减少孤独或能活更长、癌症结局的性别差异、海藻养殖很难捕获足够碳 | 一周论文新鲜读

06.25

本周值得读

来自《自然》旗下期刊的最新发表，我们为您精选呈现。

1. 全球水库储备下降

2. 难以通过大规模海藻养殖捕获足够碳

3. 社会隔离和孤独与死亡风险上升有关

4. 穿山甲启发的微型医学机器人

5. 理解癌症结局的性别差异

地球科学 | 全球水库储备下降

Diminishing storage returns of reservoir construction

Nature Communications

《自然-通讯》发表的一项研究报告，全球水库在过去20年间持续变空，尽管由于建造新水库，总储量在上升。在这一时间段内全球南方的水库经受的衰退尤为明显，而全球北方的水库则总体在增长。随着预测的水径流减少和水需求增加，这一观察到的水库建造的存储收益递减可能持续到未来，对供水有潜在的影响。

面对全球增长的人口和气候变暖，地表水库是保障水可用性的重要手段。水库增强了我们管理地球淡水资源的能力，但也产生了环境和社会的副作用。然而水库中可用的水量及相关趋势，尚未在全球尺度下经过量化。

美国得克萨斯农工大学的李瑶、高慧琳和同事使用卫星数据估计了全球7245个水库在1999-2018年间的储量变化。他们发现，由于建造新水库，总体的全球水库储量大约以每年28立方公里的速率增加。然而尽管采取这些努力，这些新水库的储水不如预期。作者发现，在南美和非洲大多数地方，水库的储水水平在下降，而这些地方由于人口增长，水需求在增加。相比之下，全球北方，包括北美和欧洲的水库，则越来越满。

这些发现表明，解决与有限水资源有关的难题，不能仅仅通过造新水库，还需要新的管理策略（尤其需考虑水库监管）。这些发现还提供了新的视角以重新评估建造新水库的社会-经济收益，使人们深入了解发展中国家水需求日益增长和水可用性日益减少间的矛盾。

气候变化 | 难以通过大规模海藻养殖捕获足够碳

Large global variations in the carbon dioxide removal potential of seaweed farming due to biophysical constraints

Communications Earth & Environment

根据《通讯-地球与环境》发表的一篇论文，全球海藻养殖帮助捕获足够碳的潜力或许并不可行，因为要实现气候目标每年要去除25-130亿吨大气中的碳，所需海洋区域太大。建模表明，需要约一百万平方公里最丰饶的专属经济区（EEZ）海洋区域养殖足够多的海藻才能每年在大气中移除10亿吨碳。

海藻可以从大气中去除二氧化碳，通过光合作用将之转化为有机生物量。这一生物量可以随后沉入深海，将之从表层水中去除。但对利用海藻进行碳捕获效率的大多数全球评估是基于从几个特定地点的观察结果推广到全球范围的。

美国加利福尼亚大学尔湾分校土木与环境工程系和美国斯坦福大学土木与环境工程系的Isabella Arzeno-Soltero和同事分析了全球大型海藻培养模型系统的预测，用于预计在不同营养可获得性水平和全球海洋环境下潜在的海藻生产力和可收获生物量。他估计，要每年收获10亿吨海藻捕获的碳，需要在赤道太平洋地区最丰饶的EEZ水域养殖超过一百万平方公里。在这些高产赤道水域之外，由于海藻产量和生长的地理差异，需要3倍种植区域才能收获同等数量的海藻碳。此外，作者认为还需补充营养来维持海藻生产力——可能通过在深水和浅水间物理移动来“深度循环”海藻，或通过从深水中上涌营养的方式。

作者认为，要有意义地评估海藻养殖的除碳潜力，需要了解海藻生长潜力的全球变化，及未来深入研究改进海藻的养殖。

健康 | 社会隔离和孤独与死亡风险上升有关

A systematic review and meta-analysis of 90 cohort studies of social isolation, loneliness and mortality

Nature Human Behaviour

《自然-人类行为》发表的一篇覆盖了90项研究和逾200万人的综述指出，社会隔离和孤独与全因死亡风险上升有关。研究结果显示，减少社会隔离和孤独或能提升健康和幸福感。

社会隔离是指客观上缺少（或只有有限的）与他人的社会联系，其特征为局限的社交网络或不频繁的社交来往。孤独是指期望的社会关系和实际的社会关系之间的落差所产生的一种主观悲伤感。研究显示，社会隔离可能会促进一些不健康的行为，如营养不良和缺乏运动，而且还被发现与免疫功能低下有关。此外，孤独还与睡眠障碍和免疫功能障碍有关。此前研究分析了社会隔离和孤独是否是死亡的风险因素，但得到的结果并不一致。

中国哈尔滨医科大学的王茂清、赵亚双和同事对90个前瞻性队列研究开展了系统性综述和Meta分析，这些研究发表于1986年至2022年，随时间推移共随访了2205199人。在这些研究中，29个研究在美国开展，61个研究在其他国家开展，包括英国、日本和芬兰；所有研究对象均在18岁或以上，70%的研究对象在50岁或以上。作者发现，社会隔离和孤独与全因死亡和癌症死亡风险升高显著相关，社会隔离与心血管疾病死亡风险升高相关。

王茂清、赵亚双以及共同作者指出，研究结果受限于这90项研究的研究方法；这些研究使用了不同的社会隔离和孤独指标，而且主要在高收入国家开展。基于他们的发现，作者呼吁对社会隔离和孤独采取解决策略和干预。

工程学 | 穿山甲启发的微型医学机器人

Pangolin-inspired untethered magnetic robot for on-demand biomedical heating applications

Nature Communications

《自然-通讯》本周发表的一项论文描述了一种受穿山甲启发的微型机器人，设计用于在体内进行安全和微创的医疗手段。这一无系留软体机器人或许能够有朝一日通过变形，到达难以触及的体内区域——如胃内或小肠。

磁性软体机器人和固体金属形态的机器人过去曾被开发用于微创医学手术，但其功能和安全性有限。而穿山甲尽管有角质鳞片，通过把硬质鳞片组成重叠结构，它们可以灵活无碍地移动。

受到穿山甲启发，德国马克斯·普朗克智能系统研究所的Metin Sitti和同事设计了一个微型机器人，尺寸为1厘米×2厘米×0.2毫米，拥有重叠鳞片设计和按需加热、变形、滚动的能力。在实验室的概念验证实验中，机器人能够加热到70°C，对具有未来潜在临床应用的组织进行医疗处理，包括在难以触及区域进行癌症热疗或止血。此外，机器人能够消磁将负载物释放到组织，这可用于未来递送药物。

虽然还需要进一步测试，这一技术可能会是递送治疗用负载物和热疗应用的有用临床工具。

癌症 | 理解癌症结局的性别差异

Histone demethylase KDM5D upregulation drives sex differences in colon cancer

Y chromosome loss in cancer drives growth by evasion of adaptive immunity

Nature

《自然》发表的两项研究（包括动物模型和一些人类数据），揭示了Y染色体在癌症结局的性别差异中起的作用，其中雄性常比雌性受到更大的不利影响。一篇论文识别出了Y染色体上的一个上调基因，在雄性小鼠结直肠癌中通过驱动肿瘤侵袭、帮助免疫逃逸造成性别差异。另一篇论文表明，在膀胱癌中，缺失Y染色体会产生更为免疫抑制的肿瘤微环境，造成更差结局。这些发现或能引导开发疗法，降低与性别相关的癌症风险。

已知性别影响癌症发病率、临床结局和癌症生物学，大多数癌症在男性中会导致相比女性的更坏结局。这种差异背后的性别特异机制尚未得到深入理解，但一些研究认为Y染色体的功能可能起了作用。

美国得克萨斯大学安德森癌症中心的Ronald DePinho和同事评估了一种结直肠癌（癌症相关死亡的第二大常见原因，在男性中更常见、更具侵袭性和转移性）小鼠模型的性别差异。模型是该疾病的一个特定形式，由一个已知的致癌基因KRAS驱动。研究者观察到雄性小鼠更高频率的转移和较差生存率，反映了人类身上观察到的结局。分析显示，组蛋白去甲基化酶家族（驱动肿瘤侵袭和免疫逃逸）的一个酶有基因上调。这一基因表达在Y染色体上，从而提供了KRAS驱动的结直肠癌进展中性别特异差异的一个可能基础。

在另一项独立研究中，美国西达赛奈医学中心的Dan Theodorescu和同事研究了Y染色体缺失可能如何影响癌症结局。Y染色体缺失是多种癌症类型中观察到的一个特征，但其临床和生物学重要性尚不明确。他们首先研究了300名男性膀胱癌患者的临床数据，识别出Y染色体缺失和较差预后存在关联。他们接着研究了膀胱癌细胞系，发现与有Y染色体的肿瘤相比，缺失Y染色体的肿瘤更具侵袭性，T细胞介导免疫反应更受抑制。他们指出， Y染色体缺失在人类和小鼠中与对某种特定类型免疫疗法（抗PD1检查点阻断疗法）的响应增加有关，意味着这类膀胱癌亚群的一个潜在治疗路线。