衰老是各种分子和细胞损伤随时间累积的结果,涉及3类共12种特征性标志,包括基因组不稳定性、端粒损耗、表观遗传改变、蛋白质稳态丧失、巨自噬失能等原发性标志;营养感应失调、线粒体功能障碍、细胞衰老等拮抗性标志,干细胞耗竭、细胞间通讯改变、慢性炎症和生态失调等综合性标志。因此,研究单一通路功能的细胞信号因子难以全面理解复杂的衰老机制。酪蛋白激酶Ⅱ(casein kinase 2,CK2)是最早被鉴定的蛋白质激酶之一,可以磷酸化数百种底物的丝/苏/酪氨酸位点,具有高度组成性表达活性,广泛参与细胞增殖、分化、凋亡、应激、代谢和免疫等功能调节,发挥着协同各类信号分子通路交叉整合的独特作用,对维持细胞存活和稳态具有重要意义。近年研究揭示,CK2在衰老过程中呈现表达水平及酶活性扰动现象,不同动物、组织器官及细胞模型存在一定异质性。总体而言,CK2的表达下调可促进衰老的原发性标志发展、但减轻衰老的拮抗性标志并改善衰老的综合标志,呈现双重效应和相互关联的机制特征。值得注意的是,多种衰老相关性疾病均伴随CK2表达及酶活性的异常激活,包括肿瘤、心血管疾病、慢性代谢性疾病、神经系统以及骨骼的退化性疾病等。因此,维持CK2稳态有望成为延缓衰老的有效策略。本文总结了CK2与衰老研究的最新进展,不仅有助于深入理解衰老与衰老相关性疾病的共性机制,而且为开发早期防治衰老相关性疾病的潜在药物靶点提供了理论依据。

环状RNA(circular RNA,circRNA)是一种具有共价闭环结构的单链RNA,相较于线性RNA具有更稳定的结构以及更低的免疫原性。大量研究表明,circRNA具有保守性、稳定性和组织特异性等特点,同时可以充当 microRNA (miRNA)海绵,与蛋白质和翻译模板相互作用,调节基因表达和信号转导等生物学功能。基于circRNA的特性以及多种生物学功能,部分内源性circRNA在肿瘤的发生及发展中发挥重要调控作用,具有作为生物标志物和治疗靶点的潜力。此外,mRNA药物在实际应用中具有不稳定易降解、翻译效率低和免疫原性等限制。工程化可翻译的外源性circRNA可解决线性mRNA应用的部分缺陷,成为新型有潜力的高效药物。在本文中,介绍了circRNA在体内生物发生的机制,具体的生物学功能,在肿瘤中的诊疗应用现状。包括内源性circRNA在肿瘤中的诊断应用,外源性circRNA的设计合成策略,以及详细列举目前工程化circRNA疫苗利用其稳定高效表达蛋白质的功能在肿瘤治疗方面的一些设计和应用进展。最后,我们就当前circRNA的临床诊断应用问题,外源性circRNA的治疗应用挑战以及展望进行讨论。

铁死亡是一种以依赖铁的脂质过氧化为核心的新型程序性细胞死亡形式。多种代谢物可参与铁死亡的调控,其中脂质代谢发挥着重要作用。含多不饱和脂肪酸的磷脂(phospholipids containing polyunsaturated fatty acyl chain, PUFA-PLs)在生物膜上发生超阈值的过氧化,导致膜结构和功能的破坏是最为经典的脂质代谢介导的铁死亡机制。此外,含多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid, PUFA)的特殊脂质,例如具有二酰基-PUFA尾的磷脂(phospholipid with diacyl-PUFA tails, PL-PUFA₂)、多不饱和醚磷酯(polyunsaturated ether phospholipid, PUFA-ePL)、含PUFA的胆固醇酯(cholesterol ester containing polyunsaturated fatty acyl chain, PUFA-CE)也被发现,可通过提供PUFA用于过氧化,进而参与铁死亡过程;脂滴通过储存和释放PUFA调节铁死亡的敏感性;胆固醇代谢的中间产物及衍生物主要参与铁死亡的负向调控;不同类别的鞘脂对铁死亡的调控方向并不一致。基于前期大量研究证实,铁死亡与胃肠肿瘤的增殖、转移和耐药的发生等密切相关,我们进一步归纳了胃肠肿瘤细胞中驱动铁死亡抵抗的相关脂质代谢机制,如削弱PUFA-PLs合成代谢及过氧化进程,增强铁死亡防御系统等,以及胆固醇代谢、脂滴代谢、鞘脂类代谢与胃肠肿瘤产生铁死亡抗性的关系。靶向这些特定脂质及代谢酶与途径以调控铁死亡具有重要的临床潜在价值,有望为寻找新的胃肠肿瘤诊断、预后标志物和治疗药物,及逆转化疗耐药提供新思路。

CRISPR/Cas系统的出现极大推动了基因编辑领域的进步,特别是CRISPR/Cas9系统,已成为生物医学研究的核心工具。长非编码RNA(lncRNA)在基因调控、细胞分化和多种疾病的发展过程中发挥关键作用,尤其在癌症研究中,lncRNA作为癌症生物标志物和治疗靶点,具有重要的应用前景。然而,由于lncRNA普遍具有低丰度和保守性差等特点,限制了传统手段对其功能的研究。CRISPR/Cas9技术为lncRNA的研究提供了一个高效、灵活且精确的工具,显著加速了该领域的进展。本文首先回顾了CRISPR/Cas9系统的基本原理及其在基因编辑中的广泛应用,包括CRISPR敲除、敲入、干扰和激活等多种功能系统。这些技术不仅可以筛选特定生物过程中的关键lncRNA,还能够用于基因功能研究,探索其在疾病中的作用。本文重点分析了CRISPR/Cas9技术在研究lncRNA功能和调控机制,以及其在肿瘤研究中的关键应用。此外,文章还总结了通过CRISPR/Cas9进行全基因组筛选以识别功能性lncRNA的方法,并探讨了这些lncRNA在癌症细胞增殖、迁移、侵袭以及耐药性中的作用。CRISPR/Cas9敲除系统可以高效敲除lncRNA基因,揭示其在基因调控中的具体功能。同时,CRISPR激活和干扰技术为非编码基因的研究提供了新的思路,通过调控lncRNA的表达水平,进一步探索其在癌症等疾病中的临床应用。文章还探讨了CRISPR技术在未来lncRNA研究中的潜力,尤其是在解决基因组复杂性、靶向效率和脱靶效应等技术难题方面的进展。综上所述,CRISPR/Cas9技术不仅为研究lncRNA提供了强有力的工具,也为未来开发新的癌症诊断和治疗手段提供了新的思路和机会。

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)是全球人类癌症相关死亡的第三大原因,虽然HCC的临床诊断和治疗取得了相当大的进展,但患者的预后仍较差,5年生存率仅约为18%。HCC的发生发展是由发生突变后能够直接促进细胞的增殖、存活和转移的驱动基因推动的,随着分子生物学和基因组学技术的发展,阐明了驱动基因突变赋予HCC细胞选择性生长优势,使细胞能够抵抗凋亡、维持增殖信号、启动侵袭和转移、诱导血管生成、实现代谢重塑和免疫逃逸等。探索HCC发生发展的关键驱动因素以进一步阐明HCC的发病机制,可为HCC的诊断、治疗以及改善预后提供新的方向。本文从端粒维持、细胞周期、Wnt信号通路、氧化应激、表观遗传修饰等多个方面总结了HCC中的驱动基因突变以及它们在HCC诊断和治疗中的应用前景,以期为HCC的诊断、治疗和研究提供信息参考。

相分离是细胞内生物分子由单一均相混合物形成2种不相溶的液滴凝聚体过程,是细胞内分子凝聚体和无膜细胞器形成的主要驱动力。相分离不仅在多种生理活动中发挥重要的动态调控作用,而且调控神经退行性疾病和癌症等多种疾病的发生发展。已有研究发现,长非编码RNA(lncRNA)与相分离密切相关,这为理解lncRNA的作用机制打开了新的视角,成为近年来非编码RNA领域的研究热点。本文重点介绍了LncRNA SLERT作为分子伴侣与DDX21蛋白相互作用,影响核仁纤维中心区/高密度纤维区(FC/DFCs)的相分离;LINC00657(NORAD)与PUM蛋白形成NP小体,驱动PUM蛋白的相分离而抑制其活性,促进基因组的稳定性;dilncRNA调控DNA损伤应答小RNAs (DDRNA)、p53结合蛋白1(53BP1) 的相分离,lncRNA LINP1相分离液滴与Ku蛋白结合促进DNA损伤修复;LncRNA SNHG9、MELTF-AS1、MALR 分别驱动LATS1、YBX1、ILF3蛋白质的相分离发挥促癌lncRNAs作用,GIRGL、LncFASA分别调控CAPRIN1、PRDX1的相分离在癌症发展中发挥抑癌基因作用;lncRNA XIST通过相分离驱动X染色体失活的研究。总之,本文综述了lncRNAs通过调节相分离在细胞核无膜细胞器的形成、基因组稳定性与DNA损伤修复、肿瘤发生发展和X染色体失活等病理生理过程中的最新研究进展。本文表明长非编码RNA可通过调节相分离,参与多种病理生理过程,有望为相分离介导的疾病的治疗提供新的方向。

越来越多的研究表明,环状RNA在心肌纤维化中发挥重要调节作用。人环状RNA表达谱芯片检测结果提示,环状RNA circHERC4_041在心衰患者心肌中表达增加,RT-qPCR验证发现,与健康器官捐献者(n=18)心肌组织相比,心衰患者(n=19)中circHERC4_041的表达显著升高。荧光原位杂交(FISH)检测证实,circHERC4_041在人心肌细胞AC16胞质中丰富存在。利用腺病毒介导在小鼠心肌成纤维细胞(mCFs)中过表达circHERC4_041可抑制 mCFs中纤维化相关蛋白质表达。细胞增殖检测实验、细胞划痕和Transwell实验结果显示,过表达circHERC4_041时,mCFs 的增殖和迁移能力被抑制(P<0.001)。序列分析提示,circHERC4_041包含潜在的核糖体进入序列和开放阅读框,蛋白质免疫印迹检测证实,circHERC4_041可翻译516个氨基酸的HERC4-516aa蛋白质,其主要定位于细胞胞质中。细胞功能实验证实,circHERC4_041通过特异翻译HERC4-516aa来抑制心肌成纤维细胞的纤维化表型(P<0.05)。通过IP-MS筛选和Co-IP鉴定证实,HERC4-516aa与转谷氨酰胺酶2 (TGM2)具有特异的相互结合作用,并通过蛋白酶体途径促进TGM2降解。而利用腺病毒介导在mCFs中过表达TGM2可逆转HERC4-516aa对mCFs纤维化表型的抑制作用。本文证实,circHERC4_041翻译的HERC4-516aa蛋白质通过与TGM2相互作用,有效抑制心肌成纤维细胞的纤维化表型。

蛋白质-蛋白质相互作用在细胞的生化功能中扮演极为重要的角色,深入解析蛋白质相互作用关系是理解细胞生命活动的关键。本研究以高尔基体蛋白73(golgi protein 73, GP73)为研究对象,利用经典的免疫共沉淀联合质谱技术系统挖掘了GP73的相互作用蛋白质,力求进一步解析GP73的分子功能。选取肝癌细胞系HepG2,利用慢病毒感染技术构建过表达GP73-3Flag的稳定细胞系,免疫共沉淀联合质谱检测鉴定出78个高置信的GP73相互作用蛋白质,生物信息学分析提示,GP73与近40个细胞核蛋白质存在相互作用,并参与RNA运输、剪接和翻译等生物学过程,进一步的免疫荧光和细胞核蛋白质分离实验证实,GP73在多种肿瘤细胞中的细胞核定位,在78个相互作用蛋白质的基础上进一步筛选出与mRNA剪接相关的蛋白质相互作用网络,并通过免疫共沉淀验证了GP73与HNRNPH3、SMN1、RBM14、NCBP1等7种蛋白质存在相互作用。Minigene剪接实验提示,过表达GP73抑制细胞对pre-mRNA的剪接效率。本研究拓展了对GP73蛋白功能的认识和理解,有助于解释其在细胞生物学中的重要角色及其与疾病的潜在关联。

Zeste基因增强子人类同源物2(enhancer of zeste homolog 2, EZH2)是一个组蛋白甲基转移酶,与SUZ12和EED等组成多梳抑制复合体2(polycomb repressive complex 2, PRC2),对组蛋白H3的27位赖氨酸进行三甲基化修饰,介导下游基因表观沉默。其与细胞增殖、心血管发育关系密切,但EZH2在心血管终末分化中的表达变化尚不清楚。本研究通过GEO数据库筛选胚胎及成体心肌细胞中基因的表达差异,发现EZH2在胚胎心肌细胞高表达,在成体心肌中表达极低(P<0.0001);而PRC2成员SUZ12和EED的表达变化不够显著。通过Tabula Muris数据库在线分析显示,成体小鼠心组织各细胞亚群在生理状态下几乎不表达EZH2。对小鼠心组织进行免疫组化染色,发现在小鼠的胚胎期和初生期心肌组织中,EZH2表达水平较高,但在出生后的第1 d表达量开始逐渐下降(P<0.0001),到第3 d几乎消失不表达。蛋白质免疫印迹结果进一步验证,发现EZH2在出生后表达迅速消失(P<0.05),EZH1可弥补EZH2下调,维持H3K27me3修饰水平。本研究进一步采用畸胎瘤干细胞P19细胞心肌诱导分化模型,发现EZH2在心肌前体细胞向自发搏动的心肌细胞分化过程中显著高表达,与心肌转录因子Gata4表达同步(P<0.01)。通过小分子药物MS1943靶向降解EZH2,Edu掺入实验显示,其显著抑制了诱导分化中心肌细胞的增殖(P<0.01),同时RT-qPCR检测显示,增殖抑制因子CDKN1A的表达显著升高(P<0.01)。总体而言,EZH2在胚胎发育中心肌细胞中的高表达,与促进细胞增殖相关。在出生后短时间内,EZH2表达快速丧失,与心肌细胞失去增殖能力相关,是心肌终末分化的标志之一。

AKT,又称为蛋白质激酶B(protein kinase B, PKB),在细胞增殖和代谢过程中发挥关键作用。AKT有3种亚型:AKT1、AKT2和AKT3,这3种亚型对小鼠胚胎干细胞(mouse embryonic stem cells,mESCs)多能性和分化的影响尚不明确。本研究旨在探讨AKT亚型缺失对小鼠胚胎干细胞自我更新和分化的影响。本文利用CRISPR/Cas9基因编辑技术建立AKT的3种亚型基因敲除的细胞系,通过蛋白质印迹(Western blot)、流式细胞术、qRT-PCR、CCK-8、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase, AP)染色和RNA-seq对其表型和分子变化进行分析。Akt的3种亚型基因敲除的细胞系构建成功,Akt1和Akt2的缺失会抑制小鼠胚胎干细胞的增殖,Akt任意一种亚型的缺失不会影响多能性基因在mRNA水平和蛋白质水平的表达,但在拟胚体形成过程中,Akt的3种亚型的缺失均会影响3个胚层基因的mRNA水平表达。转录物组分析结果表明,与野生型mESCs相比,Akt1、Akt2和Akt3缺失后分别有995、547和429个差异表达基因(|log2FC|≧1, P<0.05),这3种亚型调控的差异表达基因存在部分重叠。综上,Akt的3种亚型的独立缺失不影响小鼠胚胎干细胞干性的维持,但是他们对于分化至关重要。Akt的3种亚型可以共同调控基因的表达,同时也保留了各自的调控特异性。本研究为理解Akt的3种亚型在干细胞生物学中的独特和重叠作用提供了基础,突显了它们在维持干细胞功能和分化中的重要性。

代谢重编程是癌症的重要特征之一,其中氧化磷酸化(oxidative phosphorylation, OXPHOS)代谢作为细胞获取能量的主要生化过程,对肿瘤发生和发展有着重要影响。本研究旨在探究肺鳞状细胞癌(lung squamous cell carcinoma, LUSC)的代谢特征对肿瘤恶性特征的作用。通过分析基因表达谱数据库中LUSC、肺腺癌和正常肺组织的单细胞转录物组测序数据,发现OXPHOS信号通路以及ATP合成相关分子在LUSC组织中显著富集。基于OXPHOS信号强度评分,将LUSC分为OXPHOS^high和OXPHOS^low两组。生物信息学分析显示,126个转录因子在LUSC肿瘤组织和OXPHOS^high组中均呈现高表达水平,其中肿瘤干细胞相关信号(例如SOX2、SOX9、 POU2F1、CDX1、ARID3A、EZH2和KLF5等)在OXPHOS^high细胞亚群中的表达水平明显增强(P <0.05)。使用OXPHO拮抗剂处理LUSC细胞后,H520和SKMES-1细胞的球体形成率这一重要的干性特征受到显著抑制(P <0.05)。对于LUSC单细胞转录物组细胞间通讯数据的分析表明,OXPHOS^high发出及接受的信号强于OXPHOS^low细胞亚群,且成纤维细胞对于OXPHOS^high-LUSC细胞之间存在明显的交互作用。将LUSC细胞系H520和SKMES-1与人肺成纤维样细胞系共培养,肿瘤细胞球体形成率显著提高(P <0.05)。同时,共培养的H520和SKMES-1细胞的ATP、NADH活性酶和活性氧(ROS)水平也显著升高(P <0.05)。研究结果证实,OXPHOS通路是参与LUSC代谢的关键信号,与肿瘤干性细胞特性以及成纤维细胞相互作用信号调节相关,有望为肿瘤治疗提供新的策略。

海洋在全球碳循环中发挥着关键作用,基于“双碳”目标的提出,海洋碳汇受到广泛关注。贝类养殖是形成渔业碳汇的重要来源之一,对近海的碳循环过程产生着重要影响;随着全球温度的升高,海洋酸化现象的加剧,海洋吸收CO₂的能力将会发生改变。但是,高温对厚壳贻贝(Mytilus coruscus)碳代谢相关的生理和转录物组的影响不够清晰。本实验主要研究高温对厚壳贻贝总碳含量、碳代谢、抗氧化相关的酶活性以及转录物组的影响。结果表明,高温显著抑制己糖激酶和丙酮酸激酶的活性,而碳酸酐酶的活性增加(P＜0.05),降低了消化腺ATP含量(P＜0.05),影响了糖酵解和三羧酸循环,导致贻贝固碳能力显著下降。高温导致活性氧、丙二醛、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性都显著增加(P＜0.05)。透射电镜的观察结果显示,高温损伤了厚壳贻贝消化腺的亚细胞结构,使核仁缩小,内质网肿胀,线粒体嵴显著减少。比较转录物组学分析结果显示,高温处理下上调的差异表达基因主要富集在内质网的蛋白质加工(protein processing in endoplasmic reticulum)、抗原的处理和呈递(antigen processing and presentation)以及MAPK信号途径(MAPK signaling pathway)等通路;下调的差异表达基因主要富集于细胞坏死(necroptosis)、DNA复制(DNA replication)和NF-kappa B 信号途径(NF kappa B signaling pathway)等通路。抗氧化相关差异基因中,上调差异基因主要有维生素K环氧化物还原酶、过氧化物酶、热休克105 kD蛋白、热休克70 kD蛋白和超氧化物歧化酶等;下调差异表达基因主要包括NADPH氧化酶、谷胱甘肽还原酶、细胞色素b-245、细胞色素P450和醌氧化还原酶等。富集于碳代谢通路的上调基因主要包括转几丁质酶、磷脂酰肌醇4,5-二磷酸3-激酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、半乳糖激酶和三磷酸肌醇3-激酶等;下调基因主要包括醛糖-1-差向异构酶、碳酸酐酶、半乳糖变位酶、酰基辅酶A合成酶、乙醇脱氢酶和己糖激酶等。综上,高温对厚壳贻贝的固碳相关的酶活性和碳代谢相关基因的表达具有一定的抑制作用。本研究的结果以期为贻贝养殖的健康发展和碳汇的评估提供科学依据。

组成型光形态建成9信号复合体的5B亚基(subunit 5B of constitutively photomorphogenic 9 signalosome, CSN5B)是植物中L-半乳糖途径合成维生素C的抑制因子。为了获得高维生素C番茄突变体,本文构建双靶点载体pKSE402-SlCSN5B并对番茄育种亲本“1912”进行了遗传转化。通过分子生物学鉴定和DNA序列分析,17株转基因阳性植株中6株发生编辑,编辑效率为35.3%;其中csn5b-6和csn5b-8为纯合突变体,分别缺失了180 bp和3 bp。对这2种缺失纯合体T₁代中无外源T-DNA插入的株系分别进行生物学观测,在植株和果实的表型上无明显差异;在果实红熟期,对其进行生理指标测定,csn5b-6的T₁代株系在GMPase活力、维生素C和过氧化氢含量变化显著,分别比野生型提高43%、37.8%和降低25.9%,而可溶性固形物含量无明显差异;csn5b-8的T₁代株系与野生型一致。采用基因表达分析和蛋白质结构预测发现,csn5b-6-11中SlCSN5B基因表达量正常,但其编码的蛋白质由于较大的肽段丢失引起结构的改变,从而影响其功能,这可能是引起维生素C含量提高的原因。以上结果表明,利用CRISPR/Cas9技术编辑SlCSN5B基因可以提高番茄果实中维生素C的含量,为后续培育优质番茄新品种提供材料。

医学生的科研创新能力与国家医疗卫生事业持久高质量发展休戚相关。培养具有自主科研能力和创新意识的优秀医学生,是高层次医学人才培养的重要工作内容。我们经调研发现,医学院校部分师生存在对科研创新能力认识不到位,开展科研创新动力不足,培养模式有待完善等问题,制约了教师及医学生科研活动的顺利开展。据此,我们进行了基于医学生科研创新能力培养的“导师制”教学实践及探索研究。本研究依据“科研反哺教学,教研相长”的模式,以导师规划协调,辅以研究生指导,本科生为主的“导师制”实施体系,旨在培养医学生的创新思维,激发科研兴趣,锻炼实践和科研能力,通过“科研创新小分队”的团队合作,采用前期调研、课内与课外、组内与组间、理论与实践相结合的培养教育方法,完善和加强医学生科研创新能力培养,为医学教育管理体制的优化以及医学生培养质量的提升提供借鉴。