铁死亡(ferroptosis)是一种由铁依赖的脂质过氧化驱动的新型程序性细胞死亡方式,其多层面的调控机制(主要涉及铁代谢、脂质过氧化及抗氧化系统)在疾病治疗和微生物防控领域均发挥关键作用。尤其在疾病治疗领域,铁死亡因其在自身免疫性疾病、癌症及心血管等疾病中发挥关键作用,被视为极具潜力的治疗靶标。本综述系统梳理了铁死亡的核心调控因子(例如过氧化物酶4(GPX4)、长链酰基辅酶A合成酶4(ACSL4))及其相互作用网络,深入探讨了基于铁死亡信号通路的靶向干预策略在疾病治疗及微生物防控中的应用前景。此外,文章还总结了当前铁死亡在实际应用中面临的问题,并提出通过纳米递送、提高药物化学稳定性及水溶性等策略优化疗效,为探索更多利用铁死亡进行靶向治疗提供理论基础和实用性指南。

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。

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。

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。

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。

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。

线粒体和内质网(endoplasmic reticulum, ER)的结构与功能对维持细胞稳态至关重要,线粒体和ER之间的交互作用参与了多种疾病的发生发展。线粒体相关ER膜(mitochondria-associated endoplasmic reticulum membranes, MAM)是ER和线粒体之间的膜接触位点,是真核细胞细胞器间的重要通信枢纽,ER侧的钙离子通道及线粒体侧的钙离子通道参与了MAM调节钙转运的基本过程,二者的交互作用通过调节钙转运控制线粒体生物学功能和细胞存亡,参与多种病理过程的发生和进展。一方面,靶向MAM调节钙转运参与了肿瘤细胞、神经元、心肌细胞、内皮细胞、髓核细胞等细胞的生存和死亡过程;另一方面,MAM调节钙转运在Hepa 1-6细胞、胰岛β细胞的合成和分泌以及肌萎缩性侧索硬化症线粒体功能障碍的发生与发展。此外,MAM还可通过调节钙转运影响细胞转录过程,进而参与血管生成及乳腺癌的进展。本文综述MAM及其在钙转运调节中的病理生理作用,为靶向MAM防治相关疾病提供新的视野。

随着全球肥胖人数的不断上升,肥胖对生殖生理的影响引起社会广泛关注。肥胖是一种代谢性疾病,通常伴随着脂肪聚积过多及炎症反应加剧等多种异常生理现象,严重影响人类与动物的生殖健康。由肥胖引起的生殖损伤涉及一系列复杂的生化反应和体内代谢通路,表现为对雄性精子质量和雌性受孕能力的损害。为了更好的理解肥胖与生殖生理之间的关系,本文就肥胖引起机体生殖损伤及其作用机制进行了归纳总结。肥胖状态下,诱发氧化应激、胰岛素抵抗及高胰岛素血症等病症,脂肪因子(瘦素、脂联素、抵抗素等)和炎症因子(TNF-α、IL-6、IL-1β等)多种因素相互影响共同作用于生殖系统。氧化应激可激活MAPK与NF-κB通路,干扰胰岛素信号传导。慢性炎症导致脂肪细胞分泌紊乱,扰乱下丘脑-垂体-性腺调控轴。研究发现,雄性肥胖个体睾酮水平显著降低,精子质量受损;雌性肥胖个体生殖系统激素失衡,产生排卵障碍,出现多囊卵巢综合征患者。本综述讨论了肥胖引起机体代谢紊乱进而导致雄性和雌性的生殖生理功能受损及其发生机制,为未来肥胖相关的生殖生理障碍疾病的预防与治疗提供理论依据。

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。

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。

猴痘是一种病毒性人畜共患病,目前针对猴痘病毒的安全有效的疫苗较为缺乏,研究且筛选猴痘疫苗候选材料有重要现实意义。随着分子生物学和植物基因工程技术的迅猛进展,植物生物反应器因其绿色安全、经济有效、规模化应用潜力大等优良性能在疫苗蛋白质生产方面前景广阔且富有潜力。本研究以猴痘蛋白B6R为研究对象,通过扩增、酶切和柔性Linker串联铁蛋白等手段,成功构建pFolia40108-B6R-Fer猴痘病毒重组蛋白质表达质粒,并且构建出完整的本氏烟草植物瞬时表达体系及猴痘重组蛋白纯化体系。最佳表达天数为12~14 d,纯化后的浓度约为1 mg/mL。纯化所得的重组蛋白B6R-Fer可自发组装成纳米病毒样颗粒(Virus-like particles,VLPs),其形状呈现球形,平均粒径大小为24 nm,得率约为7.2 mg/kg鲜重。本研究所得的猴痘病毒重组蛋白B6R-Fer在植物源性猴痘疫苗材料的制备和筛选方面具有良好的应用潜力。

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。

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。

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。

隐匿性乙型肝炎病毒感染(occult hepatitis B virus infection,OBI)是潜在的HBV传染源,可通过输血等方式传播。同时,OBI还可使乙肝相关疾病慢性进展,并维持乙肝慢性感染的状态,在免疫机能下降或接受免疫抑制治疗情况下可能导致HBV感染再激活,引发急性肝炎或肝衰竭等严重肝病。因而,OBI是一个重要的公共卫生问题,严重影响该人群生命健康和我国HBV感染防控。OBI的核心特征是用灵敏的试剂检测血清乙肝表面抗原(hepatitis B surface antigen, HBsAg)阴性,但肝内存在复制全能性(replication competent)HBV基因组,以致循环血中的HBV DNA可呈间歇低值阳性(通常＜ 200 IU/mL),HBV存在再激活风险。随着慢性乙型肝炎功能性治愈的不断扩大,国内外各大指南对功能性治愈的定义也在不断完善,其中均提到血清乙肝表面抗原持续消失的功能性治愈者肝组织内仍可能有HBV共价闭合环状DNA(covalently closed circular DNA, cccDNA)的存在,提示这部分功能性治愈者的病毒学指征类似于隐匿性感染状态。本文围绕OBI定义、分类、对公共卫生影响、发生机制和临床再激活预防等方面进行阐述,梳理OBI相关研究进展,更新对OBI的认知,以期提高临床和公共卫生从业者对新形势下OBI人群的关注。

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。

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。

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。

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。

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。

注意缺陷多动障碍(attention deficit hyperactivity disorder, ADHD)是儿童和青少年常见的神经发育障碍性疾病,临床表现为注意缺陷、多动与冲动控制障碍,其病因及发病机制尚未完全阐明。多巴胺(dopamine, DA)缺陷理论是目前ADHD发病机制研究的核心。基于该理论,针对多巴胺转运体(dopamine transporter, DAT)和多巴胺受体(dopamine receptor, DR)功能的深入研究促成了国际主流药物的开发,这些药物通过提升DA浓度有效缓解症状,进一步验证了DA系统在ADHD中的关键作用。除以上因素外,新近研究表明,DA缺陷的形成存在更为关键的诱因。SNARE复合体(soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor complex)是介导突触囊泡与质膜融合的核心装置,由突触相关蛋白25(synaptosomal-associated protein 25, SNAP-25)、突触融合蛋白1A(syntaxin-1A, STX1A)和囊泡相关膜蛋白2(vesicle Associated membrane protein 2, VAMP 2, 也称为synaptobrevin 2)三者构成。SNARE复合体作为促进DA囊泡分泌的“最小机器”,对突触前膜DA囊泡锚定、膜融合、囊泡胞吐循环的关键环节产生影响。其组装解离过程中,辅助蛋白质的功能失衡可能干扰DA的有效释放,被认为是DA缺陷形成的重要潜在机制之一,亦成为ADHD机制研究的新兴焦点。本文聚焦SNARE复合体,系统梳理其核心蛋白质及调控因子在ADHD发病机制中的作用,为疾病机制解析与靶向干预提供理论支持。

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。

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。

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。

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。

为研究人工智能赋能分子生物学的教学效果,本文选取河北北方学院动物科技学院动物医学专业2022级和2023级学生为研究对象,两个年级学生在专业基础、入学成绩等方面无显著差异,均由同一主讲教师授课以保证研究结果的可靠性。2022级学生采用传统教学模式,2023级学生实施人工智能赋能教学模式,包含课前探学、课中助学、课后辅学和教学反思改进四个阶段。课前,教学团队将课程各知识点的教学视频及人工智能系统梳理的相关预习资料推送给学生完成自主学习,人工智能系统统计学生学习的疑难点。课中,教师依据智能学伴AI系统反馈的数据,对学生理解困难的内容采用案例教学、小组讨论、AI动画演示和虚拟实验等多种教学手段深入讲解,促进学生对知识的理解。课后,AI系统为学生生成个性化学习方案,推送不同层次的学习资源以开拓学生视野。同时,AI系统为教师提供学生学习数据分析报告,教师据此总结调整优化教学方案。研究发现,2023级人工智能赋能教学班学生在学习兴趣、知识点理解掌握、科研思维培养等多个维度的满意度显著高于2022级传统教学班。在学生参加综合活动方面,2023级学生参加学科竞赛和创新创业活动的比例明显提高。在学习成绩方面,2023级学生的期中成绩、实验成绩和期末成绩均高于2022级学生,优秀率显著提高,不及格率显著下降。结果表明,人工智能技术应用于分子生物学教学激发了学生学习兴趣,有助于学生更好地理解和掌握知识,显著提高了学生的学习成绩,对提升教学质量具有积极的推动作用。