种方式能够消除个体间差异性的影响,符合个性化、精准化医疗的趋势;在无自身对照样本的情况下,一对多的分析方法能够更好地体现个体与健康群体的差别,辅助未知疾病的诊断和鉴别。尿液大分子的膜保存方式使得临床样本的保存更加简单经济。尿液生物标志物领域研究的进步需要政策和伦理的支持、资金和人力长期持续的投入以及大样本、大数据的辅助。本文综述了尿液生物标志物的重要概念、理论思想、发展历程、研究现状、主要方法和技术以及未来展望等内容,期望能较为全面地展示尿液蛋白质组在生物标志物领域广阔的应用前景。

染色质可及性(chromatin accessibility)作为一种衡量染色质结合因子与染色质DNA结合能力高低的染色质属性,是评价染色质结构稳态的重要指标之一,在多种细胞核进程中扮演重要角色,包括基因转录调控以及DNA损伤修复等。该属性的异常调控与多种疾病的发生发展密切相关,包括肿瘤以及神经退行性疾病等。对于该属性探究已经成为生命科学与疾病领域的热点。伴随越来越多的新技术应运而生,例如染色质构象捕获技术、高通量测序技术以及两种技术的结合等。随着技术的进步,多种参与调控染色质可及性的因素被发现和总结,包括核小体占位、组蛋白修饰以及非编码RNA等。多项大规模的染色质组学数据绘制了多种疾病的染色质可及性图谱,为揭示疾病的发生发展与染色质可及性之间的关系提供了数据支持。同时,随着单细胞染色质可及性测序技术的发展,实现了对细胞类型染色质层面的划分,弥补了单纯依赖基因表达划分细胞类型的不足。本文将从染色质的组成与可及性、影响染色质可及性的因素、染色质可及性的检测方法,以及染色质可及性与癌症的关系等方面简要阐述染色质可及性的研究进展。

糖基化是一种古老的蛋白质翻译后修饰，常见于细胞外的糖被结构和细胞内部的内质网和高尔基体内。近年来，一种细胞内的糖基化修饰逐渐被大家所认识，这就是氧连接的N-乙酰葡糖胺（O-linked β-N-acetylglucosamine, O-GlcNAc）。它是唯一发生在细胞内的参与信号转导的糖修饰，一般发生于细胞质和细胞核中。自从20世纪80年代发现O-GlcNAc以来，生物学家和化学家一直在研究它修饰的位点和行使的生物学功能。O-GlcNAc 修饰发生在丝氨酸和苏氨酸上，因此可以与磷酸化之间形成阴阳关系并参与信号转导过程。但由于其低丰度易水解的特点导致难以鉴定位点，又使研究人员难以见其真容。本文将回顾O-GlcNAc 修饰的发现历史，介绍近年来发展的化学生物学手段对其位点的鉴定，并着重阐释该修饰在细胞周期以及表观遗传等生物过程中的功能。随着学科交叉及质谱技术的发展，古老而弥新的糖基化修饰将绽放出新的花蕾。

乙型肝炎病毒（HBV）在世界范围内流行。每年60余万人死于HBV感染所致的肝硬化、肝功能衰竭和肝细胞癌，极大地威胁着人类的生命健康，是一项世界范围内的公共卫生问题。核苷（酸）类和干扰素类药物是现今临床上应用最广泛的两类抗病毒药物，但它们都不能直接靶向肝细胞核内的共价闭合环状DNA（cccDNA），致使慢性乙型肝炎(CHB)患者肝组织内的cccDNA无法彻底清除而久治不愈，且停药后易复发使得患者不得不接受长期甚至终生的抗病毒治疗。cccDNA定量是临床评价治疗效果和预测停药终点的重要指标，但因需要肝组织穿刺活检，具有一定的局限性。血清HBV RNA作为cccDNA的转录产物，是反映cccDNA活性的理想血清学替代指标。对于这一新兴的病毒学指标，本文从其来源和本质与反映cccDNA活性的能力进行梳理，并围绕血清HBV RNA解读核苷（酸）类药物（NAs)对HBV复制的影响，以及病毒颗粒中核酸类型的变化，总结近年来慢性乙肝防治指南及专家共识对HBV RNA作为检测新指标的采纳情况，探讨其在CHB抗病毒治疗和新药研发过程中的指导意义。

编者按    基因及其产物是生命法则的基石，但对人体基因组中约三分之一已命名的基因，目前还所知甚少。换言之，目前对生理、病理现象的认识，是在忽略了这些未明基因及其功能的前提下获得的，因此也注定是局限的、甚至可能是错误的。遗憾的是，学界以及学术期刊常常追捧明星分子，而认为那些被普遍冷落的基因并不重要。这正是本文主角基质重塑相关7（MXRA7）遇到的境地：2002年被发现，但十余年无人问津。王宜强团队最初在小鼠新生血管模型中捕捉到MXRA7的变化，然后证实该基因在角膜损伤模型、肝损伤模型、骨发育、银屑病中发挥作用，发表了国际上第一批关于该基因功能的研究论文。同时，最近十几年迅速积累起来的各种高通量数据，很多都包含着关于MXRA7的信息，对它们进行梳理、挖掘，提示MXRA7还可能参与肿瘤、心血管疾病、个体发育、免疫反应等生理、病理过程。为此，我们邀请王宜强研究员对MXRA7进行系统阐述，以期达到两个目的：第一，引起学者对MXRA7基因甚至MXRA家族的关注；第二，以MXRA7为例，呼吁综合利用各类型数据锁定线索、启动对未明基因功能的研究。
摘要   本世纪初，有学者对1 375份人类cDNA文库内的所有基因进行共表达分析，发现有8个转录本总是与基质重塑相关的基因（如胶原、基质金属蛋白酶、骨成型蛋白等）共表达，将它们命名为matrixremodeling associated 1~8（MXRA1~8，暂译“基质重塑相关1~8”基因），但它们彼此之间并无序列同源性。随后的研究确定了该家族中除MXRA7外其他7个成员的生物学功能，其中部分成员在研究中以其他别名出现，比如MXRA4即CD93或C1qRP。国内学者首先在关于角膜新生血管和角膜感染的研究中报道MXRA7表达的变化，继而在化学诱导的肝损伤模型、免疫介导的银屑病模型以及骨髓间充质干细胞向成骨细胞、成脂细胞分化模型中证实MXRA7的重要作用。基因组文库数据显示MXRA7在脊椎动物中保守存在，且在人和小鼠等模型生物中均可以产生多种蛋白异构体。大量公共数据库（比如GEO）中都包含MXRA7在不同实验体系中的表达水平和变化信息，众多基于高通量分析的文献也常在数据流水账中对MXRA7一笔带过。对这些资源进行汇总分析，提示MXRA7基因产物可分布于胞外基质、胞浆中甚至细胞核内，可参与胚胎发育、细胞分化、细胞代谢等多种生理过程，或参与神经系统、心血管系统、骨骼系统的病理过程，或参与肿瘤、白血病、免疫性疾病、感染等疾病的发病机制。本文对现有文献和公共数据进行综述，以期激发学界对MXRA7的关注。

核糖体产生蛋白质是占细胞快速分裂所需能量近50%的关键过程。这个复杂的过程并不完美，可能受到各种因素的干扰，例如mRNA或核糖体缺陷、饥饿和压力等。如果蛋白质合成在核糖体达到终止密码子之前停止，细胞需要利用质量控制因子网络来释放停滞的核糖体，降解mRNA和部分合成的多肽。在真核生物中，这种监控系统称为核糖体质量控制（RQC）。在本文中，我们将重点讨论从酵母到人类核糖体质量控制的功能、靶向和进化。

氢气（hydrogen gas，H₂）是新发现的生物气体信号分子。自2007年开始，有关H₂的生理调控活性及信号转导功能受到广泛的关注，并逐步形成了研究氢气生物学效应和分子机理的一门新学科——氢气生物学。按照实际运用范围的不同，氢气生物学也可以划分为氢医学和氢农学。在医学方面，通过多种动物模型研究和部分临床试验，发现H2具有抗氧化、抗炎和抗凋亡的作用，而且H₂对缺血/再灌注以及以炎症为基础的急性组织缺血性疾病和慢性退行性疾病（如帕金森病、阿尔茨海默病和动脉粥样硬化等氧化应激相关疾病）均具有较为理想的正面效果。在农学方面，相关报道还发现H₂可以提高苜蓿、水稻和拟南芥对非生物胁迫的耐性，调控黄瓜、番茄、猕猴桃、芽苗菜、黑大麦和食用菌的生长发育和营养品质，延长洋桔梗、玫瑰和百合切花的保鲜以及提高家畜对病原微生物的抗性。本文首先探究了氢气生物学的发展历史，提出氢医学研究思路的源头是电解水，结合H₂测定方法、内源H₂的产生途径以及氢气生物学效应的分子机理和信号转导的研究成果，从给氢方式、生物学效应以及安全性等方面，介绍了氢医学和氢农学的现状，提出选择性抗氧化机制不能完全解释现有的氢生物学效应，反映相关分子机制的复杂性和多样性。最后，针对氢气生物学的若干重要的科学和实践问题进行了展望，并提出氢医学的进一步发展还依赖于大量且可信度高的临床试验，氢农业还需要完成多年多点的大规模大田实践。

缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）是一类受氧调控的转录因子。其α亚基是氧敏感性亚基，包括HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α，与β亚基形成异源二聚体，活化目标基因的表达以调节细胞对低氧的反应。HIF本身受到精细调节，包括转录组水平的调节，以及通过蛋白质翻译后修饰所进行的蛋白质水平的调节，以确保细胞对低氧压力产生适当反应。免疫应答常伴随局部组织的低氧状况，HIF是低氧环境中先天免疫和适应性免疫应答的重要调节因子。在天然免疫系统，HIF激活一系列与代谢相关的基因表达，调节中性粒细胞、巨噬细胞和树突状细胞的发育、极化和功能。对于适应性免疫，近年来的研究确立了HIF在CD4⁺T细胞分化和功能中的重要作用。本综述将重点讨论近年来有关HIF调节机制，及其在免疫细胞功能研究的进展。

生物钟是生物在漫长的进化过程中形成的一种內源近24小时的计时装置，其广泛参与调节机体的各项生理机能；生物钟的紊乱严重影响人类身心健康，降低生活质量。在哺乳动物中，内源的生物钟控制着其大约24小时的生理和活动节律。于解剖水平而言，其中枢位于下丘脑中的一个很小的呈对称结构的视交叉上核(suprachiasmatic nucleus, SCN)，控制着整个机体的生物节律，并协调着机体对外界环境变化的调整。上世纪80年代到90年代，人们通过遗传突变筛选和行为节律检测，发现了大量控制生物节律的核心基因；并且发现在哺乳动物及多数物种中，生物钟的分子机制是一个由转录翻译构成的负反馈调节系统（transcription-translation negative feedback loop,TTFL）控制的。在生物钟的研究过程中，各种节律的长时程记录方法对于其研究发挥了极大的推动作用。例如，人们通过观察记录果蝇的羽化节律发现了生物节律遗传突变体，并在其后克隆出相关的period基因（该工作也因此获得了2017年度的诺贝尔奖）；通过观察记录小鼠转动转轮的自主活动节律，发现了小鼠的生物节律遗传突变体，并在其后克隆出Clock基因。之后，在细胞和组织水平研究生物钟基因时，一个很重要的研究方法是记录Per2::luc小鼠的离体培养组织或细胞的基因转录节律，并由此发现了一系列细胞内水平的生物钟调控基因。这些长程研究方法对生物钟的研究发挥了极大的推动作用。生物节律的活体记录研究，尤其是脑内的生物节律活体记录研究，一直以来进展比较缓慢，最近几年关于活体记录生物节律的研究有了一些突破。本综述总结了多种生物钟的研究记录方法，着重介绍最近几年关于活体记录自由活动的小鼠的生物节律的研究。

三维基因组学是以研究真核生物核内基因组空间构象，及其对不同基因转录调控的生物学效应为主要研究内容的一个新的学科方向；也是后基因组学时代研究的一个热门领域。它的研究重点是空间构象与基因转录调控间的关系。通过三维基因组学技术，科学家将能对基因组的折叠和空间构象、转录调控机制、复杂生物学性状、信号传导通路和基因组的运行机制等一系列重要问题进行更深入的探讨和研究，为系统解读生命百科全书和精准生物学的实施奠定坚实基础。本文综述了目前三维基因组学研究领域中的主要技术、研究现状、科研进展、存在问题、未来及与精准生物学的关系等内容。以期能较系统地展示三维基因组学取得的一系列成果，解读从三维空间构象信息到不同基因功能研究的路径，精准决定在转录调控网络中不同基因表达的时空特异性的可能模式。

 自噬是细胞通过溶酶体（或液泡）分解自身组分以达到维持细胞内正常生理活动及稳态的一种细胞代谢过程。自噬作为一种在真核生物中保守存在的细胞通路，与人类的疾病与健康息息相关。2016年，诺贝尔生理学或医学奖颁发给为自噬通路研究做出过卓越贡献的日本生物学家大隅良典（Yoshinori Ohsumi）。本文其一旨在通过介绍自噬及自噬相关基因的发现细节，带领读者了解自噬被发现和阐释的历程；其二旨在通过介绍自噬起始的相关机制及自噬与疾病的联系，引导读者对于自噬生理功能有更深入的理解；最后本文还提出了一些自噬领域目前尚待进一步研究的方向，供读者参考。

最近，冷冻电镜技术的突破引起结构生物学发生了革命。这一革命导致2017年诺贝尔化学奖授予对冷冻电镜技术发展做出开创性贡献的3位科学家Jacques Dubochet、Joachim Frank和Richard Henderson。本文将综述冷冻电镜的发展历程，导致结构生物学革命的冷冻电镜关键技术，包括电镜、图像记录装置和图像处理算法方面的突破，以及中国科学家应用冷冻电镜取得的重要科学成就，涵盖基因表达/调控、蛋白质合成/降解、膜蛋白、免疫、病毒等相关蛋白复合体。最后，对冷冻电镜的未来发展方向进行展望。

蛋白质的动态功能调控并决定着细胞的生理和病理过程。其不仅受到蛋白质本身生物化学特性的影响，还受到生物体内复杂的生物力学微环境的动态调控。这些生物力因素主要通过耦联生物化学特性来改变蛋白质的动态相互作用、构象变化以及后续的信号传导。近些年来，单分子力谱检测技术突破了传统生物化学技术的限制，在单分子水平有效地研究生物力学——化学耦联调控下的蛋白质动态功能。本文详细介绍了4种代表性的单分子力谱检测技术（原子力显微镜、光镊、生物膜力学探针以及磁镊），着重介绍这些技术在蛋白质动态功能研究方面的典型应用，主要包括蛋白质动态相互作用，蛋白质动态构象变化以及信号传导等。同时，本文还介绍了几种常用的基于上述单分子检测技术的单分子力谱检测方法，主要用于定量检测蛋白质相互作用、构象变化等生物化学过程的分子动力学参数。最后，本文还简要讨论了单分子力谱检测技术的未来发展方向，特别是如何与其他研究手段的有机整合，更全面地研究蛋白质的动态功能。我们希望该综述能够给更多的生物化学家带来新的概念和工具，帮助更全面地研究蛋白质的动态特性。

在大多数生物体中，核遗传密码是通用的。真核生物核基因组中已发现的非标准遗传密码的使用非常少。大多数非标准遗传密码通常是将1种或者2种终止密码子重新分配为有义密码子，至少保留1种密码子作为翻译终止信号。然而，近期有研究发现，在2种纤毛虫中，所有3种终止密码子既可编码氨基酸，又可作为翻译终止信号；此外，基于转录组的分析表明，在游仆虫的读码框内终止密码子处存在广泛的编程性核糖体移码现象。这些发现提示，终止密码子具有多种解读方式，其翻译终止过程可能依赖某些未知的调控元件。本文基于近期发现的纤毛虫中终止密码子模糊使用的现象，重点讨论了这些生物区分有义“终止”密码子和真正终止密码子的分子机制。对于这些生物体中终止密码子使用的特殊性及翻译终止的研究，将有助于深入理解真核生物中的翻译终止及基因表达调控的分子机制。

青蒿素类化合物是治疗疟疾的首选药物，具有高效、速效、低毒和安全的特点。近三十年来，大量研究结果证明青蒿素类化合物具有抗炎和免疫调节功能；这些研究主要集中于自身免疫性疾病，如类风湿性关节炎、全身性红斑狼疮、哮喘病和过敏反应等。最新研究表明，青蒿素类化合物可通过促进白色脂肪棕色化和增强棕色脂肪功能，起到预防肥胖的作用。作为肥胖过程中免疫细胞和炎症状况变化显著的脂肪组织，青蒿素类化合物是否参与其中的免疫炎症调节以及在该过程中发挥的潜在作用有待进一步实验的验证。本文对已有的青蒿素类化合物在抗炎和免疫调节方面的报道进行总结，并对青蒿素类化合物在改善肥胖诱导代谢性炎症方面的潜在应用进行展望。

硫化氢（H₂S）一直被认为是一种有毒气体，作为第三种气体信号分子，H₂S在生物体中的生理功能逐渐被揭示。植物中H2S信号研究在不到10年时间已取得了长足进步。植物体内H2S的生成酶比动物细胞丰富，定位于细胞质、线粒体和叶绿体等多个亚细胞部位，表达具有时空性。目前，植物领域H₂S的功能研究主要采用药理学方法。随着研究的深入，遗传学证据不断加强。内源H₂S的研究手段也在不断进步，从亚甲基蓝间接测定，发展到气/液相色谱、荧光探针、活体电极等直接检测手段。植物中H₂S的生理功能研究主要集中在对干旱、重金属等环境非生物胁迫的缓解作用及机理，也有一些植物生长发育调控方面的报道。目前了解到，H₂S可通过与植物激素、其它气体信号分子、活性氧等相互作用以及蛋白质巯基化修饰等方式发挥生理功能。虽然植物气体信号的研究有其特殊性，也遇到很多困难，但是H₂S信号的广泛而特殊的生理功能是一个具有重要科学意义和应用前景的研究领域。

基因组DNA是遗传的物质基础，编码的信息指导生物种系的复制延续、生命体的生长发育和代谢活动。无论是在外环境因素的应激压力下还是处于正常状态，DNA损伤时刻在发生，由此，DNA损伤修复作为重要的细胞内在机制，在维护基因组稳定性、降低癌症等人类系列重大疾病风险中发挥了不可替代作用。三位科学家汤姆·林达尔(Tomas Lindahl)、阿齐兹·桑贾尔（Aziz Sancar）、保罗·莫德里奇（Paul Modrich）因发现和揭示DNA修复及其机制的杰出贡献，获得2015年诺贝尔化学奖。本文综述了三位获奖者分别在DNA损伤的碱基切除修复、核苷酸切除修复和错配修复研究中的原创发现，以及相应的修复通路机制的描绘。此3种修复通路，主要是针对紫外线和化学物所致DNA的碱基损伤、嘧啶二聚体及加合物或者DNA复制过程中发生的碱基错误配对的修复。恰巧，2015年拉斯克基础医学研究奖授予的两位科学家，也因他们揭示了DNA损伤应答现象和机制研究的重大贡献而获奖，本文也呈现了获奖者的关键性科学发现。最后，简要展望了中国DNA损伤修复领域的发展。