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《科学》杂志——2月5日当周收录指南

黄琨

科学

【1】器官衰老的血管控制

成像

血管为器官提供营养和氧气,衰老过程中血管系统的变化可能会导致器官功能下降。Chen等人利用器官特异性血管床的高分辨率三维(3D)成像,对幼年和老年小鼠的组织特异性血管系统进行综合分析,并在人体样本中进行了验证。他们发现,在衰老的早期,即衰老之前,毛细血管和动脉以组织特异性的方式丢失的证据。血管的改变先于细胞的衰老特征出现,可能意味着血管的损失是衰老的主要诱因。这些高质量的血管微环境三维图像将是科学界的重要资源。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6529/580.4

【2】形成氧化还原介质的溶剂

表面化学

溶剂直接参与热催化反应的作用,在均相催化中比在多相催化中更为明显。Adams等人通过测量动力学同位素效应,并在水和有机溶剂中进行密度泛函理论模拟,研究了钯纳米颗粒上过氧化氢的形成。其中,甲醇形成了化学吸附的羟甲基中间体。这些表面氧化还原介质将电子和质子转移到被吸附的氧物种上,并通过氧化化学吸附的氢原子再生。然而,水分子会将氢异相氧化,生成会还原氧的溶剂化质子和表面电子。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6529/626

【3】比预期更快

气溶胶形成

碘物种是为数不多能产生新的气溶胶粒子的大气蒸汽之一,气溶胶粒子在控制气候辐射强迫方面起着核心作用。He等报告了来自欧洲核子研究中心宇宙户外水滴计划的实验证据,证明了碘酸和亚碘酸能迅速形成新的粒子,可以与硫酸媲美。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6529/589

【4】双重C–H胺化

有机化学

在用简单易得的原料生产重要医药化合物方面,将C–H键转化为C–N键的反应广泛存在。Shen和Lambert报告了一种方法,使用乙腈溶剂作为方便的氮源,在苄基和相邻的烷基碳中心连续2次诱导该反应。该方法依赖于环丙烯催化剂的连续电化学和光化学活化,产生的是清洁副产品氢气。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6529/620

【5】新型癌症患者粪便微生物群

临床试验

肠道微生物组的组成会影响癌症患者对免疫治疗的反应。Baruch等人和Davar等人首次在人类临床试验中报告了,粪便微生物群移植(FMT)对转移性黑色素瘤患者对抗PD-1免疫治疗反应(见后2篇文章)的影响。这2项研究都获得了部分接受治疗的患者从中受益的证据,包括先前显示与抗-PD-1反应相关分类群的增加、CD8+T细胞活化的增加以及参与免疫抑制的白细胞介素-8表达的髓样细胞频率的降低。这些研究为FMT影响癌症患者免疫治疗反应的能力提供了概念验证。

原文:

https://science.sciencemag.org/content/371/6529/602

https://science.sciencemag.org/content/371/6529/595

https://science.sciencemag.org/content/371/6529/573

【6】特殊的ILC2会抵抗类固醇

哮喘

2型天然淋巴细胞(ILC2)与人类过敏性气道疾病相关炎症有关,包括哮喘和慢性鼻窦炎。治疗2型呼吸系统疾病往往会用到皮质类固醇药物,但在治疗过程中,可能出现类固醇抵抗现象。van der Ploeg等人通过比较炎性鼻息肉的ILC2与健康对照组的血液ILC2观察到,鼻息肉ILC2的细胞因子表达增强和类固醇反应性丧失,都与受体亚型CD45RO而非CD45RA的表面表达有关。哮喘患者血液中炎症性ILC2的CD45RO亚型表达增加,并与更严重的气道疾病相关。CD45RO是人类炎症性ILC2的候选生物标志物,与类固醇抵抗的产生相关。

原文:https://immunology.sciencemag.org/content/6/55/eabd3489

【7】远距离量子门

量子系统

量子信息的处理依赖于对量子位上量子态的编码和操纵。超导电路是目前最先进的平台,但是随着系统规模的扩大,量子比特之间的串扰和纠错将成为一个挑战。另一种方法是创建一个量子比特在空间上分离的模块化平台。Daiss等人演示了量子门的操作,其中一个量子位有条件地控制另一个量子位的状态,而另一个量子位在空间上相隔60米(见第2篇文章)。由于这种方法与平台无关,它可以从已证实的中性原子扩展到离子、杂质空位中心,甚至这些量子比特的组合。

原文:

https://science.sciencemag.org/content/371/6529/614

https://science.sciencemag.org/content/371/6529/576

【8】微环境很重要

气候变化

了解气候变暖会如何影响脆弱物种是至关重要的问题。然而,预测这种反应是复杂的,因为物种本身是复杂的,可能会以不同的方式对气候变暖作出适应或反应。Riddell等人将一个关于莫哈韦沙漠物种丰富度的百年数据集与现代调查结果进行了比较,以衡量鸟类、小型哺乳动物群落中与气候相关的变化。他们发现,哺乳动物的丰富度和分布变化不大,但鸟类的丰富度和分布却大幅下降。他们将这些差异归因于小气候环境的差异:具体来说,哺乳动物可以通过穴居来减轻温度影响,而鸟类通常更容易受到影响。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6529/633

【9】药物开发多样化

基因组学

临床药物试验主要针对的是带有欧洲血统的个体,对黑人、拉美人和土著人的代表性往往会被高估。安全性和有效性测试并不是在能反映药物使用人群的不同人群中进行的。从一个角度来看,Bumpus讨论了临床试验缺乏多样性的问题,特别是在药物基因组学方面。遗传变异可以改变药物代谢,进而改变毒性和疗效。这种变异可能与不同的祖先有关,因此临床试验缺乏多样性会加剧健康上的不平等。找到确保临床试验多样性的方法对于改善每个人的药物开发至关重要。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6529/570

【10】人为的杂音

噪声污染

声音在水中比在空气中传播得更快更远。在进化的过程中,不少海洋生物的生命活动已经开始依赖声音的产生、传播和接收来完成。然而,随着人类制造的声音越来越大、越来越普遍,这些重要的行为开始受到海洋环境中越来越嘈杂的声音威胁。Duarte等人回顾了生物产生的声音重要性,以及人类产生的声音影响海洋声音环境的情况。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6529/eaba4658

【11】Poly(A)和RNA:更多的相互作用方式

RNA稳定性

生物体内最保守的RNA修饰之一,是在RNA分子的3′端加上一个聚腺苷,也就是poly(A)。顺式作用的RNA稳定元件,如核表达的三联成形元件(ENE),可以延缓RNA的衰变,从而控制细胞转录物的成熟和丰度。Torabi等人测定了双ENE与28- poly(A)的高分辨率晶体结构,揭示了RNA-RNA相互作用的新模式,包括保护poly(A)尾部末端3′端的口袋基序。这种相互作用的发现为更好地理解RNA生物学中poly(A)尾的功能开辟了新的途径。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6529/eabe6523

【12】异质体的构成

细胞生物学

细胞内蛋白质相分离可以产生一种液-内-液相,类似于水中的油滴。Yu等人报告称,一种称为TDP-43的RNA结合蛋白——其突变和聚集与肌萎缩侧索硬化和额颞痴呆有关——会相分离成复杂的液滴,他们称之为异质体。这个过程发生在TDP-43因为致病突变或翻译后乙酰化失去其结合RNA的能力时。异质体具有TDP-43的球形外壳(具有液晶性质),围绕在蛋白伴侣HSP70的中心。在体内,当蛋白酶体活性受到抑制时,在神经元中形成异质体,当三磷酸腺苷(ATP)水平下降时,异质体转化为聚集体。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6529/eabb4309

【13】激活神经嵴多能性

发育生物学

颅神经嵴细胞(CNCC)是一个短暂的细胞群,具有非凡的分化潜能,可以延伸到其外胚层谱系之外,形成大部分的面部间质。Zalc等人鉴别了一个神经上皮前体细胞群,它能瞬间激活多能性因子以产生CNCC。多能性因子Oct4是CNCC发育潜能扩大形成面神经间质所必需的。对Oct4+CNCC前体的染色质图谱分析表明,这些细胞类似于外胚层干细胞的染色质图谱,具有提示未来神经嵴程序启动的特征。因此,在扩大其细胞效力,CNCC前体经历了一个自然的体内重编程事件。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6529/eabb4776

【14】变化的记忆

冠状病毒

对严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)的免疫记忆有助于确定对再感染的保护、疾病风险和疫苗效力。Dan等人利用188例COVID-19严重程度范围内的人类病例,分析了描述SARS-CoV-2记忆B细胞、CD8+T细胞和CD4+T细胞在感染后6个月以上动态变化的横断面数据。研究人员发现,持续到免疫记忆阶段的病毒适应性免疫程度,具有高度的异质性。不过,超过90%的受试者在感染后的5个月内,3个免疫区的免疫记忆仍然是可测量到的。尽管免疫反应存在异质性,这些结果仍表明,对大多数人来说持久对抗继发性COVID-19疾病是可能的。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6529/eabf4063

【15】超扩张的系统发育

冠状病毒

冠状病毒流行病学的一个重要特征是,存在超扩散事件。其特点是,不成比例的病例往往来源于无症状个体。Lemieux等人利用波士顿疫情早期的丰富序列数据集,确定了特定环境下的超扩散事件,并对其进行了系统学分析(见第2篇文章)。利用祖先特征推断,作者确定了几个输入事件,进一步研究了特定的超级传播事件对建立局部和更广泛的SARS-CoV-2传播的背景和贡献,并用病毒系统发育学来描述持续传播状况。

原文:

https://science.sciencemag.org/content/371/6529/eabe3261

https://science.sciencemag.org/content/371/6529/574

【16】为双曲色散照亮前路

量子材料

光在材料中的传播通常有很好的定义,由散射和色散来描述。在人工设计的超材料和各向异性层状材料中,色散可以是双曲的,导致光的亚波长限制。Sternbach等人表明,在层状过渡金属二氯化钨二硒化物中,双曲色散可以根据需要由光学开关(参见第2篇文章)。用亚带隙光的超快脉冲照射材料会产生一个瞬态波导,从而在材料中产生双曲色散。利用光泵按需调节色散特性是发展超快开关光子器件和控制光在纳米尺度上传播的有效方法。

原文:

https://science.sciencemag.org/content/371/6529/617

https://science.sciencemag.org/content/371/6529/572

【17】远离水

催化作用

生物质燃气和天然气等资源可以通过费托合成转化为化工产品。然而,在其他化学品的主要原料烯烃的生产,约50%的一氧化碳会被转化为二氧化碳和甲烷。Xu等人通过对催化剂改性为掺杂有锰并涂有甲基的二氧化硅的铁纳米粒子(见第2篇文章),将这些不需要的副产物降低到25%以下。这种疏水表面缩短了水在催化剂表面的停留时间,避免了不必要的副反应,还抑制了在反应条件下形成的金属碳化物催化剂的氧化。

原文:

https://science.sciencemag.org/content/371/6529/610

https://science.sciencemag.org/content/371/6529/577

【18】A位加入到能带边缘

太阳能电池

杂化有机-无机钙钛矿的能带边缘主要由无机X阴离子(如氯化物)和B阳离子(如铅)控制,其通式为ABX3。有机A位阳离子通常只产生间接的结构效应,因为它们的电子能级远离能带边缘。Xue等人表明,具有大π共轭结构的阳离子可以与无机前线分子轨道相互作用。与参考无机钙钛矿相比较,具有最佳插层距离的乙基芘铵表面层提高了空穴迁移率和功率转换效率,并提高了器件稳定性。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6529/636

【19】疼痛和瘙痒

瘙痒

脊髓和硬膜外吗啡给药是外科手术和分娩期间的镇痛方式。然而,分娩时的这些操作与瘙痒的发生有关。这种有害副作用在分子层面的原因尚不清楚。Nguyen等人发现吗啡诱导的瘙痒不涉及肥大细胞,而是通过脊髓强啡肽神经元的活动和随后对小鼠中表达kappa阿片受体的神经元抑制来介导的。吗啡和纳富芬(一种选择性kappa阿片受体激动剂)合用能抑制瘙痒,但不影响吗啡在小鼠和猴子体内的镇痛特性,也就意味着这种方法在临床上也可能有效。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6529/580.19

【20】记忆与蛋白质合成

神经科学

阿尔茨海默病小鼠模型的认知缺陷与综合应激反应(ISR)引起的海马蛋白质合成减少有关。在以前的研究中,复合ISRIB逆转了ISR诱导的翻译抑制,但增加了死亡率,并且没有显现出恢复认知的益处。然而,Oliveira等人发现,在2个阿尔茨海默病小鼠模型中,每天低剂量服用ISRIB不仅没有增加死亡率,还恢复了海马蛋白质合成和突触可塑性,恢复长期记忆。

原文:https://science.sciencemag.org/content/371/6529/580.20


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