糖基化修饰是最丰富和最复杂的蛋白质翻译后修饰之一。其中,氧连-N-乙酰氨基葡萄糖基化修饰 (O-GlcNAcylation)作为广泛存在于真核细胞质或线粒体的蛋白质糖修饰,影响了蛋白质性质、细胞功能和疾病状态等方面,因此,在活细胞中的靶蛋白质上进行编辑O-GlcNAc糖基化对于与其相关的功能调控至关重要。这些在细胞靶蛋白质上操控O-GlcNAc糖基化修饰的新技术,将在很大程度上加速O-GlcNAc功能研究的发展。本文简要介绍了近年来靶向编辑O-GlcNAc糖基化修饰化学生物学技术的研究进展,讨论了目前可用的O-GlcNAc编辑策略并进行了分析,展望了相关技术的未来发展前景。这些技术组成了一个强大的化学生物学工具箱,并有望用于与O-GlcNAc 糖基化相关疾病的诊断与治疗。

分子生物学中心法则阐述生物体内的遗传信息流动方向,是重要的分子生物学经典理论之一。中心法则存在两个版本。1957年克里克首次提出中心法则,1958年发表,1970年修改。克里克将遗传信息传递方式分为三组:(1)3种普通传递,在细胞中正常发生,包括DNA→DNA、DNA→RNA和RNA→蛋白质;(2)3种特殊传递,指某些病毒中的RNA→RNA和RNA→DNA,以及体外DNA→蛋白质;(3)3种未知传递,即尚未发现或可能不存在的信息传递,包括蛋白质→蛋白质、蛋白质→DNA和蛋白质→RNA。1965年沃森以蛋白质生物合成途径作为中心法则,将遗传信息传递过程分成两步——转录和翻译,通常简化为DNA→RNA→蛋白质,之后又补充了“RNA复制”和“逆转录”。沃森中心法则的局限性受到质疑。

抗生素耐药性被认为是21世纪人类健康面临的最严重的全球性威胁之一,抗生素的过度使用加剧了细菌耐药性的产生,因此,需要进一步研究细菌耐药的机制,探索新型的耐药菌抑菌策略。本文从细菌耐药性的产生机制及耐药菌新型抑菌策略两方面进行概述,详细阐述了固有耐药性、获得耐药性和适应耐药性三种耐药性的分子机制,发现相较于具有强抗药性的固有耐药性及获得耐药性,新出现的适应耐药性具有群体效应及可逆性的特点。同时对新型抑菌化合物分子、噬菌体疗法、CRISPR-Cas系统疗法和反义疗法等新型抑菌策略进行了归纳,证明新型抗菌方法必须具备特异性和强响应性的特点。本综述旨在对细菌耐药性的发生机制进行总结,并为后续细菌耐药性的防治提供参考。

表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)是一种受体酪氨酸激酶,参与如细胞的增殖、分裂和分化等生理过程,并在肿瘤的发生和发展中发挥重要作用。在非小细胞肺癌的靶向治疗中,靶向表皮生长因子受体的酪氨酸激酶抑制剂(tyrosine kinase inhibitor,TKI)取得了显著疗效。然而,伴随着EGFR T790M等突变的出现,患者会对第一代和第二代EGFR-TKI治疗产生耐药性。为此,开发的以奥希替尼(Osimertinib)为代表的第三代EGFR-TKI,在治疗携带EGFR T790M突变患者的耐药中取得了良好效果。但部分接受第三代EGFR-TKI治疗的患者仍会产生获得性耐药。目前,已知的耐药机制主要分为EGFR依赖型(EGFR自身激酶结构域突变)和EGFR非依赖型(异常旁路信号的激活、下游信号通路的激活、组织学表型转变)两类。本文对EGFR及第三代EGFR-TKI药物结构、主要的耐药机制和耐药后的治疗策略进行了全面综述与总结,并对未来克服EGFR-TKI耐药性的可能方向进行了分析。

糖以共价键的形式连接到蛋白质氨基酸的侧链上可以形成糖基化。糖基化在许多情况下能够显著增加蛋白质结构、性质和功能的多样性。特定的糖基化模式还能够赋予蛋白质和酶特异的性能,同时异常的糖基化模式也可能导致疾病。因此,全面深入地了解蛋白质糖基化的作用,无论是对于基础研究还是应用研究,都有重要的意义。然而,由于难以获得适于研究的样品,这方面的进展一直异常缓慢。近年来,研究人员逐渐开始探索使用一个基于糖基化异形体分子库(glycoform library)的策略来改变这一现状。这一策略以使用合成的方法制备的具有高纯度且在结构上存在系统差异的一系列分子作为研究对象,通过对它们结构、性质和功能的比较,相对快速而准确地获得蛋白质糖基化的作用和作用机制,进而更好地提高糖基化在改善蛋白质和酶的性能方面的应用水平。本综述旨在通过对分子库策略在O-糖基化研究方向上的进展,以大致按照时间顺序进行的总结、概述和简单讨论,实现对现有不多的实例的研究方法、每个实例取得的研究成果的系统展示,从而能够帮助研究人员更清晰地了解该策略目前的发展状况和不足,帮助他们在今后更好地利用该策略进行蛋白质糖基化的研究和应用,更好地提高该策略的使用深度和广度。

外泌体是一类30~150 nm天然纳米颗粒,通过细胞主动分选胞内物质并以囊泡的形式转运到胞外,参与诸多生理过程。外泌体因其携带亲代细胞信息,常被用作疾病诊断和预后循环生物标志物。然而,临床标本的外泌体富集方法、富集产物的产量及纯度限制着外泌体临床转化,因此,高效富集临床标本来源的外泌体是进行诊断和治疗应用的前提条件。常见的外泌体提取技术,例如超速离心、多聚物沉淀等能富集高产量的外泌体,但产物中存在的高水平蛋白质污染物极大地影响了下游外泌体分析。而经磁珠法富集的外泌体产物纯度高,特异性好,逐渐被研究人员用于临床标本外泌体的富集检测。磁珠富集中,研究者对不同磁珠类型、富集方式的选择影响着外泌体富集效率及下游检测分析结果,在磁珠法的基础上也开发了新的外泌体分离方式用于改善磁珠存在的富集洗脱等局限性。本文综述了基于磁珠法的外泌体富集方式和检测技术,简述了磁珠法在临床应用中的优势、局限性及未来的展望。

在真核生物中,mRNA翻译过程包括起始、延伸和终止。其中,翻译的起始阶段最为重要且复杂,它决定了mRNA能否被有效翻译成蛋白质。根据翻译起始机制的不同,真核生物mRNA翻译可以分为传统的帽-依赖性翻译和替代机制帽-非依赖性翻译。当外部环境的刺激或细胞自身的改变使细胞处于应激状态时,传统的帽-依赖性翻译被抑制或下调,替代机制帽-非依赖性翻译得以启动,以保证翻译的顺利进行。真核生物在应激状态下为了维持蛋白质合成的需求,采用多种翻译起始机制来实现帽-非依赖性翻译。其中较常见的是IRES(internal ribosome entry site)、m⁶A修饰和CITE(cap-independent translation enhancer)所启动的翻译。这些机制允许核糖体在mRNA的特殊区域内部进行启动,而不依赖于传统的m⁷G帽结构。通过这些机制,真核生物可以在应激状态下仍然进行蛋白质合成,以满足细胞的需要。本文在总结传统帽-依赖性翻译研究进展基础上,着重介绍IRES、m⁶A和CITE所启动的帽-非依赖性翻译,为更好地探索细胞应激状态下的翻译机制提供参考,为未来的翻译研究和应用提供更多的思路。

葡萄糖(glucose)是生物最主要的供能物质,是活细胞的能量来源和新陈代谢的中间产物,并在细胞信号传递中发挥着重要作用。异常葡萄糖代谢经常与糖尿病、视网膜病变、阿尔兹海默症以及心血管疾病等相关。钠-葡萄糖协同转运蛋白2(sodium-glucose cotransporter 2,SGLT2)是机体内参与维持葡萄糖稳态的转运体之一,介导肾对葡萄糖的重吸收,对维持血浆葡萄糖稳定有着重要作用。钠-葡萄糖协同转运蛋白2抑制剂(sodium-glucose cotransporter 2 inhibitor,SGLT2i)可减少肾对葡萄糖的重吸收,对于血糖、血压、体重等产生积极影响。本文总结了当前SGLT2及其抑制剂的研究进展,综述了SGLT2结构及关键位点、SGLT2i作用机制,特别是近几年的研究发现,SGLT2i对肾及心血管的保护作用愈加明显,同时还能抵抗肿瘤细胞的发生和发展。最后,本文总结讨论了目前针对SGLT2i相关研究的瓶颈问题,为未来基于结构的抑制剂药物优化提供新思路。

O-GlcNAc糖基化修饰是一种广泛存在于细胞内蛋白质上的翻译后修饰,与一般的蛋白质糖基化修饰不同,催化该修饰的O-GlcNAc糖基转移酶将GlcNAc糖单元添加在蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上后便不再延伸。自被发现以来,已有大量研究表明,O-GlcNAc糖基化修饰广泛参与了细胞生长发育、基因转录调控、免疫反应和应激反应等诸多基础性的生理过程。在免疫系统中,O-GlcNAc糖基化修饰通过多种途径调控免疫细胞的活化、分化以及功能发挥。巨噬细胞的分化与表型维持依赖O-GlcNAc糖基化修饰的稳态,葡萄糖代谢水平的改变或OGT的缺失都会导致巨噬细胞极化发生转变。此外,O-GlcNAc糖基化修饰通过改变NF-κB等转录因子的活性调节细胞因子的转录维持巨噬细胞炎性,亦可影响MAVS蛋白泛素化以响应病原体感染。在其他先天性免疫细胞中,O-GlcNAc糖基化修饰水平的降低都会不同程度地影响细胞免疫功能。T细胞和B细胞中的NF-κB、NFAT和c-Myc等转录因子上均受到该修饰的调控,从而影响细胞因子与代谢相关基因的表达,并伴随着较高水平的葡萄糖摄入和O-GlcNAc糖基化修饰,以满足细胞活化与增殖。O-GlcNAc糖基化修饰在免疫系统中的异常变化与慢性炎症、肿瘤等相关疾病的发生发展密切相关,或成为肿瘤免疫逃逸的手段。深入了解O-GlcNAc糖基化修饰在免疫系统中的作用,将有助于揭示免疫调控的分子机制,为新型免疫治疗策略的开发提供理论基础。

造血前列腺素D合酶(hematopoietic prostaglandin D synthase, HPGDS)是一种谷胱甘肽转移酶,依赖于谷胱甘肽发挥活性作用,在巨核细胞系和多种免疫细胞中多有分布,广泛存在于多种组织,在过敏性疾病中发挥重要生物学功能。研究发现,HPGDS参与机体过敏反应的调控。HPGDS能够催化前列腺素H2(prostaglandin H2, PGH2)转化为前列腺素D2(prostaglandin D2, PGD2),PGD2和DP2受体结合,促进炎症因子的释放和过敏反应的发生。近年的研究发现,HPGDS在特应性皮炎(atopic dermatitis, AD)、食物过敏(food allergy)、过敏性鼻炎(allergic rhinitis)、过敏性哮喘(allelgic asthma)、嗜酸性食管炎(eosinophilic esophagitis, EoE)的发病中发挥重要作用,促进过敏反应和炎症性疾病的发生。HPGDS在不同疾病中发挥关键作用的细胞有所不同,HPGDS在特应性皮炎中的Th2细胞、过敏性哮喘中的肥大细胞、过敏性鼻炎和嗜酸性食管炎中的嗜酸性粒细胞中高表达,并在疾病的发生发展中发挥重要功能。值得注意的是,HPGDS可以作为治疗相关疾病的重要靶点,靶向HPGDS的药物,例如HQL-79、TAS-204、TAS-205、TFC-007等能够有效缓解存在HPGDS升高现象的多种过敏性疾病的症状。本文阐述了HPGDS的生物学功能,并综述了HPGDS在过敏性疾病中的重要作用和研究进展,以及HPGDS相关靶向药物研究,指出HPGDS在过敏性疾病发病中的重要性,为研发治疗过敏性疾病的药物提供新的思路。

糖作为生命体的重要组成成份,承载着很多生物学功能:保护细胞、细胞的结构成份、能量来源与代谢组分、细胞与细胞的识别以及细胞内的信号转导。最常见的人类ABO血型的分子基础就是由血细胞表面的糖链结构决定的,流感病毒侵入宿主细胞则是由宿主细胞表面的唾液酸糖作为受体。
虽然人们很早就认识到了糖的重要性,但其固有的复杂性造成了很多研究上的技术难题:其一,化学结构上,糖链的链接方式多种多样;其二,糖链的合成没有模板,而是如同“分子乐高”一样由糖基转移酶装配合成。这样的糖类异质性虽然可以承载更多的信息,但是也为研究它的生物学功能造成了不小的挑战。
所以糖生物学从诞生的那一刻起,就注定了是一门多学科多手段多角度的交叉学科。本专刊涵盖多学科(生命、化学以及药学)对于糖生物学功能的综述以及技术上的最新简报,力图报道糖科学研究的新技术新方法,阐释糖在不同生理和病理中的功能,并讨论糖类药物的开发。
本专刊一共收录了9篇糖生物学相关的综述以及1篇技术简报。
(1) “工欲善其事,必先利其器”,我们首先综述了研究糖生物学的技术手段:《基于分子库策略的蛋白质O-糖基化研究》通过化学合成的方法来研究不同Ser/Thr位点进行O-糖基化对蛋白质功能的影响和调控;《酶介导的邻近细胞标记方法探究细胞间相互作用》阐释了化学生物学的研究策略;《基因编辑技术及其在糖生物学研究中的应用》则将糖与基因编辑相结合,对未来进行了展望。
(2) 聚焦N-乙酰葡萄糖胺 (O-linked β- N -acetylglucosamine, O-GlcNAc)。O-GlcNAc为发生在细胞内参与信号转导的单糖修饰。综述《靶向编辑O-GlcNAc糖基化修饰的化学生物学技术》从化学的角度阐释了最新的化学生物学工具;技术简报《CpOGA^D298N与核心链霉亲和素(Stv13)融合表达用于检测蛋白O-GlcNAc修饰》则从去N-乙酰葡萄糖胺修饰的角度研究了新的检测方法;《O-连接-N-乙酰葡糖胺糖基化蛋白质的富集方法》介绍了近年来 O-GlcNAc 糖基化修饰与疾病之间的关系以及相关修饰位点的富集方法;《O-GlcNAcylation在免疫系统中的作用》则侧重其在生物学中的免疫功能。
(3) 阐释糖类分子在不同病理中的功能:《免疫分子的糖基化修饰与重要感染性疾病》集中于免疫系统;《溶酶体半乳糖苷酯酶作用机制及疾病》侧重糖在溶酶体这一独特的细胞器中的功能。以此为基础,《糖药物在疾病治疗中的应用》综述了针对糖类的药学研究。
我们相信通过多学科对于糖生物学的交叉探索与创新实践,糖生物学必将迎来崛起的新时代。

循环排列(circular permutation,CP)是自然界中蛋白质进化中产生的一种氨基酸序列重排现象。重排后的某些突变体仍具有类似该野生型蛋白质的天然构象和活性。生物传感器由分子识别单元和信号报告单元2部分组成,其分子识别单元通过分子间相互作用,将生物体内的配体、离子浓度变化等微观过程转变成信号报告单元的可量化的可视化信号,从而实现生物学信号感知与检测。目前,蛋白质循环排列被广泛应用到生物传感器的设计中,成为近年来发展最为迅速的生物探针设计方法,已应用于生物分子的特异性识别和生命活动的实时监测,为病理研究、疾病预防和诊断提供了重要的手段。如何运用蛋白质循环排列,开发出新型可靠的生物传感器,是当前生物传感器设计中面临的1个重要科学问题。为此,本文总结并论述了以下3点工作。首先,本文简述了循环排列的发展历史,总结了循环排列的2种形成机制,通过实例详细阐述了循环排列对蛋白质结构的影响。其次,针对循环排列生物传感器的设计,本文主要以循环排列荧光蛋白(circular permutation fluorescent protein,cpFP)为例,总结了分子识别单元和信号报告单元两方面的设计策略,并汇总了循环排列蛋白质相关数据库。最后,本文总结了循环排列蛋白生物传感器的最新研究进展,展望了循环排列未来的发展方向,分析了目前循环排列生物传感器开发过程中存在的问题,以期为新型生物传感器的开发提供借鉴。

面对日益增长的新病毒种类和数量,及其复杂的内在关系,现有的病毒分类方法已凸显出其局限性。2019年,病毒分类和命名的权威机构国际病毒分类委员会(the International Committee on Taxonomy of Viruses, ICTV),基于病毒的系统进化关系提出了一种全新的、包含15个分类等级或阶元的病毒分类系统,并已经在ICTV的官方网站https://ictv.global/上线发布,公众可以在线免费查找动态的病毒分类信息。新的病毒分类系统能更好地揭示病毒错综复杂的内在关系以及群体进化机制,使我们能以更客观及系统的方法对病毒进行分类和命名。本文就ICTV网站有关病毒分类的主要概况,特别是最新的病毒分类和ICTV报告进展作一综述。

颅骨的发育依赖于颅缝(cranial suture)正常的骨供给,期间颅缝的间充质干细胞经历系统地增殖和成骨分化以保证骨的正常生长。遗传因素或外界干扰则可能引起干细胞的过度成骨分化,导致颅骨的过早闭合,称为颅缝早闭。颅缝细胞与细胞外基质、骨膜以及脑膜共同构成颅缝微环境(niche)。它们相互调节以保证颅缝的正常发育。临床研究发现,绝大多数颅缝早闭(craniosynostosis)患者都伴有硬脑膜和细胞外基质(extracellular matrixc,ECM)的异常。许多研究也发现,作用于颅缝的异常外界机械刺激也可能导致颅缝发育的异常。考虑到颅缝发育受多方面因素影响,本篇综述将介绍近年来有关颅缝微环境异常,以及机械力在调控颅缝发育中的研究进展,总结颅缝早闭发生的分子机制和目前研究方向,旨在为该病的诊断治疗提供新的思路。

随着细胞治疗的快速发展,大规模慢病毒的生产成为工艺环节中的瓶颈,因此,优化293T高滴度和高纯度的CAR慢病毒载体生产工艺显得至关重要。本研究旨在优化包装慢病毒的293T贴壁细胞,节省时间,节约成本,提高慢病毒包装的能力。同时对优化慢病毒载体中出现悬浮细胞结团生长的现象进行探索,检测其影响结团的因素。分别采用快速、慢速驯化方式将293T贴壁细胞驯化为悬浮培养,并比较其细胞形态、细胞密度、细胞活率、慢病毒包装能力和冻存复苏后稳定一致性,筛选出最优的悬浮驯化条件。通过调节Ca^2＋浓度和EDTA添加量来研究比较细胞结团生长状况。结果证明,使用无血清培养基OPM-293 CD05 溶剂(medium)可以将293T贴壁细胞快速驯化为293T悬浮细胞,并能制备出慢病毒滴度且优于贴壁细胞的包装滴度(^*P<0.05)。Ca^2＋浓度会影响细胞结团大小,添加EDTA能有效分离分散非必要的细胞抱团生长。研究结果显示,传统293T贴壁细胞可以使用无血清培养基OPM-293 CD05 溶剂快速驯化成悬浮细胞;在一定范围内,Ca^2＋浓度越高细胞所结团块及粒径越大,EDTA添加量越高细胞所结团块及粒径变小。这为优化慢病毒载体包装工艺和悬浮培养条件,同时为体外规模化细胞培养放大和生产奠定了理论基础,具有一定的实用价值。

N-乙酰基转移酶10(N-acetyltransferase 10,NAT10)是一种具有乙酰基转移酶活性的核仁蛋白质,可催化蛋白质赖氨酸残基和RNA胞嘧啶碱基的乙酰化修饰。近年来,大量研究表明,这些乙酰化修饰在端粒酶活性调节、细胞基本且核心功能的调节、细胞胁迫响应、DNA损伤修复、细胞周期调控、核糖体RNA的生物学合成、mRNA稳定性及翻译效率的调节等多种生命活动中发挥重要作用,并且与人类癌症、Hutchinson-Gilford早衰综合症(Hutchinson-Gilford premature aging syndrome, HGPS)的发生、发展和预后密切相关。然而,关于NAT10的研究仍存在一些局限性,例如NAT10完整的结构以及这些结构对其功能的影响仍未知,由NAT10调控的细胞基本功能也尚不清楚,并且NAT10对人类癌症和HGPS发展的具体影响机制也待阐明。本文从NAT10的结构、酶活性、生物学功能及其在疾病中的作用进行了综述,并提出了目前研究的局限性,展望了未来的研究方向,以期为NAT10的相关研究提供参考。

MicroRNAs (miRNAs)是一类19～24个核苷酸的非编码内源性小分子RNA,功能研究表明,miRNAs参与所有细胞过程的调节,包括生长发育、分化凋亡、炎症、免疫应答、代谢及信号转导等生物学过程。最近研究发现,植物miRNAs作为一类功能广泛的分子调控因子,不仅调控植物自身基因的表达,外源植物miRNAs还通过饮食进入到哺乳动物细胞中,调节某些与人类疾病治疗相关的基因或生物学过程。一些植物miRNAs由于其3′端存在2′-O-甲基化修饰、独特茎环结构、高GC含量以及微囊泡、RNA结合蛋白或外泌体样纳米颗粒等载体对其的保护作用,从而在食物加工与极端胃肠道环境中能保持高度稳定。植物miRNAs主要通过饮食获取,借助跨膜miRNA转运蛋白质、受体介导的内吞作用、肠上皮细胞间隙扩散、肠道微生物群脂质依赖性摄取等不同的转运机制,其被消化系统吸收后进入体循环并递送至器官组织,再调节受体细胞功能。本文综述了植物来源miRNAs的跨界调控研究现状,详细总结了植物miRNAs抵抗降解的可能方法、跨越胃肠道屏障的转运机制以及被摄入后在哺乳动物体内的调控作用,例如抗炎、抗病毒和抗肿瘤等相关发现,揭示植物miRNAs在基于RNA的分子治疗以及开发新的治疗药物等方面具有很高的应用潜力。

基因功能的解析是现代生物学研究的基本问题,基因的精准、高效和靶向编辑是基因功能研究不可或缺的手段。在过去的30多年,基因编辑实现了从基于同源重组修复技术的基因打靶技术(gene targeting)到基于锌指核酸酶、转录激活样效应因子核酸酶和CRISPR相关核酸酶等可编程核酸酶的可控编辑技术的革命性转变。这些技术的发展极大地促进了基因功能的研究并促生了疾病治疗的颠覆性技术。本文综述了CRISPR-Cas的分类、组成及其在细菌中发挥免疫防御作用的工作原理,重点综述了基于CRISPR-Cas系统的最新基因编辑工具包括基因转录编辑器、表观遗传编辑器、碱基编辑器、先导编辑器以及靶向RNA的RCas编辑系统。随后综述了基因编辑器的细胞和器官靶向递送策略,主要讨论了腺相关病毒、脂质纳米颗粒和细胞外囊泡的优劣。最后,本文综述了基因编辑技术在糖生物学研究中的应用,包括糖类物质功能、生物合成与机制,糖蛋白质组学分析,细胞糖芯片的构建和应用以及蛋白质糖基化工程改造。精确基因编辑技术的发展促进了糖类物质的生物合成机制、结构与功能研究,也正在推进转化糖科学研究。

阿尔兹海默症(Alzheimer’s disease,AD)是常见的神经退行性疾病,严重影响患者的生存质量。目前尚无有效的针对性治疗措施。AD发病机制复杂,是环境、遗传和年龄影响因素共同作用的结果。大脑中β-淀粉样蛋白(β-amyloid,Aβ)沉积、微管相关蛋白tau过度磷酸化形成的神经纤维缠结及神经元丢失是AD典型病理特征,大量研究证明,Aβ、tau蛋白聚集诱导核苷酸结合寡聚化结构域样受体含pyrin结构域蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor pyrin domain-containing 3,NLRP3)炎症小体活化是AD炎性机制的核心环节,且以其和上下游分子为靶点的抑制剂和化合物治疗在细胞和动物模型中均发挥神经保护作用,改善空间记忆功能障碍,但临床疗效和安全性仍待研究。因此,抑制NLRP3炎症小体的活化可能是AD的潜在治疗靶点。本文以NLRP3炎症小体的活化机制和影响因素及与AD关系进行综述,并总结以NLRP3炎症小体为靶点的AD治疗药物,以期为AD等NLRP3炎症小体相关疾病提供新的治疗方向。

皮肤是人体内非常复杂的器官,构建仿生的皮肤模型一直是是临床和研究中的热点与难点。3D生物打印技术的出现解决了皮肤构建物的问题,它可以通过定制皮肤形状,精确分配细胞和其他材料,实现快速可靠的仿生皮肤替代品生产,满足临床和工业要求。此外,它具有优异的性能、灵活性、高分辨率、重现性和高通量,可以用于药物筛选、化妆品测试以及皮肤移植等,并且可以为更多烧伤或糖尿病患者提供有效的皮肤替代物。结合干细胞的3D生物打印技术给研究和医疗专业人员带来更多解决皮肤疾病的方案。多能干细胞是有吸引力的候选细胞,因为,它们除了在伦理上被接受外,还可以根据患者的情况进行基因定制,实现具有预定结构的细胞载体,可以纳入血管网络、毛囊和汗腺等仿生层次的结构,以提高组织功能和美学植入。该文主要综述3D生物打印技术进行皮肤构建的研究现状,重点讨论了不同3D生物打印工艺构建皮肤的特点,并剖析了含有附属器的皮肤构建物下游应用需求,为本领域在体外生理或病理模型构建、再生医学和临床等研究提供参考。

硫化氢(hydrogen sulfide, H₂S)是继一氧化氮和一氧化碳之后的第3种内源性气体信号分子,通过影响细胞信号通路调节机体各个系统,具有广泛的生理和病理作用。近年的研究发现,H₂S的作用主要通过对靶蛋白进行S-巯基化修饰,改变其结构,影响其活性、稳定性以及蛋白质之间互相作用,进而调控细胞内信号通路及相关生物学过程。本文基于国内外对S-巯基化修饰的研究,主要综述了:S-巯基化修饰的研究现状,详细总结了目前已揭示S-巯基化修饰及其具体半胱氨酸(cysteine,Cys)位点的研究,并进一步总结了S-巯基化修饰与S-亚硝基修饰之间的关系;S-巯基化修饰的反应类型,3种化学检测(马来酰亚胺法、改良生物素转换法和标记转换法)方法的检测原理和特点,通过S-巯基化修饰检测的条件和应用范围,将这3种方法进行对比,并对各方法在检测过程中应注意的事项进行了讨论。根据作者在S-巯基化修饰研究方面积累的经验,重点阐述马来酰亚胺法检测过程中,细胞和组织样品的制备及其较详细的实验步骤。此外,本文还讨论了当前S-巯基化修饰检测方法存在的不足及该领域未来亟待解决的问题,为S-巯基化修饰的相关研究提供参考。

2023年诺贝尔生理学/医学奖授予卡塔林·卡里科和德鲁·韦斯曼,表彰二者对研制严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2的mRNA疫苗所做出的杰出贡献。本文回顾了生化学家卡里科在致力于mRNA成药研发中的艰辛历程,漫漫征途上不畏艰难的坚守和正确的选择是她成功的重要因素。mRNA修饰技术在未来会有更广泛的用途。

糖参与了细胞识别、细菌感染、信号转导和免疫应答等许多生命过程,由于其相关的生物学作用,天然存在的糖及其衍生物已被广泛研究。糖也是药物开发的重要先导物,与糖相关的药物在多种疾病如抗感染、抗癌和心血管疾病中表现出很好的治疗性,核糖和脱氧核糖是构成核苷药物的主要支架,小分子核苷类似物能够抑制病毒在受感染细胞中的复制来预防或治疗病毒感染;含糖结构的大环内酯抗生素和氨基糖苷类抗生素,分别作用于细菌核糖体的50S亚基和30S亚基来阻止细菌蛋白质的合成,从而杀死细菌;肝素作为一种高度硫酸化的糖胺聚糖,能够与抗凝血酶Ⅲ结合,增强抗凝血酶Ⅲ与凝血酶的亲和力,使凝血酶失活达到抗凝血效果;拟糖类药物可以和糖苷酶结合来阻止低聚糖水解,从而控制血糖水平;糖疫苗对于癌症的治疗有着不可或缺的作用等,糖药物几乎涉及了所有疾病领域。此外,糖化学的迅速发展,不断提高了科学家们对糖的认识,糖越来越多的被药物化学家们用于新药设计。本文从含糖结构的药物出发,对糖药物在各类疾病中的应用进行简要综述。

目前在全球范围内,肿瘤的发病率和致死率依旧处于较高的水平,严重威胁人类健康。基于液体活检的肿瘤早筛技术能实现肿瘤的早诊断和早治疗,对肿瘤的预防具有重要意义。微生物在肿瘤的发生、发展中扮演着重要的角色,目前已有11种微生物被列为了1类致癌微生物。肿瘤内部存在瘤种特异性的微生物组,主要存在肿瘤细胞和免疫细胞中。肿瘤患者体内的循环微生物DNA(circulating microbial DNA, cmDNA)、主要来源于凋亡与坏死肿瘤组织细胞内微生物的被动释放,肿瘤组织细胞的主动分泌以及肠道菌群的转移等。cmDNA具有特异的生物学特征,具备成为肿瘤生物标志物的潜能。多项研究表明,通过检测cmDNA能进行多种肿瘤,例如乳腺癌、肺癌、结直肠癌、黑色素瘤等的早期筛查。本文简要介绍了人类肿瘤与微生物的关系、cmDNA的来源和生物学特征及cmDNA在肿瘤早筛中应用的研究进展。

内质网应激是细胞在应对缺氧、营养缺乏等情况时产生的保护性应激反应,通过诱导未折叠蛋白质反应的3条通路来缓解内质网的蛋白质堆积。内质网应激通过内质网自噬受体诱导的内质网自噬,是降解不易被未折叠蛋白质反应途径降解的未折叠或错误折叠的蛋白质,以及恢复内质网形态结构的重要途径。哺乳动物和酵母细胞中存在多种内质网自噬受体,主要功能为促进内质网碎片的形成,并捕获自噬底物,将内质网碎片和未折叠或错误折叠的蛋白质递送至自噬溶酶体中进行降解。每种内质网自噬受体具有独特的结构导致它们捕获自噬底物的方式不尽相同;同时,内质网应激通过不同的途径调控内质网自噬受体的表达和磷酸化。因而,内质网应激通过不同的分子机制激活内质网自噬受体介导的内质网自噬。此外,内质网应激介导的内质网自噬在许多人类疾病的发生发展中发挥重要的作用。阐明内质网应激诱导内质网自噬的具体机制,为内质网自噬相关疾病的防治提供理论依据。因此,本文将综述内质网应激启动哺乳动物细胞中内质网自噬受体FAM134B、RTN3L、SEC62、CCPG1和酵母细胞中内质网自噬受体Atg39、Atg40、Erp1介导的内质网自噬的分子机制,以及内质网应激诱导的内质网自噬与神经退行性疾病和肿瘤等人类疾病的联系,为内质网自噬相关疾病的防治提供新策略。

先天性心脏病 (congenital heart disease,CHD) 是包括心肌壁、瓣膜和主要血管缺陷在内的心脏先天性结构异常疾病。虽然胚胎发生过程中的基因突变和异常基因表达等遗传因素会导致CHD,但这些只能解释一部分CHD的发病原因。表观遗传中的组蛋白修饰在CHD中的研究越来越多,提示其在CHD发病机制中愈发重要。随着基于质谱的蛋白质组学技术发展,一系列新型组蛋白翻译后修饰,包括琥珀酰化、糖基化、乳酸化和 β-羟基丁酰化等在疾病中发挥的作用被揭示,而这些新型修饰如何调控CHD的发生发展过程中的基因表达以及病理进程并不得知。本文将分别从经典组蛋白修饰和新型组蛋白修饰出发阐述不同的组蛋白修饰参与调控心脏发育基因的作用机制,以期揭示组蛋白驱动的表观遗传机制在CHD病因学中的重要性,也为CHD的临床治疗及时预防提供理论依据。

环状RNA(circular RNA, circRNA)是真核生物细胞中一类特殊的非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA),具有高度稳定性。目前已广泛发现circRNA可作为微RNA(microRNA, miRNA)海绵参与各种疾病发生发展过程。作为近年来研究的热点,circRNA的功能和作用不断被发现和利用,其既可作为蛋白质支架使靶点结合更紧密,也可以调节疾病信号分子的转录表达,还能作为翻译模板,参与蛋白质的表达。此外,研究证实了铁死亡在疾病发展中具有重要作用,而铁死亡相关circRNA的分子机制研究也是医学研究领域的新前沿。最近研究发现,circRNA不仅能作为miRNA和蛋白质支架参与调控铁死亡,还能从转录水平调节铁死亡相关信号分子。目前,人工合成的环状RNA已被设计用于RNA疫苗,各种基因治疗技术、药物递送载体也为靶向circRNA的药物开发提供重要依据。本文阐述了circRNA的功能和作用、铁死亡调控的关键靶点及其在疾病中的作用,并且着重阐释了铁死亡相关circRNA在肿瘤、神经系统疾病及糖尿病并发症等多系统疾病中的作用机制,概述了circRNA相关的药物开发策略,为基于铁死亡相关circRNA的药物开发提供新的思路。

细胞-细胞相互作用(cell-cell interactions, CCIs)可以通过细胞表面蛋白质、聚糖、脂质等介导的细胞间突触形成而发生,以维持机体稳态和调控生理功能。这些CCIs是复杂的,涉及许多不同的细胞表面和细胞内分子的参与。随着基础研究和转化医学的不断发展,如何准确识别细胞间相互作用并对其进行表征和定量,引起了广泛关注。近年来,研究CCIs的技术手段不断推陈出新,而邻近标记是一种十分有前景的研究细胞间相互作用的化学生物学方法。目前,主要有两种类型的标记策略。一种是依赖基因工程操作,在“诱饵”细胞表面表达外源酶,通过其与相邻细胞上的受体底物的直接结合,以便发生细胞间邻近标记。另一种是使用酶或小分子催化剂(例如光催化剂),通过基因工程重组表达或借助化学(化学酶)方法将它们偶联在“诱饵”细胞表面,在适当的刺激或激活后,靶向递送感兴趣的标记分子,实现邻近标记。其中,酶介导的邻近细胞标记方法在检测和表征CCIs上具有重要的应用价值。该综述将标记过程中涉及有酶参与的方法定义为酶介导的邻近细胞标记方法,这种方法的一个明显优势是,由于酶和受体底物之间直接的物理接触或酶催化产生高反应活性标记分子而实现小的标记半径范围。该综述旨在归纳与总结近年来开发的酶介导的邻近细胞标记方法的原理、优缺点及现有应用。

蛋白质-蛋白质相互作用 (protein-protein interaction, PPI)几乎参与了机体内所有重要的生物学过程,在细胞的基本生命过程中扮演了至关重要的角色,开发高通量的PPI检测新方法具有重要的生物学意义。目前,下一代测序技术(next-generation sequencing, NGS)发展快速,能在几天内测定超过10亿个模板的DNA序列。由于并行DNA测序技术所特有的敏感性、特异性、高通量和多路复用优势,其已被用作广谱分子计数器,应用于基因组测序和转录物组测序等领域。核酸条形码技术通过将寡核苷酸标签与目标蛋白质连接起来,从而标记编码蛋白质。之后,利用高通量的测序方法检测相互作用的蛋白质,实现了PPI的高通量检测。这一技术推动了PPI检测方法的飞速发展,提升了单次实验检测的通量,为构建PPI网络提供了强有力的技术支持。本文详细阐述了核酸条形码在PPI检测方法中的设计、生成和读取;通过分析核酸条形码技术在PPI研究中的应用范例,探讨了各自的优势和不足,并评估了数据的可靠性,讨论了基于核酸条形码技术的PPI检测方法未来的发展趋势。

淋巴细胞胞质蛋白2(lymphocyte cytosolic protein 2,LCP2)是一种衔接蛋白质,在T细胞受体信号通路中扮演重要角色,激活下游信号因子以完成机体的免疫应答过程。LCP2也在恶性肿瘤的发生发展与转移中发挥重要作用,其高表达会导致不良的预后效果,降低患者生存率,其具体作用机制涉及多条信号通路。本文不仅对LCP2的分子结构以及基本功能进行了介绍,而且重点综合评述了LCP2通过参与NF-κB、MAPK、JAK/STAT以及PD-1/PD-L1信号通路调控恶性肿瘤发生与发展的分子机制。总结了LCP2作为肿瘤治疗靶点的潜在作用,为将来用于相关疾病的诊断、治疗和标志物筛选等提供理论基础和参考依据。

神经管畸形(neural tube defects,NTDs)是一种常见的、严重且复杂的先天性畸形,是遗传、营养和环境因素相互作用的结果。母体妊娠期补充叶酸(folic acid,FA)已被证明是一种非常有效的策略,常用于部分NTDs的初级预防。然而,仍有一部分NTDs病例对FA治疗具有抵抗性,称为“FA不应答型NTDs”或“FA抵抗型NTDs”。FA不应答型NTDs的病因复杂,涉及遗传、营养、环境及母体相关因素。本文综述了叶酸不应答型NTDs的相关遗传、营养、环境及母体等风险因素,并揭示了其致病机制的研究进展。其中,遗传因素主要从小鼠突变体及品系、叶酸一碳代谢基因、关键凋亡基因三方面展开阐述,为该类患儿的产前诊断提供了可能的遗传检测位点。营养因素方面,本文主要聚焦目前已报道的肌醇和蛋氨酸,解释其对该种疾病潜在的干预机制,为NTDs患者早期营养干预提供新方向。此外,本文还探讨了叶酸一碳代谢中的辅助因子-维生素B12参与叶酸不应答型NTDs发生的可能机制,增加叶酸联合其他维生素治疗出生缺陷的可能性。最后,本文还综述了环境因素和母体因素在叶酸不应答型NTDs中的研究进展,为高危人群提供孕早期健康指导。总之,本文综述了叶酸不应答型NTDs的相关风险因素及其致病机制的研究进展,为当下该种疾病及同类型出生缺陷的防治提供新的见解。

蛋白质糖基化是最常见的蛋白质翻译后修饰(post-translational modification, PTM)之一,其广泛存在于生命体中。真核细胞中,糖基化修饰对蛋白质的折叠、构象、分布、稳定性和活性具有重要的影响。研究表明,糖蛋白的糖链对于维持多细胞生物所有分化细胞间相互作用的秩序至关重要。蛋白质糖基化的功能障碍可能导致疾病的发生和感染性疾病的发展。迄今已有许多蛋白质的N/O-聚糖改变被确定为肿瘤和某些传染性疾病发展的生物标志物。因此,本文针对B细胞受体(B-cell receptor, BCR)、T细胞受体(T-cell receptor, TCR)、细胞因子(cytokines, CK)、补体(complement)和免疫球蛋白(immunoglobulin, Ig)等主要的免疫分子的糖基化修饰,以及相关糖基化修饰与传染性疾病之间的关系进行综述,旨在阐释免疫分子的糖基化与传染性疾病之间的关联,为治疗感染性疾病提供新思路和策略。

溶酶体贮积症(lysosomal storage diseases, LSD) 是一类遗传性代谢障碍疾病,其发病机制主要源于溶酶体酸性水解酶的基因突变,导致酶的功能缺陷,进而触发生物大分子在溶酶体内的异常积累,继而对细胞、组织及器官功能造成显著损害。β-半乳糖脑苷酯酶 (galactocerebrosidase, GALC)的突变或缺失导致鞘氨醇半乳糖苷(galactosylsphingosine)的累积,造成了进行性的脱髓鞘病变,诱发神经鞘脂贮积症-克拉伯病(Krabbe disease),其在疾病调控中的具体机制尚未完全阐明。目前,越来越多的有关GALC基因的致病突变被报道,结合GALC蛋白的三维结构解析,已逐渐了解GALC蛋白的突变造成克拉伯病的机制,这将为开发相关治疗药物提供有力的证据。此外,GALC在不同的肿瘤进程中扮演着双重角色,一些癌症中充当着抑癌因子的作用,而在另一些癌症中则发挥着致癌因子的作用,然而剖析GALC对癌症的影响仍需进一步深入的研究,这将为GALC作为潜在的肿瘤促进或抑制的靶点提供借鉴。GALC还与多种神经退行性疾病,包括阿尔茨海默病、帕金森氏病以及多发性硬化症有关。由于GALC作用机制的复杂性,目前,针对GALC缺乏所致的克拉伯病的治疗主要通过单一模式疗法(single-modality therapies)及多模式疗法(multi-modality therapies),但要开发出真正有效的治疗方法,仍需深入研究GALC基因缺陷导致的发病机制。本文综述了GALC的结构和功能特性,汇总并讨论了其在神经系统及肿瘤发生发展中的作用及相关研究的最新进展,旨在为未来深入探讨GALC的调控机制及开发治疗相关疾病的创新药物提供理论基础和参考。

为应对世界范围内的COVID-19疫情,假尿苷(Ψ)修饰的体外转录mRNA(Ψ-IVT-mRNA)被授权应用于SARS-Cov-2 mRNA疫苗。最近,Ψ-IVT-mRNA被发现在翻译蛋白质时发生核糖体“滞顿”,导致+1核糖体移码,在体外和体内翻译出异常的蛋白质。在接种SARS-Cov-2 mRNA疫苗的人群, 这种异常蛋白可能激发脱靶T细胞反应或抗体反应或产生其它意想不到的副作用。这一发现对研制有效“安全”的mRNA疫苗/药物有“警示”和指导意义。

诱导多能干细胞衍生的间充质干细胞(iMSC)已被提出作为原代间充质干细胞(MSC)的替代来源,在疾病治疗相关研究中也显示出多种优势。但是iMSC更适用于何种疾病类型,以及是否具有潜在的风险均未被充分阐明。本研究利用公共数据库中的高通量测序数据,将iMSC与骨髓源的MSC(BM-MSC)、脂肪源的MSC(AD-MSC)和脐带源的MSC(UC-MSC)进行对比,通过不同生物信息学方法,包括差异表达基因分析、功能富集分析、蛋白质相互作用网络分析及CMap数据库筛选,结果表明,iMSC具有独特的基因转录特征,与3种常用的MSC在基因表达上存在显著差异,特别是在神经、肌肉发育和免疫调节相关基因表达上;差异基因的功能富集分析进一步证实,iMSC在神经相关疾病治疗中表现出潜在优势,同时具有较低的免疫原性,但也存在较高的成瘤性风险;通过CMap数据库分析,识别了可能抑制iMSC成瘤性的基因靶点和小分子抑制剂,为降低iMSC应用风险提供了可能的策略。综上所述,iMSC作为细胞治疗的潜在来源,在神经疾病治疗中具有潜在优势,但其安全性需通过更多实验和临床研究来验证。

随人口老龄化进程加速,由心脏衰老引发的各类心血管疾病已成为不可忽略的健康问题。心脏中,约 95% 的 ATP 来源于心肌线粒体,以维持心脏泵血功能。线粒体功能障碍可导致心肌能量不足,心肌细胞受损死亡或心肌衰老。因此,线粒体的功能完好对于维持心脏正常功能具有重要作用,并被认为是心脏衰老的一个关键特征。本文对心脏衰老与线粒体功能障碍进行综述,主要概述了衰老心脏的特征,衰老心肌细胞线粒体结构与功能的变化,重点阐述线粒体功能障碍导致心脏衰老的5大因素,包括线粒体形态数量的改变,线粒体DNA突变,线粒体质量控制失败,线粒体酶的改变,线粒体相关代谢产物及应激信号的变化。总结了靶向线粒体的心脏衰老治疗方式及作用机制,同时探讨了靶向年龄相关的线粒体治疗心脏衰老的现状和未来方向。

1型糖尿病是由胰岛β细胞功能受损、胰岛素分泌不足所致,目前,主要通过外源性胰岛素补充来治疗,但外源性胰岛素无法精准调控血糖,严重低血糖可危及生命。胰岛移植是一种替代疗法,但面临器官供体不足和异种来源胰岛β细胞存在人畜共患病交叉感染风险的问题。因此,获得足量且安全的胰岛β细胞是1型糖尿病细胞治疗面临的难题。本研究旨在通过人诱导多能干细胞(human induced pluripotent stem cells, hiPSCs)在体外向胰岛β细胞分化,提供一种潜在的1型糖尿病治疗新策略。为实现这一目标,我们采用了结合2D和3D培养系统的分化策略,模拟胰岛β细胞的体内发育环境,并使用多种生长因子调节在胰腺发育和β细胞分化中发挥重要作用的关键信号包括Notch信号通路(Notch signaling pathway)、Wnt信号通路(Wnt signaling pathway)、TGF-β/Smad信号通路(TGF-β/Smad signaling pathway)等,在体外将 hiPSC定向诱导分化至胰岛β细胞。结果显示,在2D、3D结合的培养条件下,分化过程中定型内胚层细胞,胰腺祖细胞,胰腺内分泌细胞及胰岛β细胞阶段的特异性基因的表达显著提高(P<0.05),并在胰岛素含量及葡萄糖刺激后表现出显著增强的胰岛素分泌能力(P<0.05)。总之,本研究成功建立了一种从hiPSC到功能性胰岛β细胞的分化策略,为1型糖尿病提供了一种新的细胞治疗途径。这种方法不仅为研究胰岛β细胞的发育生物学提供了新的工具,也为临床应用提供了一种潜在的胰岛β细胞来源,有望解决现有治疗方法的局限性。

p53是人体重要的肿瘤抑制因子,研究发现,p53在近一半的肿瘤中均发生了突变。突变p53(mtp53)发挥着促进肿瘤的作用,在肿瘤免疫中扮演着关键角色。研究证明,mtp53通过多种机制参与机体肿瘤免疫过程中的诸多环节。本文介绍了mtp53的结构和功能,并进一步探讨了mtp53对肿瘤免疫分子机制的调控,重点阐释了mtp53在促进肿瘤免疫逃逸、促进机体氧化应激、调控肿瘤相关炎症信号网络和肿瘤浸润免疫细胞募集以及分化4个方面的分子机制。最后,本文总结了mtp53对肺癌、三阴性乳腺癌和结直肠癌免疫微环境的影响,以及mtp53在癌症PD-1/PD-L1抑制剂治疗中的应用进展,以期为表达mtp53癌症的免疫治疗提供合适的方向和选择。

结直肠癌是目前发病率和死亡率排名较高的肿瘤之一,其预防和治疗面临严峻挑战,近年来越来越多的研究表明,去泛素化酶与结直肠癌的发生发展密切相关。去泛素化酶通过精准去除蛋白质上的泛素分子,调控蛋白质稳定性、细胞信号传导及基因表达,进而影响肿瘤细胞增殖、存活及迁移等关键生理过程。去泛素化酶可以通过影响细胞周期蛋白质的稳定性来促进细胞周期,加速细胞增殖。在Wnt/β-catenin信号通路中,去泛素化酶通过增加β-联蛋白(β-catenin)的核定位引起通路异常激活,促进结直肠癌的发生。去泛素化酶可以参与调节免疫检查点的稳定性,影响肿瘤微环境中的免疫细胞功能,促进免疫逃逸。去泛素化酶可以调控转录因子泛素化状态,影响靶基因表达,促进上皮-间质转化过程,增强结直肠癌的侵袭性和转移潜能。去泛素化酶还能通过调控凋亡抑制因子稳定性、DNA修复酶活性或药物外排蛋白质表达,介导肿瘤细胞对化疗药物的耐药性。鉴于去泛素化酶在结直肠癌进展中的关键作用,开发靶向去泛素化酶的小分子抑制剂逐渐成为有吸引力和挑战性的热门领域,目前,已发现多种小分子抑制剂在体外实验和动物模型中展示了抑制结直肠癌细胞生长和诱导细胞凋亡的能力。本文就去泛素化酶在结直肠癌中的研究进展,以及小分子抑制剂在结直肠癌中的应用展开讨论,为结直肠癌的治疗提供思路。