开放探索性实验教学是生物化学实验课程近年来开展的一种教学模式,其中的ATP合酶项目利用活细胞蛋白质光交联和高通量凝胶电泳技术对ATP合酶动态结构开展分析研究,将前沿科研成果转化为实验教学内容,以关键科学问题为线索,充分调动学生学习理论知识与实验技术的主动性和创造力。开放实验模块的教学设计首先是让学生以小组合作的方式开展文献阅读和实验设计,ATP合酶项目中学生能够加深对ATP合酶结构与功能的认识,学习和实践科学研究中的创新技术。实验中学生自行完成实验材料的准备和实验条件的摸索,通过活细胞蛋白质光交联技术处理大肠杆菌样品,学习高通量凝胶电泳装置的组装、制胶和应用,逐步优化和完善实验操作及处理以获得高质量的实验结果,观察和分析ATP合酶ε亚基在不同生理条件下的动态结构变化。开放实验模块的教学过程充分体现以学生为中心的教学理念,该教学模式自开展以来获得了学生的普遍认可和支持。ATP合酶项目的教学内容实现了实验课教学与前沿科研实验的紧密结合,让学生在自主探究过程中深入体会实验技术在解决关键问题中的改造和创新。该实验内容兼具探索性和综合性,充分锻炼学生分析和解决问题的实践能力。

N6-甲基腺苷(m⁶A)是真核生物RNA中最普遍的转录后修饰之一,对RNA的结构、命运和功能具有深远的影响。调控RNA m⁶A修饰的相关蛋白质主要包括三大类:甲基转移酶(writers)、去甲基化酶(erasers)以及阅读蛋白质(readers)。这些酶的发现表明,m⁶A修饰是一个动态且可逆的过程,能够通过调节RNA的结构来影响其稳定性、翻译效率以及定位。RNA结构的改变直接决定了RNA的命运、功能和代谢,进而调控细胞的增殖、分化和凋亡,并参与多种代谢性疾病、癌症等疾病的发生和发展。近年来,越来越多的研究揭示了m⁶A修饰在调节先天免疫系统稳态中的重要作用。免疫系统对于抵御细菌、病毒等病原体的感染至关重要,而m⁶A修饰通过影响免疫相关基因的表达和功能,调节免疫细胞的活性和反应。本综述汇总了近些年的相关研究报道,介绍了m⁶A修饰的生物学意义、主要调控蛋白质的功能以及它们如何协同作用以维持免疫系统的动态平衡。探讨m⁶A修饰如何影响模式识别受体(PRRs)的表达和信号传导,以及它在抗病毒和抗菌免疫反应中的角色。分析m⁶A修饰对T细胞和B细胞的分化、活化和功能的影响,特别是在疫苗接种和自身免疫性疾病中的作用。总结m⁶A修饰在不同感染性疾病(例如病毒感染、细菌感染和寄生虫感染)中的调控机制,以及其作为潜在治疗靶点的可能性。提出当前研究中存在的问题和挑战,并展望未来的研究方向,包括开发新的技术手段和治疗方法,以便更好地理解和利用m⁶A修饰在免疫调节中的作用。并结合我们自己的研究成果,详细阐述了m⁶A及其调控蛋白质在调节免疫系统功能和感染性疾病免疫反应中的作用。通过综合现有文献和我们的研究结果,本综述旨在提供一个全面而详细的视角,帮助深入了解m⁶A及其调控蛋白质在调节免疫系统功能和感染性疾病免疫反应中的最新进展,为进一步的研究和临床应用奠定基础。

缺血性心脏病(ischemic heart disease, IHD)是全球健康的主要威胁之一,其发病机制复杂且尚未完全阐明。近年来,随着表观遗传学研究的不断深入,乳酰化修饰(lactylation, Kla)作为新发现的一种蛋白质翻译后修饰方式,逐渐受到科研人员的关注。Kla通过直接影响基因转录、调控信号转导和代谢过程等,对IHD的病理生理过程及细胞分子功能的调节产生深远影响。Kla广泛存在于组蛋白和非组蛋白中,与调节各种病理过程中的蛋白质功能相关,通过调节相关酶的活性及信号通路的传导,影响心肌细胞包括能量代谢、炎症反应、血管生成、脂质代谢失调、凋亡、纤维化及修复等在内的过程。尽管目前关于Kla在IHD中的具体机制和靶点研究仍有限,但其在疾病治疗中的潜在价值不容忽视。本文通过综述Kla在心肌梗死、心肌缺血再灌注损伤、心力衰竭及心肌肥大等IHD关键病理环节中的作用机制以及相关研究进展,并探讨其潜在的治疗靶点与应用前景,为寻找有效干预策略提供依据和方向,有望为IHD的防治开辟新的思路与途径。

雄激素受体(androgen receptor, AR)信号通路中的异常信号转导对前列腺癌的发生和进展至关重要,因此,通过雄激素剥夺疗法(androgen deprive therapy, ADT)控制雄激素抑制AR活性,是前期控制前列腺癌发展的重要手段,然而大多数患者在6~20个月内复发并发展为去势抵抗性前列腺癌(castrate resistant prostate cancer, CRPC)。手术和放疗仍是CRPC的治疗方法,但有泌尿系统症状和性功能障碍等不良反应。第一代和第二代新型AR抑制剂可治疗CRPC,然而,对这些化学制剂的耐药性是不可避免的,因此,许多患者可能会经历复发。对AR抑制剂的耐药性主要包括AR突变、剪接变异体的形成和扩增,这表明在CRPC中其发挥重要作用。同时,细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin dependent kinase, CDKs)的异常激活及表观遗传改变(例如组蛋白修饰和DNA甲基化)也被报道与前列腺癌进展相关。蛋白质水解靶向嵌合体(proteolysis targeting chimeras, PROTACs)凭借其独特的作用机制、靶向不可成药蛋白质的能力和特异性结合靶标的特征,在CRPC治疗中具有独特的优势。本文总结了针对AR不同结构域、CDKs及表观遗传标记等靶点治疗CRPC的PROTAC技术发展情况,并讨论了PROTAC在治疗领域的未来前景与挑战。

目前,获得性免疫缺陷综合征(acquired immune deficiency syndrome,AIDS)已成为严重威胁世界人民健康的公共卫生问题,它破坏人体的免疫系统,使人体因丧失对各种疾病的抵抗能力而发病并死亡。根除潜伏存在的人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV),实现功能性治愈,从而限制AIDS的发展,并改善患者的生活质量,是需要迫切解决的问题。表观遗传学主要研究基因序列改变之外的可遗传的基因表达调控。HIV的基因表达调控受到多种表观遗传因素的影响,并涉及到多种机制。了解HIV感染过程中相关的表观遗传机制,对于清除潜伏的病毒和在未来实现对AIDS的控制与治疗至关重要。因此,我们将对HIV感染过程中的相关表观遗传调控方式及其机制进行阐述,重点介绍DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控和RNA修饰等表观遗传修饰方式,总结这些调控对于HIV潜伏、激活和维持过程的影响。同时,将HIV感染过程中的表观遗传调控与其关联的信号通路联系起来,并根据近年来在HIV功能性治疗策略方面取得的成果与挑战进行展望,旨在阐明表观遗传在HIV调控方面的重要作用,以期为未来根据表观遗传调控实现AIDS的控制以及开发治疗药物提供新的理论基础和研究方向。

心磷脂(cardiolipin, CL)是一种特殊的聚甘油磷脂,主要在线粒体内膜和嵴中合成,作为线粒体功能的关键组成成分。它在细胞膜、线粒体内膜以及能量代谢过程中扮演着重要角色,特别是在维持氧化磷酸化和电子传递链的稳定性方面。心磷脂的代谢异常与多种心血管疾病的发生密切相关,尤其是在Barth综合征等遗传性疾病中表现尤为突出。此外,心磷脂的过氧化物氧化心磷脂(oxCL)在心血管疾病中的作用日益受到关注。研究表明,心磷脂过氧化不仅会导致线粒体内膜的损伤,还会促进活性氧(reactive oxygen species,ROS)生成,增强细胞的氧化应激反应。心磷脂的代谢异常还与动脉粥样硬化、糖尿病性心肌病、高血压等疾病的发病机制密切相关。通过调节心磷脂代谢和修复其功能缺陷,有望成为治疗这些疾病的潜在策略。本文综述了心磷脂的合成、分解和重塑过程,并探讨了它在心血管疾病中的重要作用。心磷脂的合成依赖于线粒体内部的多种酶,而其重塑则涉及磷脂酰转移酶等关键酶类。心磷脂的异常代谢,尤其是BTHS患者中tafazzin基因突变导致的心磷脂重塑缺陷,会引起线粒体功能障碍、ATP合成减少及氧化应激加剧,最终导致心肌和其他组织的损伤。

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是一种主要影响记忆、学习以及认知功能的神经退行性疾病,目前缺乏有效的治疗措施,成为影响老年人健康的重要问题。AD主要的病理特征为淀粉样蛋白β(β-amyloid, Aβ)沉积形成的老年斑(senile plaque, SPs),以及过度磷酸化的Tau蛋白(hyperphosphorylated Tau,p-Tau)形成的神经纤维缠结(neurofibrillary tangle, NFTs)。这些病理变化通常会诱导氧化应激,氧化应激是AD的重要病理机制,其与Aβ和Tau沉积密切相关,是治疗AD潜在的干预靶点。然而导致AD的病理机制具有多因素特征,AD氧化应激通常与其它机制相互作用共同影响AD进程。因此,本文重点探讨线粒体自噬、神经炎症、神经元凋亡及核因子红细胞2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)与氧化应激的调节关系,通过阐明AD病理特征、氧化应激及与其它调控机制的作用关系,发现潜在有效的干预靶点。目前大量研究表明,运动可有效缓解AD氧化应激,改善认知功能,但运动改善AD氧化应激的相关分子机制仍需进一步阐明。因此,本文进一步讨论了运动调控氧化应激与相关分子信号通路的作用机制,阐明运动可能通过影响这些信号通路改善AD氧化应激,从而改善AD相关病理特征与认知功能,这有助于从分子机制角度理解AD的发病机制,为科学有效的运动干预防治AD提供理论探讨。

非酒精性脂肪肝病(NAFLD)发病率逐年升高,目前治疗方案主要通过调整饮食结合运动来缓解,缺乏针对性药物。miR-29家族成员(miR-29a、miR-29b、miR-29c)在肝细胞内脂质代谢中发挥重要调控作用,但机制不明。本文旨在鉴定其靶基因及相关信号通路,为NAFLD药物开发提供理论依据。首先,以人源肝细胞系HepG2诱导其脂质积累为模型,分别转染miR-29a/b/c-3p mimics,利用油红O、甘油三酯(TG)检测等发现,miR-29家族成员可显著抑制肝细胞脂质积累(P<0.05);然后,利用qRT-PCR和Western印迹检测成脂标志基因(脂肪酸合成酶(FAS)、乙酰辅酶A羧化酶(ACACA)、硬脂酰辅酶A去饱和酶1(Scd1))和自噬标志基因(自噬街头蛋白(SQSTM1, 又称p62)、自噬相关蛋白5(Atg5))表达水平,结果表明,miR-29家族成员可显著抑制肝细胞内FAS、ACACA、Scd1和p62基因的表达,同时显著提高Atg5基因的水平;再利用信号通路活性分析和双荧光素酶报告分析等技术,确定miR-29家族成员可抑制mTOR信号通路活性,并与TET蛋白2(TET2)基因存在直接相互作用关系。利用共转染等技术研究miR-29-3p家族成员之间是否存在协同作用,结果发现,与单独转染miR-29家族成员相比,共转染miR-29家族成员能更显著抑制HepG2细胞中脂滴的沉积,并且进一步抑制靶基因TET2的表达。综上所述,miR-29家族成员在肝细胞中可能通过靶基因TET2抑制mTOR信号通路活性,从而降低肝细胞的脂质积累,并且miR-29家族成员之间具有正向协同作用。

P53是关键的肿瘤抑制基因,受到多方面的调控。ZNF148和SP5作为锌指结构的转录因子,在肿瘤的抑制和癌症发生中发挥着重要作用,它们与P53基因之间的调控关系未见报道。本文采用P53表达水平差异的Ishikawa与A549细胞系作为研究模型,探讨ZNF148与SP5对P53基因的转录调控。研究发现,转录因子ZNF148和SP5在细胞系中表达量存在差异,ZNF148在Ishikawa中mRNA表达是A549的1.9倍,SP5在A549中mRNA表达是Ishikawa的802.4倍。通过过表达以及敲低实验发现,在Ishikawa细胞中,ZNF148敲低后P53表达量下降(81.8%),过表达SP5后P53表达量上升(2.6倍);在A549细胞中分别转染si-SP5和ZNF148表达质粒,P53的mRNA表达量上升6.6倍和14.6倍。结果表明,转录因子ZNF148激活而SP5抑制P53的表达。通过生物信息学检索发现,在P53基因启动子的区域具有ZNF148与SP5转录因子结合的保守序列。双荧光素酶报告基因技术数据显示,Ishikawa和A549细胞中过表达ZNF148与对照组相比荧光素酶活性提高了2.1倍和4.2倍(P＜0.05) ;转染SP5质粒与对照组相比荧光素酶活性下降了约77.1% 和35.7% (P＜0.05);而突变了P53基因启动子的ZNF148与SP5的结合位点序列,则该效应消失。进一步转染不同比例的ZNF148与SP5表达质粒,发现SP5可以逆转ZNF148对P53的转录激活作用。研究表明,ZNF148与SP5在P53基因启动子的共有序列,以及二者的比例可能影响P53的转录活性。进一步研究了相关的Wnt通路基因的表达以及敲低ZNF148与SP5后细胞的增值情况,观察2转录因子在肿瘤中的作用。综上,ZNF148与SP5共同调控P53基因的转录活性,二者的表达水平有可能是影响P53基因活性的关键因子。

甘草酸(glycyrrhizic acid)是甘草(glycyrrhiza)中重要活性成分之一,具有护肝和抗病毒等功效。鲨烯环氧酶(squalene epoxidase, SQE)是甘草酸合成途径中的重要酶。目前,系统分析甘草中SQE基因家族及其功能的研究较少。本研究通过对甘草SQE基因家族生物信息学、表达特异性及与甘草酸含量相关分析,了解SQE基因家族在甘草酸合成中的作用。结果显示:3种药用甘草共有11个SQE基因,其中光果甘草(Glycyrrhiza glabra)和胀果甘草(Glycyrrhiza inflata)均有4个,乌拉尔甘草(Glycyrrhiza uralensis)有3个,同源性高的SQE基因具有相似的表达特性且染色体上处于相似位点;不同的SQE基因呈现不同的表达特性;GgSQE1、GiSQE1、GuSQE1和GuSQE3主要在根部表达,GgSQE3在甘草全株高表达;在苗期不同种类的甘草受15% PEG6000和150 mmol/L NaCl处理不同时间点下,GgSQE1、GgSQE3、GiSQE1、GiSQE3和GuSQE1表达量变化与甘草酸含量变化具有相似的趋势;进一步分析发现,上述基因的启动子区含有较多的逆境胁迫响应元件,推测SQE1 和SQE3可能在甘草受非生物胁迫后参与甘草酸的合成。本研究的结果为下一步高甘草酸含量的育种研究提供候选基因,为深入了解非生物胁迫提升甘草酸含量的分子机制研究提供研究基础。

糖尿病肾病(diabetic nephropathy,DN)是糖尿病最严重的并发症之一,是终末期肾病的主要原因。DN患者的病理机制与长期血糖控制不佳密切相关,持续高血糖状态通过诱导肾内氧化应激反应,引发足细胞损伤及肾小管间质炎症浸润,进而导致蛋白尿、肾小球硬化和纤维化等不可逆肾损伤。人脐带间充质干细胞(human umbilical cord derived mesenchymal stem cells,hUC-MSCs)因其良好的抗氧化应激作用有望为DN提供新的解决方案。本研究建立了DN小鼠模型,通过尾静脉注射hUC-MSCs (1×10⁶ /只)来达到治疗DN的目的。空腹血糖和腹腔注射葡萄糖耐量实验(intraperitoneal glucose tolerance test,IPGTT)数据显示,hUC-MSCs能显著降低DN小鼠的空腹血糖水平(22.5 ± 3.0 vs 14.7 ± 1.1,P < 0.01)并提高其血糖调节能力(P < 0.05)。同时,DN小鼠经hUC-MSCs治疗后肾功能得到改善并且氧化应激产物水平下降,例如尿素氮(blood urea nitrogen, BUN)、尿肌酐(urinary creatinine, Ucr)、尿蛋白(urinary protein, PRO)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)和丙二醛(malondialdehyde, MDA)的水平均显著降低(P < 0.05)。通过苏木素-伊红(hematoxylin-eosin staining, H&E)染色、糖原(periodic acid-schiff stain, PAS)染色和天狼星红染色对肾组织形态学进行分析,经hUC-MSCs治疗后DN小鼠的肾小球间质增生、肾小球肥大和肾小管炎性间质浸润等病理状态均得到减轻。免疫组化、Real-time RT-PCR和免疫印迹等结果显示,hUC-MSCs治疗可降低氧化应激主要相关蛋白酶NADPH 氧化酶 4(NADPH oxidase 4,NOX4)和硫氧还蛋白相互作用蛋白(thioredoxin interacting protein,TXNIP)的表达(P < 0.05),减少活性氧(reactive oxygen species,ROS)的产生。同时,在体外实验中选择人肾皮质近曲小管上皮细胞(human renal proximal tubular epithelial cells,HK-2 cells)进行验证,使用高糖处理,采用hUC-MSCs 的条件培养基(mesenchymal stem cell-conditioned medium,MSC-CM)进行处理,免疫印迹结果显示,NOX4和TXNIP的表达都得到抑制(P < 0.05),ROS表达降低。综上,hUC-MSCs治疗可以降低DN小鼠的血糖水平,改善肾功能下降以及病理损伤,其作用可能与下调NOX 4的表达从而抑制TXNIP介导的氧化应激有关。

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)早期难以发现且现有治疗方法副作用大、易产生耐药性。本文旨在探讨藻蓝蛋白(phycocyanin, PC)对人肝癌细胞系HepG2凋亡的影响及潜在的作用机制。研究利用0.1、0.25、0.5、1、2.5、5、10 μg/mL PC分别处理HepG2细胞12 h,10 μg/mL PC和2.5 μmol/L Wip1抑制剂(Wip1i)GSK 2830371单独以及联合处理HepG2细胞12 h和24 h,以CCK-8细胞增殖-毒性检测试剂盒检测细胞增殖水平;采用Annexin V-FITC/Propidium Iodide双染法结合流式细胞术检测细胞凋亡水平;应用TMT蛋白质定量技术分析蛋白质组学的差异表达情况;Western印迹检测细胞Wip1、p53和磷酸化-p53(Ser15)蛋白质表达水平。CCK-8结果显示,PC在一定浓度范围内能够有效抑制HepG2细胞增殖,且具有浓度依赖性,其半数抑制浓度为19.37 μg/mL。流式细胞术结果显示,PC能够显著诱导细胞凋亡,凋亡率为30.40%。定量蛋白质组学分析显示,PC能够诱导p53通路活化。CCK-8结果显示,Wip1i能够增强PC对HepG2细胞的杀伤作用。利用Western印迹分析发现,PC抑制Wip1表达,诱导p53蛋白磷酸化,促进p53总蛋白质表达。同时,Wip1i能够进一步促进PC活化p53通路,增加p53和pP53(S15)的表达。综上所述,PC可能通过抑制p53负调节因子Wip1的活性,进而通过Wip1/p53通路诱导细胞凋亡。

淫羊藿素(icaritin,ICT)为8-异戊烯黄酮类化合物,是中药淫羊藿的主要功效成分。课题组前期研究发现,淫羊藿素具有抑制胶质母细胞瘤(glioblastoma, GBM)细胞生长的活性,本文旨在研究淫羊藿素的体内抗GBM有效性并探讨其作用机制。体外MTT实验、流式细胞术、彗星实验和细胞免疫荧光结果表明,ICT呈浓度时间依赖性抑制4种GBM细胞U87、U251、U118、A172增殖,诱导U87细胞早期凋亡(P＜0.001)和晚期凋亡(P＜0.05),诱导U87细胞DNA损伤,并将U87细胞阻滞在G₀/G₁期(P＜0.0001)。体内皮下瘤移植瘤实验证明,喂服200 mg/kg(P＜0.01)、400 mg/kg(P＜0.001)ICT对GBM皮下肿瘤生长均具有显著抑制作用,对心、肝、脾、肺、肾组织无明显毒性作用。网络药理学分析、分子对接及细胞热力学结果表明,ICT与GBM存在26个可能的靶蛋白质,其中P53蛋白在GBM组织中的表达显著(P＜0.001)高于正常组织,且ICT与P53的结合能较低;细胞热力学实验验证ICT可显著的富集GBM活细胞中P53蛋白的表达,这说明ICT可靶向P53蛋白。检测了ICT对DNA损伤修复及细胞凋亡关联的FOXO信号通路中关键蛋白质的表达,结果表明ATR(P＜0.01)、P53(P＜0.001)、P21(P＜0.05)和γ-H2AX(P＜0.05)的表达上调,而CyclinE1(P＜0.01)、E2F1(P＜0.05)、CDK2(P＜0.01)、Rb(P＜0.001)、P-Rb(P＜0.0001)和WRN(P＜0.0001)的表达下调;对FOXO通路中的FOXO1蛋白质水平的表达无显著变化,其磷酸化水平显著下调。本研究证明,ICT在体内可有效抑制GBM细胞的生长,靶向P53调控DNA损伤修复途径和FOXO信号通路诱导GBM细胞周期阻滞和凋亡。

大豆是一种重要的植物蛋白质来源,在幼儿和幼小动物具有较高的过敏性,尤其是其中的β-伴大豆球蛋白(β-conglycinin),约占大豆总蛋白质的30%,是主要的过敏原。传统的ELISA检测方法依赖于多克隆抗体或单克隆抗体,这些抗体分子量大,难以接触核心区域,且对酸碱敏感,限制了快速检测的应用。纳米抗体(nanobodies,Nbs)源自驼科动物的重链抗体可变区,具有体积小、结构稳定、特异性强和亲和力高等优点。本研究旨在研制β-伴大豆球蛋白的纳米抗体,使用β-伴大豆球蛋白对羊驼进行5次免疫,ELISA检测显示,其重链抗体效价为1∶16 000;随后分离外周血淋巴细胞并提取总RNA,通过PCR扩增重链抗体的可变区,构建重组质粒并转化至ER2738感受态,获取Nbs噬菌体展示文库。该文库的库容约为3.5×10⁸ CFU/mL,经辅助噬菌体拯救后达到1.15×10¹² PFU/mL,Nbs基因插入率为100%。通过4轮固相筛选,其纳米抗体噬菌体输出明显富集,富集率为155.9;Phage-ELISA结果显示,筛选出35株阳性克隆,测序结果显示,均为同一氨基酸序列。将该Nbs进行原核表达,通过Western 印迹和ELISA验证其对β-伴大豆球蛋白具有良好的结合能力。这一研究为开发Nbs的β-伴大豆球蛋白快速检测方法奠定基础。