最重古巨鲸、电流改变基因表达、皮肤癌抗癌新试剂、微生物组研究呼吁批判性思维 | 一周论文新鲜读

08.07

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. 用电流刺激基因表达

2. 微生物组领域的流言和误解

3. 地球生命出现前的甲烷形成

4. 巨大古代鲸

5. 减缓肿瘤生长、减少治疗抗性的抗癌试剂

6. 搜救行动与移民趋势

7. 热浪之下抗病蚊能支撑多久

生物技术 | 电流刺激的基因表达

An electrogenetic interface to program mammalian gene expression by direct current

Nature Metabolism

根据《自然-代谢》发表的一篇论文，电流可以在改造的人类细胞里激活基因表达。在一项概念验证研究中的糖尿病小鼠模型里，这一系统可激发工程改造的人类细胞生产胰岛素。这些发现或让我们向生产出能编程活细胞的可穿戴设备迈进了一步。

可穿戴电子设备被用于监控健康参数，如体力活动和血糖水平，但它们现在还不能用于直接改变基因活动。能控制基因表达的设备可能有利于涉及激活或沉默特定基因的医疗干预，例如增加体内特定激素的产生。

瑞士苏黎世联邦理工大学的Martin Fussenegger和同事对可以用电流控制的人类细胞基因表达做了概念验证。作者开发了一个“电遗传”界面，称之为DC-激发调控技术（DART），可以用电池直流电供能，并设计了一个人类细胞内在感应系统，激活选定基因。这个系统可侦测到电极产生的离子所产生的活性氧（一类容易对其他分子做出反应的分子）。作者随后使用这一技术改造人类细胞，经电刺激激活胰岛素基因的表达，随后将细胞放入凝胶胶囊在小鼠中测试。凝胶胶囊植入五只1型糖尿病雄性小鼠的背部，作者每日一次用针灸针向其输送4.5伏的电刺激10秒，发现这刺激了胰岛素产生，恢复了正常血糖水平。

作者认为，这一电遗传界面或能帮助未来以基因和细胞为基础的疗法。

微生物学 | 缺乏证据的人类微生物组说法

Human microbiome myths and misconceptions

Nature Microbiology

在《自然-微生物学》发表的一篇观点文章中，Alan Walker 和Lesley Hoyles认为，人类微生物组文献中含有缺乏坚实证据基础的不准确内容。他们特别指出了关于人类微生物组反复出现或新兴的流言和误解，概述了其中的事实不准确。

针对人类肠道微生物群的研究和公众兴趣激增，特别是在这些复杂微生物群落和健康与疾病的关系上。这种兴趣增长也带来了炒作，建立起了一些牢固的误解。这一主题下许多说法可能被反复提起，被视作了事实，但却没有有力的支持性证据，而且最初来源也不清晰。

英国阿伯丁大学的Alan Walker 和 Lesley Hoyles呼吁关注人类微生物组文献中成为流言或误解的12个说明性例子。流言包括认为这是个新领域，而首个人类相关微生物研究其实可以追溯到数百年前；还有相信Joshua Lederberg创造了“微生物组（microbiome）”这一术语。作者挑出了常被重复的说法“微生物群和人类细胞的比例是10：1”，有人已表明这起源于20世纪70年代某个粗略的估算，事实上比例大约接近1：1。他们也提到了其他一些对未来研究可能有更严重影响的信念，包括有未得到支持的观点认为我们在实验室里无法培养绝大多数肠道微生物，以及不加批判地重复初步的微生物-疾病间关联研究，这些关系在后续实验中未能重复。

作者认为，提高对流言和误解的认识，即使是比较轻微的那些，对于避免徒劳的研究项目、鼓励批判思维和维持公众对微生物组科学的信心而言十分重要。

本新闻稿介绍的是《自然-微生物学》的观点文章，而非研究论文。观点文章是对主要研究文献的一种学术回顾和讨论。此类文章已经过同行评议。

地球科学 | 地球生命出现前的甲烷形成

Methane formation driven by light and heat prior to the origin of life and beyond

Nature Communications

《自然-通讯》发表的一篇论文指出，地球早期的甲烷形成可能比之前认为的更容易也更普遍。研究结果显示，温暖环境和光驱使的反应或许能在无需高压和高温的情况下，在全球含水环境中产生甲烷。这些反应可能影响了生命出现前的大气化学演化。

甲烷是一种强效温室气体，在太古时期（40亿-25亿年前）年轻太阳还很微弱的时候，甲烷或许通过保持早期地球温暖并维持液态海洋，促进了生命演化。不过，生命起源前的甲烷来源一直有争议。此前研究显示，甲烷的产生可能局限于热液喷口周围地壳处于高温和高压的区域。

德国马克斯·普朗克陆地微生物研究所的Leonard Ernst和同事用一个模拟早期地球无生命条件的模型系统开展了一系列实验。在气温只有30°C时，他们发现，在含有活性铁和甲基化硫化合物的中性pH溶液中，甲烷能在活性氧（如过氧化氢）的作用下产生。所有这些成分在地球早期含水环境中应该非常丰富，因为光在浅水域中以及热在整个水体中都能产生活性氧。

作者认为，这种环境甲烷形成过程可能使早期地球上的甲烷体量大大增加。

古生物学 | 巨大古代鲸或为已知最重的动物

A heavyweight early whale pushes the boundaries of vertebrate morphology

Nature

《自然》发表的一项研究报告了新发现的古代鲸物种Perucetus colossus，被认为是有记录以来最大、最重动物之一。基于部分骨骼估计其大小和重量堪比蓝鲸，此前蓝鲸被认为是地球上存在过的最重动物。这些发现表明，海洋哺乳动物朝着巨大体型发展的趋势可能比此前认为的开始得更早。

鲸目动物（包括海豚、鲸和鼠海豚的一个哺乳动物亚目）的化石记录，对哺乳动物生命的演化史记录尤为重要，当时一些陆地动物回到了大海中。过去的记录发现对水中生活方式的适应包括体型变得巨大以及体重的相应增长，但人们认为体重高峰是相对较近的分化。

德国斯图加特州立自然博物馆的Eli Amson和同事描述了一个新龙王鲸科（basilosaurid whale）物种，估计骨骼重量超过任何已知的哺乳动物或海洋生物。这一物种被命名为P. colossus，根据部分骨骼为这个动物建立了模型，这些骨骼包括13块脊椎、4块肋骨和1块髋骨，发现于秘鲁南部，估计有3900万年历史。预计其骨重是一条体长25米蓝鲸骨骼的2-3倍；作者估计，P. colossus的体重在85-340吨之间。由于估计体重与蓝鲸体重相等或更大，这一新物种将挑战后者作为史上最重动物的地位。

这些发现表明，鲸目达到体重高峰的时间比此前假定的早约3000万年，P. colossus已完全适应水生环境。与骨重量增加有关的浮力符合浅水生活方式，支持了龙王鲸在这类沿海环境里高度特化的理论，为该目的古代动物带来了更多见解。

癌症 | 减缓肿瘤生长、减少治疗抗性的抗癌试剂

Netrin-1 blockade inhibits tumor growth and EMT features in endometrial cancer

Pharmacological targeting of netrin-1 inhibits EMT in cancer

Nature

《自然》发表的两篇论文发现，一种治疗性单克隆抗体NP137在小鼠模型中能够抑制子宫内膜癌和皮肤癌肿瘤的生长和转移。一项研究还报道了这一试剂的首次人体试验，展示了它对晚期子宫内膜癌个体患者的作用，表明这一抗肿瘤策略值得进一步研究。

随着癌症进展，它们会发生细胞层面的改变，称为上皮细胞间质转化，与肿瘤的发展、侵袭、转移和对化疗及免疫疗法的抗性有关。阻断这一转变的疗法可能是癌症治疗的一个很有前景的方法。一种名为netrin-1的蛋白质已知在一些癌症中上调，在肿瘤发展中有所作用。两项新研究表明，阻断这一蛋白可以抑制上皮细胞间质转化。

法国里昂大学的Agnès Bernet、Patrick Mehlen和同事表明，netrin-1在人类子宫内膜癌中会上调。在该疾病的小鼠模型中，他们表明阻断netrin-1的活性会触发癌细胞死亡，抑制上皮细胞间质转化。基于这些发现，作者在一项人体1期临床试验中调查了NP137的潜力，这是一种阻断netrin-1的单克隆抗体，试验包含了14名晚期子宫内膜癌患者。治疗被表明是安全的，在9名患者中观察到了抗肿瘤响应；8名患者的疾病稳定下来，1名患者的肝转移灶缩小超过50%。在小鼠模型中，传统化疗药物（卡铂和紫杉醇）与NP137结合后效果得到改善。

在另一项研究中，比利时布鲁塞尔自由大学的Cédric Blanpain和同事表明，在鳞状细胞癌小鼠模型中，NP137介导的netrin-1抑制减少了发生上皮细胞间质转化的细胞比例。这一处理减少了转移的数量，增加了肿瘤对化疗的敏感性。作者还评估了这一处理对移植到小鼠身上的人类癌细胞的作用，表明netrin-1阻断抑制了这些细胞的上皮细胞间质转化。

这些发现共同表明，抑制netrin-1的疗法可用于克服对治疗的抗性。

社会科学 | 搜救行动似乎不会推动地中海中部的移民越境

Search-and-rescue in the Central Mediterranean Route does not induce migration: Predictive modeling to answer causal queries in migration research

Scientific Reports

《科学报告》发表的一项建模研究显示，对地中海中部载有移民船只的搜救行动似乎不会影响2011年至2020年间的横渡尝试率。研究结果似乎与之前认为搜救行动会导致横渡尝试率和移民死亡风险上升的观点不符。

北非和意大利之间的地中海海域是移民、难民、避难者前往欧洲最常用的海路之一。

德国波茨坦大学的Alejandra Rodríguez Sánchez和同事利用尝试横渡数量、回到突尼斯和利比亚的船只数以及有记录的移民死亡人数，模拟了2011年至2020年间尝试跨越地中海中部的横渡数量。这些数据来自欧洲边境和海岸警卫局（FRONTEX）、突尼斯和利比亚的海岸警卫队、国际移民组织和跨文化行动联盟（UNITED for Intercultural Action）。作者随后用他们的模型进行了模拟，确定了最能预测该时期观察到的尝试横渡数量变化的因素。作者分析的因素包括由国家与民间主导的搜救行动、货币汇率、国际商品价格、失业率、冲突、暴力，非洲、中东和欧洲国家之间的航线数量，以及天气情况。

作者发现，由国家和民间主导的搜救行动似乎不会推动海上横渡数量的变化，说明这些行动可能不会进一步推高横渡尝试率。不过，越境数量貌似会由冲突强度、商品价格和自然灾害，以及天气情况、货币汇率、北非和中东国家与欧盟国家间航线数量的部分变化所推动。相比之下，2017年后利比亚海岸警卫队进一步参与拦截和遣返船只似乎推动了横渡尝试数量的下降，并且可能抑制了移民趋势。虽然船只拦截和遣返可能减少了尝试横渡的人数， 但作者指出，同期有报告称船只拦截和遣返期间利比亚和拘留中心的预期移民的人权状况发生恶化。

综上结果表明，2011年至2020年间跨越地中海中部的移民潮可能不是由搜救行动，而是由冲突或是经济或环境情况这类因素推动的。作者认为，仍需开展进一步研究调查搜救行动如何影响了个体移民和偷渡组织者的决策过程。

卫生 | 抗病蚊可抵御预测的近期气候变化

wMel replacement of dengue-competent mosquitoes is robust to near-term change

Nature Climate Change

《自然-气候变化》发表的一项建模研究显示，能阻断登革病毒等蚊媒病毒传播的沃尔巴克氏体（Wolbachia）细菌的wMel菌株在到2030年代的预测热浪情景下可能依然有效。不过，其在更长期变暖情景下的效果还不确定。

包括疟疾、登革热和寨卡病毒感染在内的蚊媒疾病影响着数百万人，随着气温影响这些疾病的地理分布和流行率，这些疾病可能在今后的气候条件下构成更大的风险。一种前景较好的生物防治技术是用携带Wolbachia pipiens细菌的蚊子取代野生蚊子，这种技术能阻断各种蚊媒疾病病原体的感染和传播。沃尔巴克氏体细菌的多种菌株已被导入不同的伊蚊物种，并在拉丁美洲、亚洲和大洋洲开展了试验，其中大部分使用了wMel菌株。不过，wMel菌株的效力可能会在热应激下减弱。

美国加州大学伯克利分校能源与资源项目（Energy and Resources Group）、电气工程和计算机科学系的Váleri Vásquez和同事利用实验室温度对wMel影响的数据以及对未来热浪严重程度的预测，建立了一个蚊子种群动力学模型，以理解澳大利亚凯恩斯和越南芽庄市的升温对wMel的可能影响，这两个城市已经成功开展过田野试验。虽然作者指出该技术能抵御预测的近期（2030年代）气候变化，他们的研究也揭示了wMel技术在温度高变率和更长期的气候变化下的潜在脆弱性。作者预计，2050年代的热浪可能会比2030年代（平均9.7天）的持续时间更久（平均24天），而这会对wMel产生负面影响。

作者认为，更炎热和更频繁的热浪可能会削弱wMel的效力。作者总结道，仍需开展进一步研究理解wMel的阈值，并针对蚊媒疾病开发适应性更强的方法。