Quake试图整合“中心法则”、“细胞学说”和“进化论”三大生命规律为一条法则,即“细胞法则”,但该法则无论在理论上还是在实验层面上有待于发展和完善。量子生物学是否将在更普遍意义上解释生命规律呢？量子生物学是运用量子力学理论和方法,研究生命过程和起源的新兴交叉学科,主要探讨生物分子动态结构与能量转移中的量子行为和效应。本文通过回顾量子力学发展史和量子生物学兴起,重点综述了量子生物学现状并对其未来作了展望。在DNA复制和修复中因氢键断裂而质子稳定性降低,后者发生隧穿而引起突变,具有进化意义;量子隧穿通过局部构象运动和静电环境优化,降低有效势垒高度而促进酶促反应;激发态电子在光合作用多个色素分子间形成相位同步的叠加态,并通过相长干涉提高能量传输效率和强度,从而增强光能转化为化学能;候鸟量子罗盘通过隐花色素中电子传递和相继其构型变化来感知弱磁场而寻找方向;神经系统微管蛋白构象态和其量子态通过相干、叠加、纠缠及 Orch-OR坍缩,行而可感知和传递神经信息。进而,文中讨论了实验印证量子力学模拟的生命活动,“观测者效应”为解释生命起源提供新思路和哥本哈根诠释统领生命行为本质的可能和展望。

本文探讨了在人工智能(AI)浪潮重塑教育格局的时代背景下,《分子生物学》课程以培养学生高阶提问能力为核心目标,开展以“问”为引擎的教学改革实践。文中提出了“问学共生进化”的教学理念,强调“问”与“学”如DNA双链般相互缠绕和循环演进,推动认知跃升,激活创新潜质;并基于此理念,对课程实施进行了系统而深入的改革:在内容层面,设计了“三层级问题库”(基础认知-综合应用-创新探索),分别使用各种AI工具以达到缩短基础知识获取时间,增强复杂问题分析能力,以及实践学科前沿探索研究的辅助作用;在方法层面,创新了“四步教学法”(情境设问-自主探究-协作研讨-反思发问),分阶段有步骤地调用“三层级问题库”,达到从回答教师设问到最终创新发问的潜能激活目标;在评价层面,采用了过程性考核对学生五维能力进行全面评价并给予及时反馈指导。经过2年的教学实践,这种AI融入的“以问启学、问学相长”的教学模式,成功实现了分子课程教学从“知识传递”到“思维锻造”的根本性转型,显著提升了学生的科学思维能力,强化了其自主探究能力,并有效激发了创新实践能力。本课程的创新实践,为当今时代理科专业核心课的改革,提供了具有前瞻性与可操作性的新路径与宝贵经验。

课程思政是高校落实立德树人根本任务的关键。随着人工智能技术在教育领域的应用不断深化,课程思政教学改革创新已成为当前亟待解决的问题。生成式人工智能(generative AI)作为人工智能领域的一个重要分支,以其丰富的语料库与强大的交互理解和对话能力,为破解教学难题、革新教学样态带来了新的机遇。本研究旨在探索生成式AI在《临床免疫学检验技术》课程思政教学中的应用实践,提升课程育人实效,实现知识传授、能力培养与价值引领的有机统一。依托生成式AI技术对课程思政元素进行智能化挖掘与重构,创设“课前精准推送—课中协同探究—课后反思内化”的人机协同教学模式。选取2021级(n=219)、2022级(n=217)医学检验技术专业学生分别设为对照组和研究组,在授课团队、课程内容与考核标准一致的前提下实施教学干预。通过比较两组学生的专业知识成绩、实践技能成绩、学习行为数据(包括课堂参与度、AI互动频率等)及问卷调查结果,综合评估教学效果。结果显示,研究组专业知识成绩和实践技能成绩均显著高于对照组(P<0.001);学习行为数据显示,研究组AI互动频率与讨论参与率更高;89.2%的学生对AI赋能课程思政教学持积极态度。综上所述,生成式人工智能驱动下的《临床免疫学检验技术》课程思政有助于提升学生的专业素养与实践能力,促进思政元素的精准融入与价值引领的隐性渗透,为医学课程思政改革提供可借鉴的实践范式。

在新一轮科技革命驱动下,大数据、人工智能及基因技术深度融入医学领域,系统性变革医疗模式与行为。“新医科”建设作为医学教育体系与理念的重构,旨在回应科技革命与教育转型需求。课程团队立足立德树人根本任务,针对《医学遗传学》传统教学中存在的时空限制、资源数智化不足及个性化教学困境,系统探索数智化课程改革路径:通过建设“基础-临床”一体化慕课、开发分层职业训练的虚拟仿真实验平台、深度融合课程思政资源和增设科研进阶模块,实现教学资源数智化升级;整合课程图谱(知识图谱、问题图谱和能力图谱)与智能学伴构建智慧课程体系;设计可自由配置的多元化教学方案以适配不同学习者需求。结果表明,改革显著提升了教学质量与学生能力,形成“医教协同、科教融合、虚实结合”的智慧教学模式,为医学教育数字化转型提供可复制的实践范式,助力培养适应智能时代的高素质创新型医学人才。

结核病(tuberculosis, TB)仍是全球重大公共卫生威胁,耐多药结核病使其防控形势更加严峻。传统诊断方法需要更新,而人工智能(artificial intelligence,AI)技术的引入为结核病防控提供了突破性解决方案。诊断方面,AI技术能够显著提高结核病筛查效率,并精确识别结核病影响特征。AI技术在TB标志物发现中也发挥重要作用,通过分析多组学数据识别了高性能的新型诊断标志物。治疗领域,AI模型可预测药物疗效和不良反应风险,为个性化治疗提供支持;新药研发中,AI技术加速了TB药物靶点发现和化合物筛选过程,并能实现新型药物的从头设计。本文综述了以TB为例的AI在传染病诊断、治疗及新药研发中的应用及未来方向。

动脉粥样硬化(atherosclerosis, AS)是一种以脂质沉积、慢性炎症和斑块形成为特征的血管疾病,是心血管事件的主要病理基础。尽管传统降脂治疗已取得了一定临床疗效,但其核心发病机制仍需进一步深入阐明。近年来,肠脑轴作为连接肠道与中枢神经系统的双向调控网络,因其在神经、内分泌免疫和代谢交互中的关键枢纽作用而逐渐成为研究AS的热点领域。肠脑轴通过肠道菌群代谢产物,例如短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)、氧化三甲胺(trimethylamine N-oxide,TMAO)以及肠道激素调节宿主炎症、脂质代谢和内皮功能,进而影响AS进程,自主神经系统(交感/副交感)通过调控免疫细胞活性和炎症因子释放影响斑块稳定性。而神经代谢交互的异常会加剧菌群紊乱和代谢失衡,促进AS恶性循环。本文系统综述了肠道微生物与其宿主神经系统之间复杂的双向信号传导机制及其在AS发生发展中的作用,肠道菌群如何通过代谢产物调控宿主的神经内分泌与免疫反应,从而影响中枢及外周神经系统的功能;反之神经活动又可直接或间接调控肠道微生物内环境稳态。最后,本文梳理了基于肠脑轴治疗AS的相关干预策略,并对其临床可行性进行了探讨。这为开发以肠脑轴调控为核心的AS精准防治策略提供理论依据,也为临床干预提供极具潜力的新靶点和研究方向。

子宫内膜癌是女性生殖系统中最常见的恶性肿瘤之一,其发病率仍呈现持续上升趋势。尽管目前的诊断和治疗手段在不断进步,但其晚期患者的预后仍然较差。新兴的治疗策略,尤其是靶向治疗,为患者带来新希望的同时,也体现目前急需发现新的治疗靶点的迫切需求。泛素-蛋白酶体系统是细胞内蛋白质降解的关键途径,可以通过泛素化或去泛素化途径调节致癌途径中的关键蛋白质,显著影响癌症的进展。微RNA是一类广泛存在于真核细胞中的小RNA,通过与特定mRNA结合并抑制其转录后表达来调控基因表达和细胞周期。它们还可以直接靶向关键的泛素连接酶或去泛素化酶,从而影响下游途径。本综述讨论了在子宫内膜癌中泛素连接酶或去泛素化酶如何调节多条信号通路中的相关蛋白质,并探讨异常表达的微RNA通过靶向泛素-蛋白酶体系统中蛋白质的mRNA影响致癌作用的机制。通过从RNA和蛋白质的角度阐明失调的泛素化和去泛素化的作用,确定潜在的治疗策略,并为子宫内膜癌的分子诊断标志物和治疗提供新的见解。

脑出血是由脑血管非外伤性的自发破裂导致血液渗入脑组织引发,属于致死率、致残率极高的出血性脑卒中亚型。因其发病率高,长期预后差,对患者生活和社会经济造成沉重的负担。因此,最大程度减轻损伤后神经功能缺损成为急需突破的难题。近年,细胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)在介导脑细胞间复杂信号传导、维持脑组织稳态上发挥的重要作用备受关注。大部分EVs都具备良好的生物相容性、稳定的膜结构、低免疫原性以及可以携带多种生物活性分子等特性,为实现脑细胞靶向调节提供了有利条件。本文系统综述了EVs的生物特性和功能特点,深入剖析了EVs在脑出血病理生理过程中的双重调节作用,诠释了EVs作为疾病动态监测的生物标志物在脑出血的诊断中展现出的应用潜能,并重点介绍了其作为药物递送和基因编辑体的的最新进展和改进策略,旨在为推动EVs在脑出血的临床诊疗应用上实现精准转化提供理论支撑。

线粒体是细胞的能量代谢中心,其基因表达调控对维持细胞稳态至关重要。线粒体基因组为一环状双链结构,其转录依赖于多种核编码蛋白质组成的转录复合体。在转录起始时,线粒体RNA聚合酶(mitochondrial RNA polymerase,POLRMT)利用NAD作为非经典起始核苷酸,在RNA的5′端NAD帽结构,从而实现转录过程与细胞代谢状态的偶联。线粒体DNA经过转录获得连续的、长的多顺反子转录产物,还需经历加工修饰才能成熟。这些过程在线粒体RNA颗粒中进行,共同维持转录本的稳定性和翻译效率。成熟的线粒体RNA不仅分布于线粒体基质,还可转运至细胞质和细胞核。本文综述了线粒体DNA转录和转录后加工修饰的研究进展,探讨了线粒体DNA的转录机制、转录后加工机制及其发生场所;重点分析了线粒体RNA修饰在调控RNA稳定性、翻译效率及基因表达中的作用,并讨论了成熟RNA的分布与转运机制。旨在阐明线粒体基因表达的调控机制,为线粒体功能障碍相关疾病的机制研究与靶点发现提供新思路。

多囊卵巢综合征(polycystic ovary syndrome,PCOS)是育龄期女性中最常见的内分泌代谢生殖疾病之一,其发病率日益增高,严重影响女性生殖健康与长期生活质量。该疾病以高雄激素血症(hyperandrogenemia, HA)、排卵障碍及多囊样卵巢为主要临床特征,常合并胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)、脂代谢异常及慢性炎症状态。近年来,随着分子机制研究的深入,铁死亡作为一种铁依赖的新型细胞死亡方式,被证实在PCOS病理演变中扮演关键角色。多种非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA),包括微RNA(micro RNA,miRNA)、长非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)及环状RNA(circular RNA,circRNA),可通过靶向细胞铁死亡的不同环节,从铁代谢、氧化还原稳态、脂代谢及相关信号通路等,从多个方面精细调控该死亡过程。这些ncRNA介导的铁死亡调控网络广泛参与卵巢颗粒细胞(granulosa cells,GCs)功能障碍、卵泡发育阻滞、过量雄激素合成及胰岛素分泌失调等病理环节来影响疾病进展。本文系统综述了铁死亡的核心分子机制,重点探讨了ncRNA调控铁死亡的具体作用机制,并进一步阐释该调控网络对PCOS及其并发症的潜在影响。此外,本文还就当前ncRNA调控铁死亡在PCOS研究中的局限与不足进行了讨论,对未来研究方向进行一定展望。该综述旨在为深度理解PCOS的分子病理机制提供新视角,并为基于ncRNA为靶点的临床诊断及治疗策略提供方向。

胆固醇代谢稳态的失调在肿瘤发生、进展及免疫逃逸中发挥关键作用。本文综述了细胞内胆固醇代谢的核心调控机制,包括固醇调节元件结合蛋白2(sterol regulatory element-binding protein 2,SREBP2)与3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase,HMGCR)介导的生物合成、低密度脂蛋白受体(low-density lipoprotein receptor,LDLR)依赖的外源摄取、ATP结合盒转运蛋白A1/G1(ATP-binding cassette transporter A1/G1,ABCA1/ABCG1)驱动的胆固醇外排以及酰基辅酶A:胆固醇酰基转移酶1/2(acyl-CoA:cholesterol acyltransferase 1/2,ACAT1/2)催化的酯化储存,并系统阐述了这些代谢通路在肿瘤免疫微环境(tumor immune microenvironment,TIME)中的多维度调控功能。在TIME中,肿瘤细胞通过重编程自身及周围免疫细胞的胆固醇代谢,构建免疫抑制性微环境。具体而言,ACAT1活性增强导致T细胞胆固醇酯化积累,削弱其受体聚集与效应功能;氧化甾醇如25-羟基胆固醇(25-hydroxycholesterol,25-HC)和27-羟基胆固醇(27-hydroxycholesterol,27-HC)通过肝X受体(liver X receptor,LXR)信号调控巨噬细胞极化、抑制树突状细胞(dendritic cells,DCs)迁移并诱导T细胞耗竭;髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)的功能成熟亦受XBP1-胆固醇轴调控。此外,自然杀伤(natural killer,NK)细胞的抗肿瘤活性受LDLR介导的胆固醇摄取及胆汁酸代谢产物异胆酸(iso-lithocholic acid,iso-LCA)的负向调节。基于上述机制,靶向胆固醇代谢的干预策略展现出显著的抗肿瘤潜力:他汀类药物抑制甲羟戊酸通路、前蛋白转化酶枯草溶菌素9(proprotein convertase subtilisin/kexin type 9,PCSK9)或尼曼-匹克C1型类似蛋白1(niemann-pick C1-like 1,NPC1L1)抑制剂阻断胆固醇摄取、ACAT抑制剂Avasimibe等不仅能直接抑制肿瘤生长,还可逆转免疫抑制状态。尤为重要的是,胆固醇代谢调节剂与免疫检查点抑制剂的联合应用可产生协同效应,显著增强抗肿瘤免疫力。因此,胆固醇代谢不仅是肿瘤细胞增殖的物质基础,更是调控TIME功能的关键代谢枢纽,其精准干预有望为癌症治疗提供新型、有效的组合策略。

蛋白质激酶C底物80K-H(protein kinase C substrate 80K-H,PRKCSH),也称为葡萄糖苷酶Ⅱ β亚基(glucosidase Ⅱ beta subunit,GluII β),与葡萄糖苷酶Ⅱ α亚基(glucosidase Ⅱ alpha subunit,GluII α)相互作用共同参与调控内质网(endoplasmic reticulum,ER)中糖蛋白的加工成熟过程,在N-糖基化这一关键的翻译后修饰中发挥重要作用。目前,PRKCSH基因突变与常染色体显性遗传性多囊肝病(autosomal dominant polycystic liver disease,ADPLD)的密切关系已被广泛研究关注。PRKCSH的多种功能,包括调节IGF1R和IRE1α等信号通路,使PRKCSH有望成为癌症免疫治疗的治疗靶点和生物标志物。同时,在癌症中PRKCSH可以通过响应内质网应激、协调细胞死亡程序和参与免疫治疗等途径,影响细胞生长、转移和对生长因子的反应,进而影响细胞自噬或细胞凋亡。PRKCSH还可以通过增强NK细胞和T细胞的活性,增强癌症治疗,调节抗肿瘤免疫。此外,PRKCSH可以通过选择性剪接产生不同的亚型,影响上皮-间充质转化(EMT)和肺癌细胞增殖等过程。PRKCSH虽然在多种疾病中的都有所发现,但其仍需要更多的证据来阐明PRKCSH的具体作用机制及其发展潜能。

纤维品质是棉花重要的经济指标,也是主要的育种目标之一。本研究利用CottonSNP80K芯片对408份陆地棉材料进行检测,获得12 874个SNP连锁不平衡区段(SNPLDB)标记。通过限制性两阶段多位点全基因组关联分析(RTM-GWAS),在6个环境(5个单环境和1个多环境)中共检测到128个与纤维长度、163个与纤维强度、149个与纤维细度、94个与纤维整齐度和92个与纤维伸长率显著关联的SNPLDB(QTL)。其中,与5个性状分别关联的10个、13个、9个、4个和4个SNPLDB在至少2个环境中被检测到。进一步的单标记/单倍型分析显示,与5个性状分别关联的6个、12个、9个、3个和3个SNPLDB的等位基因间表型差异显著。本研究鉴定到的11个与纤维长度、15个与纤维强度、8个与纤维细度、6个与纤维整齐度、4个与纤维伸长率关联的位点与前人报道的QTL/标记位点重叠,其中,与纤维强度关联的Block_A13_74977977_75077975、与纤维细度关联的Block_A05_24309961_24322003和Block_D03_2459185_2528302,以及与纤维伸长率关联的Block_D04_47711028_47718399,在本研究的多个环境和前人研究中同时被检测到。结合GO富集和RNA-seq分析表明,与纤维长度相关的8个基因、与纤维强度相关的5个基因、与纤维细度相关的8个基因、与纤维整齐度相关的4个基因和与纤维伸长率相关的3个基因可能是潜在的纤维品质候选基因。本研究为解析陆地棉纤维品质的遗传基础提供了新视角,为纤维品质分子育种奠定了重要基础。

蛋白质精氨酸甲基转移酶1(protein arginine methyltransferase 1,PRMT1)作为调控蛋白质精氨酸甲基化修饰的关键酶,参与多种肿瘤的发生发展。本研究旨在探讨PRMT1在肝细胞癌进展中的作用及其临床意义。研究首先通过整合TCGA、GTEx和GEPIA2等公共数据库,分析PRMT1在泛癌中的表达模式及其与预后的关联。再利用实时荧光定量PCR和Western印迹法检测PRMT1在肝癌细胞系Huh7中的表达水平,并通过免疫荧光检测明确其亚细胞定位。进一步采用Transwell和细胞划痕实验,评估敲低PRMT1对Huh7细胞迁移与侵袭能力的影响。TCGA等公共数据库整合分析发现,PRMT1在多种肿瘤组织中表达显著上调(P < 0.05),且其高表达与患者不良预后相关;功能富集分析提示PRMT1主要参与细胞周期和DNA修复等通路。在细胞实验中,实时荧光定量PCR和Western印迹法检测结果显示,PRMT1在肝癌细胞系Huh7中呈高表达;免疫荧光检测进一步表明,PRMT1主要定位于细胞核。Transwell和细胞划痕实验结果证实,敲低PRMT1后Huh7细胞的迁移与侵袭能力均显著降低。以上结果表明,PRMT1在肝细胞癌中呈现高表达与核定位特征,并能调控肝癌细胞的迁移与侵袭过程,这为深入理解PRMT1在肝细胞癌发生发展中的作用提供了新的实验证据。

甲卡西酮作为一种被广泛滥用的合成卡西酮类新型精神活性物质,因其严重的神经毒性和极强的成瘾潜力而构成重大公共卫生风险。本研究利用斑马鱼模型探究其神经行为效应的作用机制。甲卡西酮暴露显著降低斑马鱼幼鱼存活率并抑制胚胎孵化,同时诱导复杂的神经行为异常。条件性位置偏爱实验显示,甲卡西酮组斑马鱼在伴药区(明区)的停留时间较基线水平增加了22.2%(P < 0.01),证实甲卡西酮具有强成瘾性。利用转录物组学分析斑马鱼全脑,KEGG显示,神经活性配体-受体相互作用通路发生了系统性紊乱;基因集富集(gene set enrichment analysis,GSEA)分析进一步表明,γ-氨基丁酸信号通路(γ-aminobutyric acid,GABA,NES =-1.64)及谷氨酸受体通路(包括离子型和AMPA受体信号)均受到显著抑制(P < 0.05)。定量PCR进一步证实了上述通路中关键基因的显著下调:GABA能受体亚基(例如gabra1和gabra2)、谷氨酸能受体亚基(例如gria2和grin2B)以及多巴胺转运体slc6a3的mRNA表达下降了67.0%至97.9%(P < 0.01)。这些结果表明,甲卡西酮通过协同的双重抑制作用驱动奖赏寻求行为;具体而言,同时抑制 GABA 能的抑制作用和slc6a3 介导的再摄取,其可能促进多巴胺能过度活跃,而谷氨酸受体的下调则反映了对过度刺激的稳态反应。本研究结果为甲卡西酮使用障碍患者干预提供了新的视角。

艾塞那肽(Exendin-4,Exe)是一种胰高血糖素样肽-1(GLP-1)受体激动剂,对胰腺β细胞具有保护作用。然而,其潜在的作用机制尚不明确。研究结果表明,艾塞那肽具有更强的抗氧化能力,通过减少活性氧(ROS)(P＜0.01)的产生而保护MIN6细胞免受高糖诱导的氧化损伤,并维持胰腺β细胞的线粒体功能。艾塞那肽的保护作用主要体现在可提高细胞活力(P＜0.05)和胰岛素分泌(P＜0.05),以及提高线粒体膜电位(MMP)(P＜0.01)和ATP水平(P＜0.05)。此外,艾塞那肽还抑制了乳酸脱氢酶(LDH)的活性(P＜0.001),降低了细胞内丙二醛(MDA)水平(P＜0.01),并增强了超氧化物歧化酶(SOD)(P＜0.01)和过氧化氢酶(CAT)(P＜0.01)的活性。谷氧还蛋白(glutaredoxins, Grxs)是依赖谷胱甘肽的氧化还原酶,而Grx/GSH系统也被证实是保护胰腺β细胞免受氧化应激及线粒体损伤的重要内源性抗氧化系统。研究发现,艾塞那肽显著提高了谷氧还蛋白1(glutaredoxin 1, Grx1)、谷氧还蛋白2(glutaredoxin 2, Grx2)和谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase, GR)的蛋白质表达水平(P＜0.05),增加了GSH/GSSG(P＜0.01)和NADPH/NADP⁺(P＜0.05)的比值。以上结果表明,艾塞那肽可改善高糖抑制的胰岛细胞功能,其潜在机制与提高Grx系统中关键蛋白质水平的表达及抑制Grx/GSH系统功能失调,进而抑制了线粒体的氧化损伤及功能障碍相关。

质粒作为生命科学与医学研究中的重要工具,如何高效且低成本地提取仍是当前亟需解决的关键问题。本研究通过筛选不同形貌与粒径的二氧化硅颗粒作为DNA吸附剂,改良了碱裂解液的组分,并系统性地优化分离液的盐浓度、二氧化硅用量、DNA吸附时间、洗脱液体积及洗脱时间等工艺参数,显著提升质粒DNA提取的综合性能。该方法操作简便、成本低廉,能够稳定获得高产量和高纯度的质粒DNA,其效果与常规商品化离心柱法试剂盒相当。此外,本方案还根据实际需求进行等比例放大,所得质粒DNA在产量和纯度方面与基于硅胶膜的大提吸附柱纯化方法相近,适用于酶切和细胞转染等常规实验操作。因此,该方法具有良好的商业化应用前景。

动物生物化学是农业高校畜牧兽医专业的核心基础课程,更是研究生阶段分子实验技能培养的核心基石。当前新农科教育明确要求“培育具备深厚学科知识的农业人才”,传统动物生物化学课程体系已难以满足这一目标需求,推进该课程的创新实践已成为农科教育改革的必然选择。文章采用“知行合一”教学创新方法与BOPPPS教学模式,依托小规模限制性在线课程(small private online course,SPOC)互动学习平台、整合线上线下和课内外教学资源,从三方面推进改革:一是重构教学内容,强化知识与实践的衔接;二是融入课程思政元素,实现价值引领;三是完善多元化评价体系,全面反馈学习效果。通过上述举措,课程成功实现从“传统知识灌输型课堂”向“能力导向、创新驱动、开放融合型课堂”的转变,实现“知识传授、能力培养、价值塑造”三维教学目标,有效培育了具备“懂农业、爱农业、强农业、兴农业”素养的新时代农业人才,为我国农业现代化发展提供了人才支撑。