气体信号递质(gasotransmitters)又称气体信号分子,是一类细胞内源性小分子气体,参与细胞内诸多信号转导途径,在动植物代谢及其调控中发挥着不可替代的重要作用。经过二十多年的发展,科学家们已经逐步认识到除了一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)和硫化氢(H₂S)三种经典气体信号递质外,氢气(H₂)和甲烷(CH₄)等多种气体均可能是潜在的气体信号递质。
总体看,越来越多的研究成果展示出气体信号递质在医学和农业等领域所具有的理论意义和巨大应用潜力。气体递质的相关研究加深了我们对医学领域细胞信号转导过程的理解,同时也引起了植物领域研究者的广泛兴趣。本专栏以气体信号递质为主题,除了特邀长期从事相关研究领域的专家总结研究进展外,还收集了5篇气体信号递质方面的研究论文,以期为相关领域的研究者提供参考。
南京农业大学生命科学学院谢彦杰教授等在“硫化氢调节植物氧化应激响应的作用机制”一文中总结了植物中H₂S产生途径,以及H₂S、活性氧(reactive oxygen species, ROS)和活性氮(reactive nitrogen species, RNS)在调节植物氧化应激响应中的研究进展;山西大学生命科学学院的裴雁曦教授等在“硫化氢信号对大白菜FLCs时空表达模式的调控作用”研究论文中发现H₂S可能是通过调节大白菜中4个BrFLCs同源基因的表达影响植物开花;针对H₂S在植物能量代谢中扮演的角色,山西大学生命科学学院金竹萍教授等在“H₂S信号参与SDH调控能量和活性氧代谢过程的作用机制”研究论文中,初步揭示了H₂S信号与电子传递链之间的关系,并探索H₂S在能量代谢和ROS平衡过程中的相关调节机制;针对H₂S是否通过氧化应激调节动物衰老过程这一问题,厦门大学医学院李鸿珠教授在“硫化氢抗衰老作用的分子机制”一文中,从抑制氧化应激、抗炎、保护线粒体功能、维持蛋白质稳态和上调自噬方面总结了H₂S抗衰老的分子机制,讨论了目前研究存在的问题和未来研究方向,尝试为抗衰老和治疗衰老相关疾病提供新的思路。
与H₂S相类似,NO在农产品保鲜中也具有抗衰老作用。甘肃农业大学廖伟彪教授等在“一氧化氮在延缓农产品采后衰老中的作用机制”中针对NO延缓农产品采后衰老的作用机制,系统地总结了NO与褪黑素、乙烯(ETH)、H₂、H₂S、过氧化氢和钙离子等信号分子的互作,从而为利用NO以及衍生物延缓农产品衰老、提高储藏品质的理论研究,以及农产品采后保鲜剂的研发提供参考;华中农业大学植物科学技术学院吴洪洪教授团队在“CeO₂纳米颗粒调控活性氧稳态和一氧化氮水平提高水稻耐旱能力”研究论文中,从ROS和NO信号分子的角度,初步探索了氧化铈纳米颗粒提高水稻抗旱性的机制,从而丰富了纳米农业可持续发展的理论。
作物对重金属耐受和富集问题一直是现代农业生产实践中的重要命题。西北农林科技大学生命科学学院李积胜教授团队在“乙烯促进木质素合成减少镉吸收和积累提高番茄耐镉性”的论文中发现Cd²⁺胁迫提高了番茄幼苗ETH合成关键蛋白甲硫氨酸腺苷转移酶(methionine adenosyltransferase,MAT)活性,并提出MAT介导的ETH合成可能是番茄提高耐镉性的分子机制,从而为ETH在果蔬作物安全生产实践提供了初步的理论依据。
H₂是近来发现的一种潜在的气体信号递质。针对上述热点问题,河南师范大学生命科学学院段红英教授等在“氢气处理促进地黄生长发育及主要药用成分积累”一文中的研究结果表明纳米富氢水处理不仅可以促进地黄生长发育,还可以通过调控环烯醚萜苷合成通路关键酶基因,提高地黄药用成分积累,为H₂在中药材生产中的应用提供了新思路。
云南师范大学生命科学学院李忠光教授撰写的“气体递质:古老气体在植物响应温度胁迫中的新角色”一文,系统地总结了包括H₂S、NO、CO、ETH、H₂、CH₄等9种具备气体信号递质基本特征的分子在植物代谢和胁迫应答中的作用和最新研究进展,详细介绍了信号分子的特性、合成代谢、分解代谢及其相互作用,并从抗氧化系统、渗透调节系统、离子平衡系统、水平衡系统、热激蛋白、翻译后修饰和生物膜修复与重建的角度,综述了气体信号递质生物学作用的生物化学和分子生物学基础。
与已知的气体信号递质不同,氩气作为一种具有潜在生物学功能的气体,逐渐引起了科学家的注意。南京农业大学生命科学学院沈文飚教授团队在“方兴未艾的氩气生物学”一文中总结了氩气生物学效应及其潜在的分子机制,包括氩气的不同施用方式以及在动物神经保护、心血管疾病、炎症性疾病和器官移植等临床模型中的正面作用,并总结了其在农产品采后保鲜和植物耐逆性方面的研究进展,提出酶蛋白的磷酸化与脱磷酸化修饰可能是其生物学效应的重要分子机制。
总体看,气体信号递质调控的生理和病理代谢是一个极其复杂的调控过程,其相关研究已经逐步从动物扩大到植物,体现其生物学作用的广泛性。希望通过本专栏的文章,让读者进一步认识气体信号递质的功能及其在农业实践和临床诊疗中的潜在应用,吸引更多的研究者投入到相关领域的研究中,以期全面、深入地解析气体信号递质的生物学功能和作用机理。

氩气(argon)是大气中含量最丰富的惰性气体。近年来,科学家发现并逐渐认可了氩气的生物学效应。作为一种具有细胞保护功能的气体分子,氩气对生理以及病理过程都有着不同程度的正面影响。相比于已知的气体信号分子,氩气具有无毒无害且含量丰富的特点,因此引起了人们的广泛关注。本文概述了氩气生物学效应及其潜在的分子机制,总结了氩气的不同施用方式以及在动物神经保护、心血管疾病、炎症性疾病和器官移植等临床模型中的正面作用,及其在农产品采后保鲜和植物抵抗非生物胁迫方面的研究进展。氩气生物学的相关机制包括氩气可以影响信号转导的受体、离子通道蛋白质和相关基因的表达,以及重建氧化还原和离子稳态等,酶蛋白的磷酸化与脱磷酸化修饰可能是其重要的分子机制。由于氩气具有安全和相对便宜的特点,因此,氩气具有潜在的医学和农业方面的应用前景。

氧化应激是一种氧化还原失衡的状态,易引起生物体组织细胞发生氧化损伤。通过激活抗氧化系统调节氧化还原平衡是生物体内普遍存在的氧化应激响应机制。硫化氢(hydrogen sulfide, H₂S)是生物体内重要的信号分子,它能通过多种途径调节机体生理反应和胁迫响应。本文综述了植物中H₂S的产生途径,H₂S常见供体的特性,H₂S、活性氧(reactive oxygen species, ROS)和活性氮(reactive nitrogen species, RNS)在调节植物氧化应激响应中的研究进展;重点讨论了H₂S调节植物氧化应激响应的方式,及其与ROS和RNS在植物氧化还原平衡调节中的相互作用调控,为理解植物氧化应激响应过程中信号分子的作用机制提供参考。

9种气体分子硫化氢(hydrogen sulfide)、一氧化氮(nitric oxide)、一氧化碳(carbon monoxide)、乙烯(ethylene)、氢气(hydrogen gas)、氨(ammonia)、甲烷(methane)、氰化氢(hydrogen cyanide)和二氧化硫(sulfur dioxide),是40亿年前地球原始大气的主要成分。如今,这些气体被认为是有机体内的气体递质(gasotransmitter),即内源气体分子。气体递质不仅参与动物呼吸、血压、学习、记忆、炎症反应等许多生理和病理过程的调控,而且在气孔运动、种子的萌发、植物生长发育及响应逆境胁迫中也起着举足轻重的作用。本文基于这9种气体递质在植物中的代谢及响应温度胁迫中的最新研究进展,归纳了它们的一般特性、合成和分解代谢及其相互联系。讨论了抗氧化系统、渗透调节系统、离子平衡系统、水平衡系统、热激蛋白(heat shock protein)、翻译后修饰(post-translational modification)和生物膜的修复与重建,在缓解温度胁迫引发的氧化胁迫、渗透胁迫、离子胁迫、水分胁迫、蛋白质变性和生物膜损伤中的关键作用。这些伤害的缓解,能提高植物对高温和低温胁迫的抵抗能力。此外,本文也总结了气体递质间通过启动化学反应、竞争靶分子、调节彼此代谢酶、引发新信号等交互作用,调控植物温度胁迫耐性,并提出未来的研究方向。旨在进一步推动气体递质在植物生物学研究领域的迅速发展。

一氧化氮(nitric oxide,NO)对于缓解采后农产品的衰老、减少农产品储藏过程中的损失发挥重要作用。众多研究表明,NO可以延缓农产品衰老,在提高保鲜品质方面具有巨大应用潜力。因此,研究NO在农产品衰老过程中所发挥的作用及其机制,能为深入研发NO作为农产品采后保鲜剂提供理论依据。本文主要讨论了NO在延缓农产品采后衰老中的作用机制。延缓农产品采后衰老过程中NO主要通过硝酸还原酶(nitrate reductase, NR)和NO合酶(NO synthase-like, NOS)两种途径产生。在实际生产中,NO主要的提供形式有硝普钠(sodium nitroprusside, SNP)、S-亚硝基-N-乙酰基-DL-青霉胺(S-nitroso-N-acetyl-D-penicillamine, SNAP)、S-亚硝基谷胱甘肽(S-nitrosoglutathione, GSNO)和NO气体熏蒸。NO主要通过调节ROS代谢及增强抗氧化系统、减缓呼吸代谢、激活细胞壁代谢、抑制乙烯合成和促进能量代谢等途径和机制来延缓农产品衰老。最后,深入探讨了NO在农产品采后衰老过程中与其他信号分子,例如褪黑素(melatonin, MT)、乙烯(ethylene, ETH)、氢气(hydrogen gas, H₂)、硫化氢(hydrogen sulfide, H₂S)、过氧化氢(hydrogen peroxide, H₂O₂)和钙离子(calcium ion, Ca²⁺)相互作用进而调控衰老。本文旨在为利用NO延缓农产品衰老和提高储藏品质,以及农产品采后保鲜剂的研发等相关研究提供参考。

衰老的特征包括蛋白质稳态失衡、氧化损伤积累、干细胞衰竭、细胞间通信改变、慢性炎症和微生态失调等,且与心血管疾病、糖尿病和阿尔茨海默病等常见的增龄性疾病相关。硫化氢(hydrogen sulfide,H₂S)是一种内源性的气体信号分子,在细菌、动物和植物中均存在其相关代谢。众所周知,生理浓度下的H₂S通过对人体蛋白质的硫巯基化修饰调控细胞信号转导,维持内稳态。近年的研究发现,生物体衰老常伴随内源性H₂S产生的减少和蛋白质硫巯基化水平的普遍下降,补充外源性H₂S可抑制其衰老。例如,阿尔兹海默病、老年性重症肌无力、骨质疏松症等衰老相关疾病中,补充H₂S可改善其症状。上述现象提示生理浓度范围的H₂S具有抗衰老作用。本文从抑制氧化应激、抗炎、保护线粒体功能、维持蛋白质稳态和上调自噬等方面总结了H₂S抗衰老的分子机制,并讨论了目前对H₂S抗衰老机制研究存在的问题和未来研究方向,为抗衰老和治疗衰老相关疾病提供新思路。

作为新兴的气体信号分子,硫化氢(hydrogen sulfide, H₂S)能够调节植物生长发育,广泛参与植物抵御生物及非生物胁迫的过程。琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase, SDH)结合于线粒体内膜,既是参与三羧酸循环的关键酶,也是氧化磷酸化过程的重要电子载体,在植物响应各类胁迫中发挥着重要作用。鉴于H₂S与SDH参与调控的生理过程有很大相关性,本文以模式植物拟南芥为实验材料,对H₂S与SDH之间的关系进行了探索。结果表明,在AtSDH1-1-OE中,H₂S的关键生成酶编码基因LCD和DES1大量表达,且H₂S产率和含量较WT显著升高。SDH抑制剂TTFA 处理导致活性氧(ROS)大量产生,幼苗根的伸长受到极显著抑制,根发育生长基因RHD2、TRH和SCN1表达下调;而同时进行生理浓度的NaHS(H₂S供体)熏蒸,能够清除过量ROS,幼苗生长有所恢复。但在AtSDH1-1-OE中,施加HT(H₂S清除剂)后的结果与TTFA单独处理WT类似,ROS大量产生,幼苗根长变短。H₂S特异性荧光探针和非损伤微测技术NMT检测结果也显示,TTFA和HT诱导保卫细胞中H₂O₂增加,H₂S则可以促使其排出。此外,H₂S影响ATP合成相关基因表达,促使ATP大量产生;相应地,在AtSDH1-1-OE中施加HT处理,ATP含量显著降低。综上所述,SDH诱导植物H₂S的内源产生,进而参与SDH调控植物体内能量代谢和ROS的产生过程,最终影响植株根的伸长。

氢气(hydrogen gas,H₂)在提高农作物品质和产量方面发挥多样且积极的作用。由于栽培方式和化肥农药使用的不当,严重影响了地黄产量和品质。本研究以“金九”地黄为材料,探究氢纳米气泡水(hydrogen nanobubble water,HNW)对不同时期地黄生长发育及重要药用成分积累的影响。与对照组相比,HNW处理7 d后块根不定根数量和发芽率分别提升约217.59%和87.65%。与对照组相比,HNW处理60、75和90 d后,植株叶片冠幅分别增加约42.73%、53.02%和29.42%,最大叶面积分别提高约15.51%、19.74%和11.44%。HNW处理75和90 d后膨大根数较对照组分别增加约105.65%和66.82%。定量PCR分析环烯醚萜苷合成通路关键酶(1-deoxyxylulose-5-phosphate synthetase,DXS;geraniol 10-hydroxylase,G10H;1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reductase,DXR;8-hydroxygeraniol dehydrogenase,10HGO)基因表达发现,HNW处理75 d后RgDXS2、RgG10H1和RgDXR1表达量分别约是对照组的2.61、1.27和3.32倍,HNW处理90 d后RgDXS2、RgG10H1和Rg10HGO1表达量分别约是对照组的4.11、1.24和1.77倍。高效液相色谱分析表明,HNW处理75和90 d后梓醇含量较对照组分别增加约103.96%和24. 94%,HNW处理75 d后地黄苷D含量提高约33.14%。此外,HNW处理120 d后膨大根数较对照组显著增加,同时RgDXR1、RgG10H1和Rg10HGO1表达量分别约是对照组的2.00、1.32和1.36倍。综上所述,HNW处理不仅可以促进地黄生长发育,还可以通过调控环烯醚萜苷合成通路关键酶基因,从而提高其重要药用成分积累。

硫化氢(H₂S)是一种气体信号分子,可以促进植物的开花,且这一过程与开花的关键因子FLOWERING LOCUS C(FLC)有关。大白菜中已报道的FLC同源基因有4种。本研究对这4种FLC同源基因进行了时空表达模式和功能分化研究,以及 H₂S 对 BrFLCs 的表达模式的调控作用进行了探讨。结果表明:4种BrFLCs同源基因的表达表现出不同的时空特异性。其中,BrFLC1、2和3的发育时期表达模式与拟南芥AtFLC相似,而BrFLC5未表现出发育时期特异性。BrFLC1只在叶中表达,而BrFLC2在不同组织中均有表达,BrFLC3在各组织中的表达量最高,但组织特异性差异不明显,BrFLC5表达量不高且不具有组织特异性。经外源H₂S处理,BrFLCs表达略有下调,叶片中的BrFLC2表达量最低。H₂S还能够不同程度地调节BrFLCs下游基因的表达,这可能和BrFLCs的表达模式改变有关。综上所述,H₂S可能通过调节大白菜中4个BrFLCs基因的表达模式影响其植株的开花时间。

镉(cadmium,Cd)胁迫强烈抑制植物生长发育,并且镉能够沿着食物链在人体中富集,对人体健康造成重大隐患。乙烯(ethylene,ETH)是一种重要的植物激素,在植物响应环境胁迫中发挥重要作用。但是,乙烯调节植物耐Cd的作用机制仍然未定论。本文发现3 mg/L Cd²⁺处理能够提高乙烯合成关键蛋白质甲硫氨酸腺苷转移酶(methionine adenosyltransferase,MAT)活性,导致根中乙烯含量上升约44.6%。进一步研究发现,10和50 μmol/L乙烯增强苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)、4-香豆酸辅酶A连接酶(4-coumarate coenzyme A ligase,4CL)、肉桂醇脱氢酶(cinnamyl alcohol dehydrogenase,CAD)和愈创木酚过氧化物酶(guaiacol peroxidase,PPOD)等木质素合成关键酶的活性,使番茄根系木质素含量提高约52.1%和83.8%,导致胞壁木质化程度提升。与对照相比,乙烯减少根表皮细胞Cd²⁺内流40.2%~52.7%,显著降低体内Cd含量(P＜0.05)。此外,乙烯处理减少毒性高的水提取态和乙醇提取态Cd的含量,增加了毒性低的盐酸、醋酸、氯化钠提取态和残渣态Cd的含量,同时增加Cd在细胞壁中的占比,降低在细胞器中的占比,从而降低植株的离子渗透率(electrolyte leakage,EL)和丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量,增加叶绿素含量,提高了番茄植物对Cd²⁺胁迫的耐受性。综上,本研究发现了Cd²⁺胁迫之下MAT酶活性的变化,由此提出,MAT介导的乙烯合成与Cd²⁺胁迫之间可能存在关联,为乙烯缓解植物Cd损伤提出新的可能机制,也为其在果蔬作物安全生产中的应用提供了初步的理论依据。

干旱是影响水稻产量和品质的常见限制因素之一。氧化铈纳米颗粒在提高作物抗逆中已有广泛报道。然而,氧化铈纳米颗粒是否能提高水稻耐旱能力以及相应的机制目前仍不清除。本研究旨在分析氧化铈纳米颗粒是否可以通过影响活性氧稳态和一氧化氮水平提高水稻抗旱。结果表明,与无纳米材料对照相比,氧化铈纳米颗粒显著增加了干旱胁迫下的水稻幼苗的鲜重(19%, P < 0.05)。同时,干旱胁迫下,氧化铈纳米颗粒处理组水稻叶片的活性氧水平显著低于无纳米材料对照组(82%, P < 0.05),而其叶片一氧化氮荧光信号则显著高于对照组(46%, P < 0.05)。此外,与无纳米材料对照相比,干旱胁迫下,氧化铈纳米颗粒处理组水稻叶片细胞表现出更好的膜完整性,其死细胞数下降70%(P < 0.05)。本研究从活性氧和一氧化氮信号分子的角度初步探索了氧化铈纳米颗粒提高水稻抗旱性的机制,不仅进一步丰富了纳米材料与逆境条件下的作物相互作用的理论基础,而且有利于纳米农业的可持续发展。

山东第一医科大学动脉粥样硬化研究所和第二附属医院的秦树存受邀撰写的“新的脂代谢调控基因-货运受体Surf4”一文，系统介绍了Surf4蛋白作为货运受体如何参与载脂蛋白在内质网与高尔基体之间的转运，进而影响肝细胞极低密度脂蛋白和小肠上皮细胞乳糜微粒分泌。希望深化人们对Surf4的认知，为其潜在的应用转化提供新的思路。血浆脂蛋白的组成和水平反映了机体内脂质代谢状态，临床检测已经把血浆脂蛋白检测作为常规指标，如何利用脂蛋白水平评价代谢性疾病患病风险、发展状况和治疗效果是临床医生普遍关心的问题。深圳大学化学与环境工程学院食品营养与安全实验室的何庆华围绕这些问题进行了“脂蛋白及其亚类在机体中的功能”的综述和展望。脂肪组织是体内脂代谢的重要场所，近年来对脂肪组织中巨噬细胞在脂代谢过程中的作用有了新的认识。西北农林科技大学的庞卫军在“脂肪组织中巨噬细胞在肥胖过程中的作用及其调控机制”一文中总结出巨噬细胞参与肥胖调控的4条主要途径，值得读者仔细阅读和学习。此外，质膜磷脂的脂质过氧化是诱发细胞铁死亡的关键因素，华中科技大学同济医学院的袁萍将肿瘤细胞抑制脂质过氧化和抵抗铁死亡的研究进展呈现在“癌症中与脂质过氧化相关的铁死亡抑制机制”一文中。脂代谢的表观遗传调控机制是本领域的新兴热点研究主题，尤其是对众多长非编码RNA以及环状RNA是否对脂代谢具有调控作用还不知晓。延安大学生命科学学院王晓涧在“长非编码RNA CASC15影响肝细胞SREBP1a表达及定位”的研究论文中揭示CASC15通过促进SREBP1a前体蛋白质表达以及向核内转位的方式影响肝细胞脂肪酸合成。山西农业大学动物科学学院的李步高发现猪环状RNA分子circECH1具有抑制前体脂肪细胞增殖功能，相关研究成果在“CircECH1 inhibits proliferation of porcine preadipocyte by sponging miR-365-5p”论文中展示。

脂代谢的生理和病理性改变是复杂的调控过程。希望通过本专栏的文章，让读者对血浆脂蛋白代谢、某些疾病状态下脂代谢过程的改变有更加深入的认识，并以此为基础在脂代谢领域做出突破性研究成果，为治疗脂代谢紊乱相关性疾病提供更多更好的干预靶点。

Surf4属于Surfeit基因簇成员,在内质网膜中广泛表达和定位,作为货运受体参与多种蛋白质在内质网与高尔基体之间转运。新近发现,Surf4参加载脂蛋白B (Apo B)转运,进而影响极低密度脂蛋白(VLDL)前体的转运,在极低密度脂蛋白分泌中发挥调控作用,敲除肝Surf4能大幅度降低血浆总胆固醇和甘油三酯水平,不会造成肝的脂质堆积和病理改变。这些研究结果表明,Surf4可能是治疗心血管疾病的潜在药物靶标,在心血管疾病的发生发展及其诊疗中具有潜在的临床应用价值。本文就Surf4的主要生理功能,尤其是作为货运受体参与载脂蛋白B在内质网与高尔基体之间转运的货运功能,以及其参与调控脂代谢并与脂代谢相关疾病关系的研究进展进行系统阐述,以期促进对Surf4的认知,并为其深入研究和转化应用提供新思路,为降脂治疗提供新方法,造福于更多高脂血症患者。

肥胖是一个全球性的健康问题,世界上三分之一的成年人口出现超重或肥胖现象,儿童肥胖的比例也在逐年上升。超重或肥胖会增加患严重慢性疾病的风险,例如II型糖尿病、高血压、心血管疾病和哮喘等。越来越多的证据表明,慢性炎症是肥胖的一个重要特征,持续性炎症可以导致肥胖和肥胖相关的代谢疾病。因此,肥胖现在被认为是一种与代谢紊乱相关的低度慢性炎症疾病。了解脂肪组织中免疫细胞与脂肪沉积的关系可能对开发肥胖及相关代谢疾病的治疗策略具有重要意义。巨噬细胞是脂肪组织中含量最多的免疫细胞,在炎症的诱导和消退方面发挥重要作用。本文概述了脂肪组织中巨噬细胞在肥胖过程中的响应,及巨噬细胞对脂肪细胞的调控机制进而影响肥胖的发生发展。在此基础上,总结出巨噬细胞参与肥胖调控的4条主要途径:(1)巨噬细胞通过分泌外泌体进入邻近脂肪细胞内,通过干扰PPARg或Nadk的表达,引起脂肪沉积的降低或增加;(2)巨噬细胞通过M1型和M2型之间的极化,引起脂肪沉积的变化;(3)巨噬细胞通过分泌调控因子引起脂肪组织中交感神经纤维变化,进而调控脂质沉积;(4)巨噬细胞通过捕获外源线粒体,来调控脂质沉积。巨噬细胞变化作为肥胖过程中关键事件,通过了解其调控机制进行针对性干预,将是未来肥胖及其相关疾病治疗的新方向。

脂蛋白是一类由胆固醇酯、甘油三酯、载脂蛋白、磷脂和游离胆固醇等组成的复杂球状微粒,作为血液中水不溶性脂质载体,在脂质的转运和代谢中具有重要作用。因粒径、密度和载脂蛋白组成不同,脂蛋白常被分为高密度脂蛋白、低密度脂蛋白、中密度脂蛋白、极低密度脂蛋白和乳糜微粒。依靠不同的分离技术,脂蛋白又可被进一步细分为不同的亚类且功能各异。传统临床检测以高密度脂蛋白胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和载脂蛋白等作为常规指标,并用于评价各类心血管类疾病的患病风险、发展状况和治疗效果。但近年来,随着对脂蛋白及其亚类功能研究的深入,常规指标已不能满足对心血管类疾病进行精准预测和高效治疗的需求,寻求更为可靠的评价指标变得尤为重要。对脂蛋白及其亚类功能的研究是解决这一瓶颈的关键所在,更有助于脂质代谢异常导致的高血脂和动脉粥样硬化等心血管疾病的治疗,也是拓宽其在营养、代谢、疾病等研究领域应用的前提。近年来,脂蛋白亚类一直作为研究的热点,除脂质运输和代谢外,不断有新的功能被发现。本文对高密度脂蛋白、低密度脂蛋白、极低密度脂蛋白和乳糜微粒在机体脂质代谢中的功能进行了综述和展望,以期为脂蛋白亚类在营养、代谢、疾病等功能研究提供参考。

铁死亡(ferroptosis)是近年来发现的一种细胞死亡方式,以铁依赖和脂质过氧化(lipid peroxidation)为特点,有别于凋亡等其他细胞程序性死亡。诱导或促进细胞铁死亡也成为很有前景的肿瘤治疗方向。但在一些肿瘤中,癌细胞对铁死亡的敏感性下降,甚至顽固性抵抗死亡;除此之外,临床前实验中耐铁死亡诱导剂癌细胞的出现也引起隐忧。因此,明确肿瘤细胞抵抗铁死亡的机制,探索可能的靶向策略、削弱其对铁死亡的耐受程度,可以为肿瘤治疗提供帮助。铁死亡是在不同因素作用下,由活性氧产生、脂质过氧化、质膜受损和细胞死亡等系列事件组成的过程。其中,细胞质膜的脂质过氧化是铁死亡执行过程的核心阶段,对质膜的完整性、细胞存亡发挥决定性作用。本文将聚焦于这一关键事件,介绍其发生发展过程及其导致细胞死亡的可能机制,从膜磷脂组成、氧化级联反应、脂质过氧化物的清除和受损质膜的修复等方面,汇总近年来关于肿瘤细胞抑制脂质过氧化和抵抗铁死亡的研究进展,以及这些研究成果为提高肿瘤治疗效果提供的思路,为拓展铁死亡敏感性肿瘤的药物治疗、寻求铁死亡耐受肿瘤的药物治疗方案提供线索。

长非编码RNA CASC15(long non-coding RNA CASC15,CASC15)被认为是一种与肿瘤相关的lncRNA,参与调控多种肿瘤的侵袭、增殖和迁移等生物学过程。然而CASC15在细胞内脂质代谢中的作用仍不明确。胆固醇调节元件结合蛋白1(SREBP1)是细胞内调控脂质代谢的关键转录因子,其成员SREBP1a主要调控脂肪合成中关键酶基因的表达。本文通过分子生物学实验及细胞功能学实验,研究CASC15对人肝细胞中脂质调控因子SREBP1a表达及定位的影响。研究结果显示,在肝细胞中,过表达CASC15(P＜0.001)后细胞内的SREBP1a的mRNA和总蛋白质水平不变,前体蛋白质水平增加(P＜0.05)且定位发生改变,即入核增加;SREBP1a调控脂肪酸合成相关产物游离脂肪酸(P＜0.001)和甘油三酯(P＜0.001)呈下调趋势。本文揭示了CASC15调控肝细胞脂代谢的一种可能机制,希望为脂代谢紊乱相关疾病的治疗和研究提供新思路。

环状RNA (circRNA) 是一种共价封闭RNA,在脂肪发育过程中具有重要作用。本研究旨在探讨猪环状RNA ECH1 (circECH1) 对前体脂肪细胞增殖的调控机制。本研究通过实时荧光定量PCR (qRT-PCR) 分析、Sanger测序和RNase R酶消化法成功鉴定circECH1的稳定环状结构,其在马身猪各个组织中均有表达,并且其在脂肪组织中的表达量随日龄增加呈上升趋势。功能研究证明,干扰circECH1后,增殖相关基因PCNA、CDK1和MKi67极显著升高(P<0.01),增殖细胞数量极显著增加(P<0.01)。为进一步探究其分子机制,使用miRDB、miRWalk和RNAhybrid 预测circECH1的下游靶基因。通过双荧光素酶报告基因分析和RNA结合蛋白免疫沉淀技术,验证circECH1能靶向结合miR-365-5p。在猪前体脂肪细胞中过表达miR-365-5p会增殖相关基因PCNA和CDK1的表达量极显著升高(P<0.01),增殖细胞数量极显著增加(P<0.01);干扰miR-365-5p后增殖相关基因PCNA、CDK1和MKi67的表达量极显著降低(P<0.01),增殖细胞数量极显著增加(P<0.01)。挽救实验结果显示,共转染si-circECH1和miR-365-5p inhibitor与单独转染miR-365-5p inhibitor相比,增殖相关基因PCNA、CDK1和MKi67的表达量显著升高(P<0.01),增殖细胞数量显著升高。本研究结果证明,circECH1存在于马身猪的脂肪组织中,并且通过海绵吸附miR-365-5p调控猪前体脂肪细胞增殖,为进一步了解调控猪前体脂肪细胞的分子机制提供理论依据。

长久以来，我们“顾名思义”，“理所当然”地认为核糖核酸酶A的功能就是降解核糖核酸（RNA）。事实上，随着研究的深入，发现该家族不少成员不仅能降解RNA，而且能精准地在特定位点切割RNA产生功能性非编码RNA，甚至具有“非酶”功能！例如，我们课题组研究的核糖核酸酶A超家族成员5（ribonuclease 5，也称angiogenin，中文译为“血管生成素”）不仅以酶的形式参与RNA代谢（主要是rRNA、tRNA和miRNA），而且能以转录因子的方式促进rRNA转录、以细胞因子的方式调控细胞行为、作为细胞内分子机器的一个成员与蛋白质相互作用；不仅是一个应激响应蛋白质，而且在维持细胞/组织稳态中发挥重要作用。因此，在《中国生物化学与分子生物学报》编辑部的支持下，本专栏邀请了国内从事核糖核酸酶A研究的专家，结合自己的研究专长，分别从核糖核酸酶A超家族的研究历史、发挥多种生物学功能的结构基础、在肿瘤发生发展中的作用、抗微生物作用、活性检测方法等角度系统综述了该家族的研究进展，并在同一实验条件下系统评估了该家族在人体中的8个典型成员的抗菌活性。 首先，本课题组回顾了核糖核酸酶A超家族的研究历程，探讨了未来的研究方向，特别呼吁要系统研究该超家族成员除降解RNA外的其他生理病理功能；为吸引大家的关注，特别将文章题目定为“核糖核酸酶Ａ超家族：不仅仅是一组降解RNA的酶”。其次，为帮助读者更好地理解该家族成员发挥不同作用的原因，邀请从事人源核糖核酸酶A免疫调节研究的四川农业大学陆路副教授撰写“人核糖核酸酶Ａ家族生物学功能的结构基础”，概述了决定家族成员酶活性、抗微生物特征、免疫调节等生物学功能的结构基础。近年来，美国德州大学安德森癌症中心的洪明奇教授、塔夫茨大学的胡国富教授等团队相继报道了核糖核酸酶A超家族成员1、4、5、7等在不同肿瘤中的作用，引发了学术界的兴趣。为此，本专栏邀请在tiRNA等非编码RNA与肿瘤领域有深厚造诣的宁波大学郭俊明教授全面综述了“核糖核酸酶Ａ家族典型成员在肿瘤发生中的作用”。为深入理解该超家族成员对微生物的杀伤活性及内在机制，本专栏邀请长期从事微生物与宿主相互作用、最近专门研究家族成员1、2、5与先天免疫关系的哈尔滨医科大学张凤民教授撰写“人核糖核酸酶Ａ超家族抗微生物活性及其作用机制”，对各成员的抗微生物（包括病毒、细菌、真菌）和抗寄生虫活性及其作用机制进行系统综述，并展望了其作为抗微生物活性物质和天然免疫分子在治疗严重和耐药微生物感染中的应用前景。为帮助读者系统了解当前的核糖核酸酶A活性检测方法，邀请创新研发了多种新型检测技术的湖南大学刘斌教授撰写“RNase A活性检测及其在癌症靶向治疗中的应用”，不仅介绍了基于传统技术的酸溶法、凝胶电泳法、电化学法方法和液滴微流体法，而且全面总结了基于荧光探针技术的新型活性检测方法。最后，考虑到当前世界各实验室对该家族成员的抗菌活性报道不一致，安排浙江大学的盛静浩副教授组织队伍，在同一实验条件下以半致死浓度评估了人源8个典型成员对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的抗菌活性，为正确认识该家族的抗菌活性提供了参考。 希望通过本专栏的文章，让大家更全面地认识核糖核酸酶A超家族成员的功能及其在临床诊疗、甚至疾病预警预防的应用前景，吸引更多的研究者投入到相关领域的研究中，以期全面、深入地解析该家族成员的生理病理功能。

核糖核酸酶A超家族(ribonuclease A superfamily;RNase A superfamily),也称脊椎动物分泌型核糖核酸酶超家族(vertebrate secreted ribonucleases superfamily),是二十世纪蛋白质结构、酶学和分子进化领域研究最多最广泛的核糖核酸酶家族。自上世纪初期从牛胰腺中分离鉴定第一个成员以来,已从哺乳动物、两栖动物、爬行动物、鸟和鱼等几百种动物中鉴定了几千个成员。早期对该家族成员的研究不仅促进了蛋白质化学技术的发展,而且为现代生物学研究奠定了基础。目前已知人的核糖核酸酶A超家族成员包括8个典型成员(RNase 1 ~ RNase 8)和5个非典型成员(RNase 9 ~ RNase 13)。功能方面,曾一度以为该家族成员只具有降解核糖核酸的能力。随着血管生成素(angiogenin; RNase 5)、嗜酸性粒细胞衍生神经毒素(eosinophils-derived neurotoxin, EDN; RNase 2)、嗜酸性粒细胞阳离子蛋白(eosinophils cationic protein, ECP; RNase 3)的发现,人们意识到该家族成员除了消化核糖核酸外,还有依赖酶活性和不依赖酶活性的其他功能,包括宿主防御、免疫调节、血管生成和肿瘤抑制等,但仍了解不够全面。本文回顾了核糖核酸酶A超家族的研究历程,探讨了未来研究方向,特别呼吁要系统研究其除降解核糖核酸外的其他生理病理功能,希望能为该领域的研究提供思路。

人核糖核酸酶A(ribonuclease A, RNaseA)家族成员有13个,分别为RNase1-RNase13,它们具有很高的序列相似性,大多含有6～8个半胱氨酸并形成分子内二硫键,以维持特有的空间结构。其中,RNase1-RNase8具有多种生物活性,可概括为3类:涉及核糖核酸转录后的剪切、修饰和降解;具有抗细菌、抗真菌和抗病毒活性;以及机体免疫调节作用。而RNase9-RNase13不具有核糖核酸酶活性。因此,本文将重点对RNaseA家族成员RNase1-RNase8的结构与功能研究进行综述,重点概述决定RNaseA生物学功能的结构特征,以期指导以RNaseA为基础的抗微生物药物开发及RNaseA在机体免疫中的功能研究。

人体中核糖核酸酶A(ribonuclease A,RNaseA)家族包含8个典型成员(RNase 1至RNase 8)。已有研究显示,除RNase 8外,该家族其它典型成员影响了胰腺癌、结直肠癌、膀胱癌、乳腺癌和皮肤癌等多种肿瘤的发生发展。在肿瘤发生过程中,特定RNase表达量及糖基化修饰会发生显著改变,是肿瘤诊断的潜在标志物;它们能以多种机制参与肿瘤发生、生长和转移等过程,有望成为肿瘤治疗的靶点;而部分成员则具有杀伤肿瘤细胞、抑制肿瘤发展的功能,存在临床开发成肿瘤治疗药物的可能。具体而言,RNase 1通过核糖核酸酶活性依赖的细胞毒性和细胞外RNA降解功能,发挥直接杀伤肿瘤细胞或降低局部炎症而抑制肿瘤生长的作用;RNase 1还能结合并激活促红细胞生成素,产生肝细胞癌受体相互作用蛋白A4 (erythropoietin-producing hepatocellular carcinoma receptor-interacting protein A4, EphA4)信号通路,促进乳腺癌的发生。RNase 2 和RNase 3是嗜酸性粒细胞颗粒蛋白质的重要成分,依赖于阳离子性及核糖核酸酶活性在抗肿瘤免疫防御中发挥重要作用。RNase 4和RNase 5则通过诱导血管生成、加快肿瘤细胞增殖和抑制肿瘤细胞凋亡等方式,促进肿瘤发生发展。其中RNase 5发挥作用的分子机制包括促进47 S前体rRNA转录和激活促肿瘤生长的信号通路,以及产生tRNA衍生的应激诱导的RNA(tRNA-derived stress-induced RNA,tiRNA)等。虽然RNase 6和RNase 7与肿瘤的发生存在相关性,但其具体作用及机制的研究仍较少。本文总结了RNase A 家族典型成员与肿瘤的相关性和作用机制,并对其临床应用前景进行了展望,以期为肿瘤治疗药物的开发提供新思路。

人核糖核酸酶A(human RNase A)超家族包含13个具有不同生物活性的成员(RNase 1~RNase 13),其蛋白质结构除具有催化保守序列外,还具有显著多样性的序列,决定了人类核糖核酸酶A可发挥核糖核酸酶活性之外的生物学功能。人核糖核酸酶A超家族成员在多种免疫细胞例如嗜酸性粒细胞、中性粒细胞、单核细胞和巨噬细胞中表达,并可被分泌以发挥多种多样的生物学功能,包括抗微生物活性、促进宿主防御、参与血管生成及精子成熟等。其中,人核糖核酸酶A超家族部分成员,可通过水解病毒RNA、抑制病毒复制、破坏细菌细胞壁、促进微生物凝集、损伤寄生虫细胞膜和线粒体膜等直接作用,以及通过宿主天然免疫细胞介导的间接作用,发挥抗微生物及寄生虫活性,参与宿主防御。本文对人核糖核酸酶A的抗微生物(包括病毒、细菌、真菌)和抗寄生虫活性及其作用机制进行综述,并对人核糖核酸酶A作为抗微生物活性物质和天然免疫分子,用于治疗严重和耐药微生物感染的前景进行展望。

核糖核酸酶 A(RNase A)是一种广泛应用于酶学、生物化学、结构生物学等领域研究的工具酶,能特异性水解 RNA 的胞嘧啶(C)或尿嘧啶(U)残基,能有效杀伤肿瘤细胞及抑制 HIV-1 病毒复制。研究表明,RNase A 家族成员参与细胞增殖、存活、发育和分化,迁移和入侵等多种生理和病理过程;人体内 RNase A 活性和蛋白质表达水平与胰腺癌、卵巢癌、膀胱癌和甲状腺癌等肿瘤发病密切相关。准确监测 RNase A 水平有助于阐明肿瘤发病分子机制、药物筛选、临床诊断和预后评估;此外,RNase A还具有通过裂解细胞内 RNA 分子,诱导细胞凋亡来杀伤肿瘤细胞的功能,是一类具有广泛应用前景的抗肿瘤蛋白质药物。基于纳米技术将具有治疗功能的RNase A输送至细胞特定靶向部位,实现抗肿瘤功能的蛋白质靶向疗法,已表现出良好的应用前景。本文重点讨论RNase A 现有活性检测方法及其在靶向治疗相关疾病中的应用,旨在为RNase A临床应用和靶向药物筛选提供参考。

抗菌肽是机体重要的免疫防御分子,具有广谱杀菌活性。核糖核酸酶A是脊椎动物特异性的分泌型蛋白质,在人基因组中包含8个经典成员(RNase1-8)。它们作为一类重要的抗菌肽,广泛分布于机体需要抵抗外界病原微生物的组织中,除了特有的生物学功能外,均具有一定的抗菌活性。然而,目前各实验室对它们抗菌活性的报道并不一致,有必要开展横向比较分析。为此,我们表达纯化了人核糖核酸酶A超家族8个成员的重组蛋白质,并在同一实验条件下以半致死浓度评估了它们对革兰氏阴性菌(大肠杆菌)和革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌)的抗菌活性。结果显示,RNase1-8重组蛋白质对大肠杆菌半数致死浓度分别为:0.081,0.046,0.008,0.250,2.028,0.072,0.001 μmol·L^-1和1.1416 μmol·L^-1;对金黄色葡萄球菌半数致死浓度分别为:3.427,1.856,2.211,5.188,8.274,4.356,2.502 μmol·L^-1和9.916 μmol·L^-1。该结果提示,RNase1-8对大肠杆菌的抗菌活性存在明显差异,其中RNase3和RNase7活性最强,且均显著高于各自对金黄色葡萄球菌的抗菌活性;8个成员对金黄色葡萄球菌的抗菌活性无明显差异。据此我们认为,核糖核酸酶A超家族对革兰氏阴性菌具有较好的杀伤活性,可用于革兰氏阴性菌抗菌产品的开发。

类器官构建及培养技术是近年来新兴的前沿性科学技术,该技术已经被广泛用到组织器官发育、疾病发病机制、药物开发和再生医学等领域的研究之中。干细胞及组织器官发育分化调控的研究成果为类器官构建及培养技术的建立提供了重要的信息。体外借助细胞外基质成分及细胞因子等构建出适宜于干细胞增殖、分化的三维微环境是类器官构建及培养技术的核心。在适宜的微环境中,干细胞及其分化的多种类型细胞可通过自组织形成与体内相应组织结构和功能相似的类器官。当前,多种类型的类器官构建及培养技术虽然得到广泛应用,但其技术体系仍具有操作的复杂性、产量的不确定性及获得的类器官结构和功能与体内组织存在较大差异性等难题。生物制造领域先进技术的引入推动了类器官技术的发展。本文将综述基质成分与细胞因子构建的三维微环境的研究进展,并讨论生物制造领域的先进技术在类器官构建与培养技术中的应用,例如微孔限定的培养技术可以控制类器官的生长发育,能用于制备大小均一及生物学特性相似的类器官;图案化技术使细胞按图案特征响应性地增殖与分化,可以精准控制类器官的生成;三维生物打印技术可以精确组装各类细胞,有助于构建具有复杂结构和区域特异性的类器官。类器官构建及培养技术是一个新兴的多学科交叉的创新技术,但是还应该看到其技术体系仍有待进一步改进及提升,以获得可准确展现体内相应组织器官结构和功能的类器官。

泛素化修饰作为真核细胞内主要的蛋白质翻译后修饰之一,通过泛素-蛋白酶体系统(UPS)介导了细胞内的蛋白质特异性降解,同时广泛参与并调控细胞内基因转录、信号传导、DNA损伤与修复、细胞周期调控、应激反应甚至个体的免疫应答等几乎所有的生命活动过程。泛素-蛋白酶体系统的精确调控构成了稳定而复杂的泛素化信号网络,而其失调通常会造成癌症、神经退行性疾病、代谢性疾病等多种疾病的发生发展。近年来,基于质谱(MS)的蛋白质组学逐渐成熟,并极大促进了泛素化修饰研究的深度与广度。依托于泛素化蛋白质/肽段富集技术的发展以及高通量、高覆盖度和高灵敏度的质谱检测技术平台,蛋白质泛素化修饰组学也得以快速发展,并逐渐应用于人类生理、病理状态的泛素化蛋白质组研究和疾病发生发展的机制探索。本文主要综述了泛素化修饰组学研究中的泛素化蛋白质/肽段富集方法、质谱鉴定技术、定量标记技术和数据处理方法,同时对泛素化修饰组学技术在疾病研究中的应用也进行了系统分析,理清了当前存在的问题与挑战,为泛素化修饰蛋白质的发现与鉴定提供参考,为相关疾病治疗靶点的筛选和药物研发提供思路。

对基因组DNA进行自由编辑,一直是生物学家的梦想,随着CRISPR-Cas9这一强大基因编辑工具的发现及应用,这一梦想终于成真。起初,科学家发现Cas9、Cas12a及Cas12f等多种CRISPR-Cas系统可用于真核细胞DNA的编辑,随后,又陆续发现Cas13a、Cas13b及Cas13d等核酸酶靶向RNA分子。不仅如此,通过各种各样的改造,科学家还开发一系列新型CRISPR-Cas系统。这些人工改造的基因编辑系统比天然的CRISPR系统具有更高的DNA切割活性、更强的特异性以及更小的体积,它们形成了一个强大的工具集,可用于DNA序列的敲除、替换、表观遗传编辑甚至基因表达的激活和抑制。CRISPR基因编辑技术不仅是基因功能研究的强大工具,其在疾病治疗靶点的发现、病原体的核酸诊断与肿瘤等疾病的临床治疗方面也展现出巨大的潜力。当然,CRISPR技术在实际应用中仍然存在许多潜在的问题尚待解决,例如其在体内的高效递送,免疫原性和脱靶效应等。这些问题都将在本综述中展开讨论。相信随着CRISPR编辑技术的进一步改进,它将以更加完善和精确的方式在人类疾病的预防和治疗中发挥更大的作用。

真核生物染色质空间构象的形成和维持受到多种因素的共同调控,其中多种蛋白质在染色质三维结构的形成与维持中具有重要作用,而大量蛋白质在三维基因组中的具体作用机制仍待研究。本文从研究技术、思路及展望三方面分别进行了论述。首先,介绍了染色质三维结构相关蛋白质的研究技术,其中,基于显微荧光成像的技术包括结构光照明显微技术、单分子定位显微技术和受激发射损耗显微技术,它们可以提高染色质三维结构成像分辨率并丰富染色质三维结构成像细节。测序技术包括针对转录因子的染色质免疫共沉淀测序技术,以及针对染色质的染色质构象捕获及其衍生技术。然后,归纳了基于共定位发现染色质三维结构相关目标蛋白质,以及研究其具体作用机制的思路。将染色质三维结构相关的转录因子和辅因子按其作用机制分类,整理了目前已发现的染色质三维结构相关蛋白质,包括直接作用于DNA、与辅因子共同发挥作用、介导相分离、参与环挤出、与非编码RNA共同发挥作用、引起染色质修饰以及G-四链体相关等。最后,讨论了现有研究技术存在的挑战和未来发展趋势,在实验流程、成本以及有偏性等方面指出了现有研究技术的提升空间和发展方向,推动三维基因组学研究向分子层面发展。

间充质干细胞(MSCs)是一类多组织来源的成体干细胞,具有自我更新及多项分化潜能。移植后,MSCs可以迁移归巢至受损组织,通过分泌免疫调节因子,细胞因子,生长因子,胞外囊泡和其他生物活性物质,发挥抗炎,抗病毒,抗凋亡,抗纤维化,促进血管新生和免疫调节等作用,在治疗自身免疫性疾病及组织器官修复中表现出较好的疗效。目前,国际上已有10余款MSCs产品上市,我国也有30余款间充质干细胞新药获得临床试验默许。胞外囊泡是来源于膜系统,由细胞分泌的双层脂质颗粒,携带有亲本细胞的生物活性物质,包含蛋白质,脂质,mRNA和细胞因子等,可以将亲本细胞信号传递给受体细胞。间充质干细胞来源的胞外囊泡具有与其来源的间充质干细胞相似的生物学特性。因其体积小,免疫原性低,组织渗透性强,循环半衰期长,稳定性高,使用风险低等优点,近年来,胞外囊泡作为非细胞产品逐渐受到关注。除其本身具有组织发育与功能维持,调节免疫,抗氧化应激和促进再生等作用之外,间充质干细胞及其胞外囊泡还可以作为生物载体递送生物活性物质,发挥抗肿瘤和促进组织修复等作用。本文就间充质干细胞及其胞外囊泡的功能及其作为药物载体的研究进展进行综述。

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。

免疫检查点是一类表达在免疫细胞表面的抑制性受体分子,对维持免疫系统的稳态发挥重要的作用。近年来,陆续发现了一些重要的免疫检查点分子,例如CTLA-4和PD-1,也能在某些类型的肿瘤细胞中表达,这些“异位”表达的检查点分子被称为“肿瘤细胞固有免疫检查点分子”。虽然目前学界对它们的认识仍非常有限,但是已有证据表明,肿瘤细胞固有免疫检查点分子在表达上存在异质性,在功能上存在多样性。特别是其通过“获得性免疫非依赖”方式调控肿瘤细胞命运现象的发现,对个体化肿瘤免疫治疗方案的设计、新型抗肿瘤策略的开发都具有潜在的意义。本文概述肿瘤细胞固有免疫检查点分子的研究历程,并重点以CTLA-4和PD-1为代表,展开对肿瘤细胞固有免疫检查点分子生物学功能和分子调控机制的论述和探讨,最后对该领域存在的科学问题和未来研究方向做一展望。本综述旨在介绍和推动“肿瘤细胞固有免疫检查点分子”领域的研究。

泛素化是真核细胞特有的蛋白质翻译后修饰方式,调节真核细胞内多种重要生理过程,例如蛋白质稳态、细胞周期、免疫反应、DNA修复以及囊泡转运等。鉴于泛素化对于生命活动的重要性,病原菌在与宿主细胞的长期进化过程中衍生出一系列针对宿主泛素化过程的效应蛋白质,调控宿主体内泛素化过程,从而构建有利于病原菌自身生长繁殖的内环境。嗜肺军团菌是一种革兰氏阴性菌,是军团菌肺炎的致病菌,能够引起发热和肺部感染,重型病死率高达15%~30%。Dot/Icm Ⅳ型分泌系统是嗜肺军团菌侵染过程中最主要的毒力系统。在侵染宿主细胞的过程中,嗜肺军团菌利用该分泌系统,分泌超过330种效应蛋白质,协助细菌在宿主胞内生存、增殖和逃逸。多种嗜肺军团菌效应蛋白质通过直接或者间接的方式对宿主泛素化过程进行调控。近年的研究发现,多种效应蛋白质可以介导不同于真核生物经典泛素化的新型泛素化过程。本文介绍了嗜肺军团菌效应蛋白质介导的新型泛素化过程的最新研究进展,为理解泛素化过程在嗜肺军团菌致病过程中的重要作用提供参考依据。

迁移体（migrasome）是俞立教授于2015年报道的新细胞器。迁移体是细胞迁移过程中尾部产生的收缩丝的尖端或交叉点产生出的膜性细胞器。细胞产生迁移体的过程称为迁移性胞吐（migracytosis），介导细胞内物质的释放和细胞间远距离通讯，在斑马鱼胚胎发育及器官形成中具有重要作用。本篇综述总结了目前有关迁移体的研究进展，包括早期迁移体的发现过程，TSPAN4和胆固醇形成的宏结构域，整合素(integrin)与细胞外基质的相互作用以及特异性是迁移体发生的核心分子机制、迁移体研究的第一个活体动物模型以及迁移体具有和潜在的生理意义、血清中迁移体的研究。本篇综述还归纳了当前建立的迁移体研究方法和工具，包括迁移体纯化的方法、迁移体的鉴定方法、迁移体的分子标志物、迁移体的染料标记方法和抑制迁移体发生的小分子抑制剂等相关研究进展，为迁移体领域的研究奠定工具基础和树立标准。本综述还对迁移体这个新兴领域中的重要问题和研究方向进行展望，期待更多其他领域的科学家投入迁移体领域的研究中。

迄今为止，研究者们在 RNA 上已经发现了百余种不同种类的化学修饰，这些修饰大都分布在丰度较高的非编码 RNA中，并对非编码 RNA功能的维持具有重要作用。近年来，得益于高分辨率质谱的应用以及全转录组测序技术的开发，越来越多的 mRNA 上的修饰被发现、精确定量和定位，包括N6-甲基腺嘌呤（m6A）、N6,2-O-二甲基腺嘌呤（m6Am）、5-甲基胞嘧啶（m5C）、 次黄嘌呤（I）、假尿嘧啶（Ψ）、N1-甲基腺嘌呤（m1A）、2′-O-甲基化（Nm）、N4-乙酰胞嘧啶（ac4C）和N7甲基鸟嘌呤（m7G）等。其中特别是m6A，作为真核生物mRNA中含量最丰富的内部修饰，其修饰酶、识别蛋白质的鉴定以及其广泛的生物学功能的发现，掀起了mRNA上转录后修饰研究的热潮，从而促进了新兴的研究领域——表观转录组学的诞生。尽管我们对这些可逆、动态的化学修饰的理解刚刚开始形成，但毫无疑问，一个关于遗传信息调控研究的新时代已经到来。本综述集中在本课题组关注较多的3种表观转录组修饰即m1A，m6Am和Ψ，从其分布、功能和高通量检测技术等方面进行深入介绍，旨在为相关领域的研究者提供一个了解蓬勃发展的表观转录组学的窗口。

泛素化修饰（ubiquitination modification）广泛存在于真核生物，通过26S蛋白酶体降解途径或信号传递等，改变蛋白质稳定性、定位和活性等功能，参与细胞的周期、转录、炎症、肿瘤和免疫等各项功能，是一类复杂的动态调控系统。泛素化调节是一个可逆过程，被泛素连接酶（ubiquitin ligase，E3）和去泛素化酶（deubiquitylase，DUB）拮抗调控。去泛素化酶可介导底物蛋白质去泛素化，调节蛋白质功能，参与细胞各项生命活动。去泛素化酶的蛋白质丰度、定位和催化活性等受到严格调控。在肿瘤的发生发展过程中，有许多与肿瘤相关的重要抑癌或者促癌蛋白质被去泛素化酶调控，而且去泛素化酶的表达异常、突变等都会影响细胞的DNA损伤修复、凋亡、自噬、分子信号通路和染色质重塑等，从而调控肿瘤细胞的生长侵袭和转移等过程。因此，去泛素化酶系统是参与肿瘤调控的重要蛋白质，也是肿瘤的重要药物靶标，已有多个小分子抑制剂用于抗肿瘤治疗的研发。本文主要总结介绍了泛素分子、泛素链特异性和去泛素化酶系统在肿瘤中的调节机制，为临床药物靶点的设计以及诊断指标等提供依据。

整合因子复合物（integrator complex，INT）的发现极大地拓展了对小核RNA转录成熟和基因转录调控的认知，也重新掀起了相关领域的研究热潮。INT是1个至少由14个亚基组成、分子量超过1.4 MD的蛋白质复合物。它一方面通过内切酶活性切割转录本，执行功能；另一方面与PP2A磷酸酶结合，调节RNA聚合酶Ⅱ上C-端重复序列关键位点的去磷酸化，调控RNA聚合酶的转录活性，在多种RNA（信使RNA、小核RNA、增强子RNA等）的转录生成中均发挥重要作用。在小核RNA转录成熟的过程中，INT于转录起始被招募至聚合酶Ⅱ的CTD区，并随之在小核RNA基因上移动；识别3′成熟序列元件后，活性亚基切割转录本，完成短链RNA的转录成熟。同时，它还参与多个生物学过程，例如蛋白质编码基因的转录暂停-释放、转录延伸、增强子转录本生成、DNA和RNA代谢等。在生理病理功能方面，整合因子复合物及其组分在肿瘤发生与个体发育中的重要性也日益凸显。尽管如此，直到最近关于该复合物的组分与结构研究才有了新的突破。组成该复合物的14个亚基以大量的α螺旋为特点，在形成功能模块的基础上进一步组装成庞大的转录调控机器。本文将就整合因子复合物的组成、结构特点、功能研究、疾病关联与问题展望等方面展开论述。