急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)是一种严重的肺部疾病,其特征为肺部细胞因子风暴、弥漫性肺泡损伤、肺血管通透性增加、急性非心源性肺水肿和难治性低氧血症(PaO2/FIO2≤300 mm),最终导致多器官衰竭。ARDS起病快、病情严重并且缺乏有效治疗手段,导致其高病死率(30%~70%),对公共健康构成重大威胁。ARDS可由多种病因引发,包括严重感染(例如SARS-CoV、SARS-CoV-2、H5N1)以及非感染性因素。目前的治疗方法主要是非特异性的处理,包括类固醇、传统中医药、营养支持和机械通气等。
2012年更新的柏林标准主要依据发病时间、低氧血症、肺水肿以及相关的放射学和生理学异常来诊断ARDS。最近的研究表明,生物标志物可以提高诊断的灵敏度和特异性。例如,血管紧张素II(Ang II)水平升高与重症肺炎的严重程度和预后相关,强调了肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system, RAS)在ARDS病理机制中的重要作用。
ARDS进展的一个关键因素是局部肺组织中RAS的破坏。研究表明,Ang II-Ang II 1型受体(angiotensin II type 1 receptor, AT1R)轴的激活会促进肺损伤。ACE2是RAS的关键负调节因子,在缓解Ang II过度生成引起的肺损伤中发挥着重要作用。动物模型中ACE2的下调导致RAS失衡,进而引发急性肺损伤。SARS-CoV、SARS-CoV-2和禽流感等病毒感染,以及暴露于某些纳米材料,都能通过降低ACE2水平、破坏RAS平衡,特别是通过激活Ang II-AT1R轴,导致Ang II的增加,从而诱发ARDS。
本文讨论了涉及RAS抑制剂的潜在治疗策略,包括血管紧张素受体拮抗剂(angiotensin receptor blockers, ARB)和补充ACE2。研究表明,ARB(包括洛沙坦),能够显著减少由病毒感染和其他因素引起的ARDS动物模型中的肺损伤,并改善存活率。此外,重组人ACE2通过降低Ang II水平和缓解肺损伤表现出保护作用。本文还讨论了ARB在治疗多器官功能障碍综合征(multiple organ dysfuction syndrom,MODS)中的治疗潜力,因为RAS失调在器官损伤中发挥关键作用。临床试验表明,ARB能够改善COVID-19患者的预后。
尽管ARB可能产生低血压和电解质失衡等不良反应,但它们仍然是治疗ARDS和MODS有前景的治疗选择。未来的研究应进一步阐明RAS调节在不同病因背景下的分子机制,并开发个体化治疗策略,以优化临床治疗效果。总而言之,靶向RAS,特别是Ang II-AT1R轴,代表了治疗ARDS和MODS的一种新颖而有前景的方法,为危重病人提供了有价值的治疗途径。

在基因转录的经典模型中,转录因子通过与含有其“共有基序”的双链DNA(double-stranded DNA, dsDNA)结合来调控靶基因转录。与dsDNA不同,G-四链体是一种非典型的核酸二级结构,由富含鸟嘌呤的序列形成,参与调节基因转录等多种生物学过程,是目前分子生物学领域研究热点。近期,多个研究组发现,与dsDNA相比,G-四链体结构更高效地招募转录因子结合到启动子上,从而激活靶基因表达。然而,目前对这种非经典的基因转录调控模型缺乏全面的总结和探讨。本文介绍了G-四链体结构特点及检测该结构的技术。G-四链体包括分子内和分子间类型,其中分子内G-四链体又分为平行、反平行和杂交类型;该结构可通过圆二色谱、核磁共振光谱和凝胶迁移等技术进行鉴定。进而讨论了G-四链体在基因转录中的调节功能。G-四链体主要在基因启动子区高度富集;早期研究揭示,G-四链体可抑制基因转录,而近期的大量研究证明,该结构具备招募转录因子激活基因转录的新功能。最后,总结了具有G-四链体结合活性的转录因子的分类,包括C₂H₂锌指、叉状头/翼状螺旋、以及p53结构域的转录因子,且DNA结合结构域决定转录因子与G-四链体结合;并对该领域的后续研究方向进行了展望。总之,本文为理解“G-四链体作为转录激活的顺式作用元件”的观点提供重要指导。

神经病理性疼痛(neuropathic pain,NP)是一类由神经系统损伤或疾病引发的慢性疼痛,主要表现为自发性疼痛、痛觉过敏及痛觉超敏,严重影响患者生活质量。NP的发病机制复杂,涉及外周敏化、中枢敏化、离子通道改变以及胶质细胞活化等异常调节。近年来,m⁶A在NP中的作用引起了广泛关注,但是m⁶A修饰在不同疾病与疼痛模型中的作用研究仍然有限,因此,阐明m⁶A修饰在不同疾病与疼痛模型中的作用显得尤为重要。本文基于不同疾病与疼痛的模型,综述了近年来关于m⁶A甲基化修饰在NP发病中的作用及机制的研究进展,尤其是综述了METTL3、METTL14、FTO、ALKBH5和YTHDF1等5种经典的m⁶A修饰因子介导不同疾病与疼痛模型形成NP的作用机制,以期从m⁶A修饰的角度为NP的药物开发和防治提供新的启示和思路。

基因编辑技术在目标基因定位与切割方面具有高效性和精确性,已成为生物医学研究的重要工具。该技术不仅促进了对基因功能的基础研究,还为遗传性疾病的基因治疗和作物遗传改良提供了新的策略。随着人工智能技术的融入,特别是机器学习算法的应用,基因编辑的设计与执行变得更加智能化。AI技术通过预测分析和模式识别,优化了sgRNA的设计,提高了编辑的特异性和效率,同时降低了非目标效应的风险。此外,AI在大规模基因组数据的解析中也发挥着关键作用,为理解复杂的生物学过程和疾病机制提供了新的视角。本文 综述了数据驱动的基因编辑技术在靶点精准化、安全性提升和个性化治疗方面的研究进展,旨在为基因编辑技术领域的研究者提供参考和启发,推动人工智能在基因编辑技术中的应用和发展。

阿尔兹海默症因其发病机制极其复杂,致病因素繁多以及给患者和社会带来沉重负担等而受到广泛关注。近年来,一些研究揭示了阿尔兹海默症的多种致病机制,而纳米医学领域也掀起了针对这些致病机制进行阿尔茨海默症治疗的热潮。纳米材料独特的物理化学性质促使其在阿尔兹海默症的治疗中展现出巨大潜力。纳米材料具有良好的生物相容性;能够持续稳定调节并释放治疗药物,确保药物在治疗部位浓度达到理想水平;同时可以精准地与治疗靶点结合并发挥作用,因此,开发出新型纳米药物已成为阿尔兹海默症治疗的重要研究方向。本文综述了阿尔兹海默症的主要病理特征和致病机制,包括β-淀粉样蛋白聚集、Tau蛋白过度磷酸化、氧化应激和神经炎症反应等;另外,重点探讨了纳米材料在清除病变蛋白质(如β-淀粉样蛋白和Tau蛋白)、抑制氧化应激以及缓解神经炎症等方面的治疗策略。最后,本文展望了当前纳米材料治疗阿尔兹海默症所面临的风险和挑战,包括药物的脑部递送效率过低及其治疗后可能带来的毒副作用等,并对该领域今后的研究方向提出建议。本文旨在通过对纳米材料治疗阿尔兹海默症研究现状的讨论,推动纳米材料在阿尔兹海默症治疗中的临床转化。

胶原蛋白是动物体内各种组织维持其功能所必需的基质蛋白质,脊椎动物中有多种类型,每种类型的胶原蛋白在体内的功能与其序列和结构均有着密切联系。在天然胶原中,除了普遍的 Gly-X-Y 氨基酸序列,也存在一种特殊结构 Gly-Gly-Y,为了探究其对胶原的影响,本研究依次在胶原多肽、长链胶原、胶原高聚物层次上构建含有 Gly-Gly-Y 的突变体,通过圆二色谱扫描表征突变前后胶原的热稳定性。同时,采用分子动力学模拟计算胶原多肽的氢键成键概率以及弯曲度,解释胶原稳定性和柔性变化的分子机制。结果显示,含有 Gly-Gly 结构的突变体会降低样品的 Tm 值,但随着胶原三螺旋区域的加长以及蛋白质自组装程度的加强,这种影响会逐渐减弱,降低的 Tm 值分别为 5℃、3℃和1℃。同时,模拟结果显示,含有 Gly-Gly 结构的多肽弯曲度也有一定增加,表明突变位点附近结构有更强的灵活性。这为具有一定柔性的胶原材料的设计提供了新思路。

我国肺癌发病率和致死率均高居各种恶性肿瘤首位,严重威胁我国居民生命和健康。二甲双胍作为糖尿病治疗药物,已有报道其抑制多种类型肿瘤细胞增殖活性,但其分子制尚不清楚。受体相互作用蛋白1(Receptor-interacting protein 1,RIP1)在细胞生存和死亡调控过程中均发挥重要作用,RIP1在多种类型肿瘤中表达异常,并与肿瘤患者不良预后相关。本研究旨在探讨RIP1在二甲双胍抑制肺癌细胞活性中的作用。二甲双胍以浓度梯度依赖方式抑制肺癌细胞增殖活性,并诱导细胞凋亡(A549, 8.81%, 11.49%, 36.0%, 45.0%; H460, 1.47%, 14.45%, 50.1%, 88.6%)。机制研究表明, 二甲双胍显著下调RIP1蛋白质水平表达,但几乎并未影响其转录及泛素化修饰。二甲双胍抑制RIP1上游调控因子热激蛋白70(heat shock protein70,Hsp70)表达,免疫共沉淀结果表明, 内源性Hsp70与RIP1相互作用,免疫荧光染色结果证实,Hsp70与RIP1存在共定位。后续CCK8、流式细胞术和蛋白免疫印迹结果表明,二甲双胍通过AMPK/PKA/GSK-3β信号轴调控Hsp70/RIP1表达。裸鼠移植瘤模型结果同样表明,二甲双胍抑制肺癌细胞体内增殖。本研究探明RIP1在二甲双胍抗肿瘤活性中的作用,为肺癌治疗提供了新思路。

钾钙激活通道亚家族 N 成员 3 ( potassium-calcium activates channel subfamily N member 3, KCNN3/SK3/ KCa2.3)参与调节细胞钙信号,参与肌肉收缩和神经递质释放。KCNN3通道的失调与多种肿瘤的发生有关。本文通过生物信息学分析鉴定KCNN3是否可以作为预后靶点影响胃腺癌(gastric adenocarcinoma,STAD)的发生和发展。通过分析HPA数据库以及TCGA数据库,发现KCNN3的蛋白质和mRNA水平在STAD中显著降低,并通过TCGA数据库验证KCNN3与STAD的预后和临床特征显著相关。此外,本文发现KCNN3在STAD中的高表达显著降低STAD细胞中肿瘤药物的IC₅₀,表明KCNN3的高表达与STAD对肿瘤药物的敏感性显著相关。为了研究潜在的生物学功能,本文发现了一个KCNN3潜在的相互作用因子,肿瘤坏死因子受体超家族成员7 (CD27/TNFRSF7),它在STAD中低水平表达。通过RT-qPCR,Western 印迹结果证实,KCNN3与CD27在蛋白质和mRNA水平上正相关,并且通过co-IP和IF实验验证两者有相互作用,且较好地共定位于细胞质中。此外,本文通过皮下成瘤以及细胞功能实验,在体外和体内水平上证实了KCNN3对人STAD细胞增殖、迁移和侵袭的抑制作用。并且通过GO/KEGG富集分析发现,KCNN3在免疫反应调节和钙或金属离子运输的信号通路中富集。通过细胞共培养,RT-qPCR以及CCK8实验验证了,KCNN3高表达可以促进T细胞活化因子的增加,且能促进T细胞对STAD细胞的杀伤作用。因此,我们的研究结果可能阐明KCNN3是影响STAD发生发展的潜在抑制因子。

对哺乳动物细胞CHO进行糖基化改造,用于生产蛋白质类药物。首先测定CHO细胞Rosa26位点的基因组序列,设计gRNA序列,利用规律成簇的间隔短回文重复(CRISPR/Cas9)技术,将着陆架整合到CHO细胞的Rosa26位点处。通过重叠PCR及无缝连接技术构建3个糖基转移酶共同表达的打靶载体,分别是β1,4半乳糖基转移酶(B4GALT1)、α-2,6-唾液酸转移酶 1 (ST6GAL1)和N-乙酰氨基糖基转移酶Ⅲ(GnTⅢ),并利用重组酶介导的盒式交换技术(recombinase-mediated cassette exchange,RMCE)将3个糖基转基因酶基因定点整合到CHO Rosa26位点中。PCR证实了3个糖基转移酶成功定点整合Rosa26位点,qRT-PCR证实3个糖基转移酶的mRNA表达水平均在50 000倍以上,蛋白质免疫印迹法证实3个糖基转移酶的蛋白质表达水平均在4倍以上(P<0.001)。成功构建了Rosa26位点定点整合3个糖基转移酶的CHO工程细胞株。

为了探究高盐对需盐枝芽胞杆菌(Virgibacillus salexigens)合成5-HE代谢通路影响及调控机制,在菌株V. salexigens培养基中分别添加1.5和2.5 mol/L NaCl作为对照组和实验组。利用HPLC检测5-HE的合成量差异,采用转录物组学和代谢组学技术分析V. salexigens在不同盐浓度下的差异基因和差异代谢物,并用qRT-PCR验证与5-HE合成密切相关的差异基因。结果显示,当NaCl浓度为2.5 mol/L时,5-HE合成量达到最大,为121.9 mg/L;转录物组测得652个差异基因(涉及348个KEGG通路),其中上调基因210个,下调基因442个,主要富集在嘌呤代谢、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、硫代谢和生物素代谢等通路。qRT-PCR验证结果显示,与5-HE合成相关的13个基因(lysC、asd、ectA、ectB、ectC、ectD、thrB、thrC、ilvA、ilvE、AGXT、YckA和GlnQ)表达量与转录物组测序数据的趋势一致;代谢组学分析共鉴定到1153个代谢物,主要富集在组氨酸代谢、赖氨酸的降解以及精氨酸和脯氨酸的代谢等通路。本研究初步阐明了高盐胁迫对5-HE合成通路的影响,为后续构建5-HE高产菌株提供了参考依据。

紫杉醇(paclitaxel,PTX)是乳腺癌的一线化疗药物,但其引发的耐药问题严重影响临床治疗效果。岩藻糖基化特别是核心岩藻糖基化与肿瘤化疗耐药现象密切相关,导致患者化疗效果不佳以及预后不良。本研究基于核心岩藻糖基化修饰功能,进而探讨岩藻糖基化抑制剂2-F-Fuc对人乳腺癌紫杉醇耐药MCF-7/PTX细胞化疗增敏的作用及其机制。通过MTT法确定MCF-7/PTX细胞的耐药指数(RI)为8.49;Western印迹、Real time-PCR实验、ELISA法和LCA凝集素印记法证明与MCF-7亲本细胞相比,MCF-7/PTX细胞中FUT8、MDR1和核心岩藻糖基化水平均呈高表达;Western印迹结果证明,2-F-Fuc对MCF-7/PTX细胞具有显著生长抑制作用,且2-F-Fuc处理后FUT8和MDR1表达水平显著下调,PTX与2-F-Fuc联合用药组下调更为明显(P＜0.05);与对照组相比,PTX组和2-F-Fuc组MCF-7/PTX细胞PCNA表达下调,凋亡相关蛋白质切割胱天蛋白酶3(Cleaved caspase-3)和Bax/Bcl-2比值升高;p-PI3K和p-AKT表达水平均下调,且2-F-Fuc与PTX合用组变化更为明显(P＜0.05)。以上研究结果表明,MCF-7/PTX细胞的核心岩藻糖基化水平显著增高,2-F-Fuc可通过抑制FUT8表达,降低MCF-7/PTX细胞核心岩藻糖基化水平,而增强耐药细胞对PTX的敏感性,其机制可能与下调PI3K/AKT信号通路蛋白质有关。

该文以黄颡鱼为研究对象,采用双荧光素酶报告实验和凝胶阻滞实验对启动子活性进行分析,同时结合活体养殖实验,探讨去SUMO化修饰关键基因senp8启动子的功能及其与脂质代谢的关系。结果显示,2 045 bp序列的senp8启动子序列上有SP1、TATA-Box、CCAAT-Box、SREBP1、PPARα和PPARγ等关键转录因子结合位点;发现senp8启动子中SREBP1(-901/-910 bp)、PPARα(-1 291/-1 308 bp)和PPARγ(-1 292/-1 306 bp)的结合位点正向调控其活性,且油酸或棕榈酸促进这种结合。同时,高脂饲养促进黄颡鱼肝中senp8基因及其蛋白质表达,油酸或棕榈酸处理显著增强了senp8启动子的活性,且这种增强效应可以通过SREBP1、PPARα和PPARγ这些响应元件的调控作用来实现。此外,高脂饲喂能够影响黄颡鱼肝中去SUMO化修饰相关基因的mRNA和蛋白质表达水平。本研究为理解去SUMO化修饰与脂质代谢调控的关系提供新的见解。

分子生物学实验技能已成为当下医药类大学生从事科研实践所必需掌握的实验技能。为满足不同学科和不同专业对分子生物学技能的培养需求,本次研究组建跨专业、跨学科和跨国籍的科研互助小组,将分子生物学实验技能的培养与大型毕业实验设计相结合,在综合实验中共同实践和掌握聚合酶链式反应、蛋白质免疫印迹技术、酶联免疫吸附测定等多项分子生物学技能。此次科研互助小组模式的开展,学生反馈良好,普遍认为自身的分子生物学技能大幅提升;药学专业和生物科学专业科研小组成员的《分子生物学》考核成绩分别是80.7分和72.5分,较同专业平均成绩74.77分和67.26分均有明显提高,学生分子生物学综合能力提升;科研小组成员多人多次参加省级生物医药技能大赛,获得二等奖和三等奖多项,成功申请大学生创新创业项目6项,其中省级1项,校级5项,学生科研创新能力有效提升;科研小组成员毕业答辩成绩86.12分,显著高于同答辩组全体成员平均成绩83.43分,学生的毕业设计水平和综合素能显著提高;科研小组成员考研录取率90%,显著高于同答辩组平均考研录取率38.61%。基于毕业实验设计组建多学科交叉科研互助小组,优化了教学资源,整合了教学优势,有效提升了大学生分子生物学实验技能和科研技能。