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本周又有一期新的Science期刊（2018年6月8日）發(fā)布，它有哪些精彩研究呢？讓小編一一道來。
圖片來自Science期刊。
1.Science：揭示局部的細胞集體行為誘導T細胞記憶機制
doi:10.1126/science.aaj1853
細胞命運決定在脊椎動物免疫系統(tǒng)的運作中起著核心作用。建立有效的獲得性免疫反應取決于初始T細胞（naïve T cell）在識別同源抗原（cognate antigen）后分化成各種類型的效應T細胞（effector T cell）和記憶T細胞（memory T cell）以及這些細胞群體之間的 適當平衡。許多研究已表明當更多的T細胞參與這種免疫反應時，效應T細胞和中樞記憶T細胞（central memory T cell）之間的平衡向有利于中樞記憶T細胞的方向轉(zhuǎn)變。這種觀察結(jié)果具有群體感應（quorum sensing）---細胞對它們的群體密度作出反應的能力---的特征 。然而，驅(qū)動T細胞中的這種行為的機制仍然是難以捉摸的。
在一項新的研究中，來自以色列魏茲曼科學研究所和英國倫敦大學學院的研究人員在體內(nèi)和體外觀察到在較高的細胞密度下，祖細胞中樞記憶T細胞（progenitor central memory T cell, pTCM）的分化增加了。然而，活化的T細胞快速形成密集動態(tài)細胞簇（dense dynamic cluster），從而很難區(qū)分這種密集動態(tài)細胞簇中的局部相互作用和通過可溶性因子進行的全局長程相互作用開來。為了克服這種困難，這些研究人員使用活細胞成像來追蹤微孔陣列中培養(yǎng)的細胞增殖和分化。這種微培養(yǎng)系統(tǒng)允許對相互作用的T細胞和它們在T細 胞活化后的狀態(tài)進行控制和監(jiān)測。持續(xù)地跟蹤分化和增殖使得他們能夠研究細胞集體行為（cellular collectivity）的機制及其對記憶分化的影響。相關研究結(jié)果發(fā)表在2018年6月15日的Science期刊上，論文標題為“Induction of CD4 T cell memory by local cellular collectivity”。
這些研究人員首先利用RNA測序和體內(nèi)實驗證實在他們的細胞培養(yǎng)物中早期形成的pTCM細胞顯示出業(yè)已確定的中樞記憶T細胞特征。接著，他們利用這種微培養(yǎng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了pTCM細胞的分化速率取決于單個微孔內(nèi)的細胞數(shù)量：當局部的相互作用細胞的數(shù)量高于一個閾值時， 這種分化速率會顯著增加。進一步的分析表明細胞遵循一種通用的分化軌跡，也依此它們的分化速率持續(xù)地受到相互作用的細胞的瞬時數(shù)量而不是簡單地由初存在于每個微孔內(nèi)的細胞的數(shù)量或細胞分裂的數(shù)量的調(diào)節(jié)。通過將實驗操作和計算機模擬相結(jié)合，他們證實這 種觀察到的細胞集體行為涉及簇集在一起的T細胞對細胞因子IL-2和IL-6的敏感性增加了。
2.Science：重磅！發(fā)現(xiàn)重寫創(chuàng)傷記憶的神經(jīng)元
doi:10.1126/science.aas9875; doi:10.1126/science.aau0035
對創(chuàng)傷經(jīng)歷的回憶會導致精神健康問題，如創(chuàng)傷后應激障礙（PTSD），這會破壞一個人的生活。據(jù)估計，當前將近三分之一的人會在他們生命中的某個時刻遭受恐懼或應激相關的障礙。如今，一項新的研究在細胞水平展示了一種療法如何能夠治療長期的創(chuàng)傷記憶。相關 研究結(jié)果發(fā)表在2018年6月15日的Science期刊上，論文標題為“Reactivation of recall-induced neurons contributes to remote fear memory attenuation”。論文通信作者、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院（EPFL）教授Johannes Gräff說，“我們的研究結(jié)果揭示了讓 成功治療創(chuàng)傷記憶變得可能的過程。”
在治療創(chuàng)傷記憶領域，對恐懼衰減（fear attenuation）是否涉及通過新的安全記憶痕跡（memory trace of safety）或?qū)⒃嫉目謶钟洃浐圹E（memory trace of fear）重寫為安全記憶痕跡來抑制原始的恐懼記憶痕跡，人們長期以來爭論不止。
在這項研究中，這些研究人員發(fā)現(xiàn)大腦中的遠程恐懼減弱與一組參與儲存這些記憶的神經(jīng)元的活性相關聯(lián)。通過在小鼠體內(nèi)開展研究，他們發(fā)現(xiàn)這些神經(jīng)元位于大腦海馬體中的一個被稱作齒狀回的區(qū)域。海馬體參與對恐懼記憶的編碼、回憶和減少。
這項研究中使用的小鼠經(jīng)過基因修飾后攜帶著一種“報道基因”，這種報道基因產(chǎn)生可識別的和可測量的信號的--比如一種熒光蛋白，用于追蹤神經(jīng)元活性。通過開展讓這些小鼠產(chǎn)生持久性創(chuàng)傷記憶的恐懼訓練，這些研究人員首先鑒定出齒狀回中參與儲存長期創(chuàng)傷記憶 的神經(jīng)元亞群。
這些小鼠隨后接受了減少恐懼的訓練---這類似于人類中的暴露治療，暴露治療是如今針對人類的有效的創(chuàng)傷治療形式。令人吃驚的是，當這些研究人員再次觀察這些小鼠的大腦時，一些在回憶創(chuàng)傷記憶時有活性的神經(jīng)元（也因此被稱作回憶神經(jīng)元）在這些小鼠不再表 現(xiàn)出恐懼時仍然是有活性的。重要的是，小鼠更少地不再產(chǎn)生恐懼，就有更多的這些回憶神經(jīng)元會重新活化。這是提示著相同的神經(jīng)元群體可能參與儲存和減弱創(chuàng)傷記憶。
這些研究人員隨后在暴露治療期間降低了這些回憶神經(jīng)元的興奮性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對照小鼠相比，這些小鼠表現(xiàn)出較差的恐懼減少。但是，當他們降低齒狀回中的其他神經(jīng)元的興奮性時，就沒有產(chǎn)生這種效果，這就表明齒狀回中的這些回憶神經(jīng)元對恐懼減弱是至關重要的 。
3.Science：開發(fā)出人工智能驅(qū)動的鬼影細胞測定儀，不用產(chǎn)生圖像就可高通量識別和分選細胞
doi:10.1126/science.aan0096
在一項新的研究中，日本研究人員發(fā)明了一種新的細胞識別和分選系統(tǒng)，并稱之為鬼影細胞測定儀（Ghost Cytometry）。這種系統(tǒng)將一種新的成像技術與人工智能（AI）結(jié)合在一起以高通量速度識別和分選細胞。他們希望他們的方法將用于識別和分選在患者 血液中的循環(huán)癌細胞、能夠加速藥物發(fā)現(xiàn)和改進基于細胞的醫(yī)學療法的療效。相關研究結(jié)果發(fā)表在2018年6月15日的Science期刊上，論文標題為“Ghost cytometry”。
在這項研究中，這些研究人員證實鬼影細胞測定儀能夠分選至少兩種不同類型的具有相似大小和結(jié)構的細胞，而且很少發(fā)生分選錯誤。鬼影細胞測定儀能夠以每秒1萬多個細胞的速度識別細胞，并且以每秒數(shù)千個細胞的速度對細胞進行分類?，F(xiàn)存的細胞分選機器不能夠區(qū) 分具有相類似形狀的細胞類型。人類專家借助顯微鏡通常以每秒少于10個細胞的速度識別和分選細胞，而且有時還具有較差的準確度。
鬼影細胞測定儀的名稱是指這種技術分析小光波數(shù)據(jù)的*方式，它無需將任何光數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖片；它是一種不產(chǎn)生圖像的成像技術。當前的識別不同類型細胞的方法依賴于這些細胞的顯微圖片，隨后計算機圖像識別程序或人類觀察者基于這些顯微圖片對這些細胞進 行分類。依賴于完整的圖像使得實時高通量的細胞分選成為一種難以實現(xiàn)的目標。
在鬼影細胞測定儀中，每次一個細胞通過單個像素檢測相機下方的狹窄通道，這個像素檢測相機檢測每個細胞發(fā)出的熒光。這種對光波的理解無需將它們轉(zhuǎn)換成完整的圖像，這就使得鬼影細胞測定儀成為一種不產(chǎn)生圖像的視覺系統(tǒng)。配備有機器學習算法的電路與單個像 素檢測相機連接在一起，并且學習每種細胞類型的*光波模式以便在10微秒內(nèi)識別細胞。這種電路隨后發(fā)送電信號來推動細胞根據(jù)它們的類型進入正確的分選通道。
4.Science：揭示外科手術促進胰腺癌擴散之謎
doi:10.1126/science.aao4908
在一項新的研究中，來自美國冷泉港實驗室（CSHL）的研究人員解開了胰腺癌在通過外科手術已成功切除腫瘤的患者中如何傳播的謎團。在接受外科手術后，患者通常在兩周內(nèi)因術后應激激素（皮質(zhì)醇）水平激增而經(jīng)歷免疫系統(tǒng)耗盡。隨著殺傷性T細胞水平下降，孤立的 已通過血液循環(huán)擴散到肝臟和可能的其他器官中的休眠癌細胞開始生長或轉(zhuǎn)移。
對胰腺癌患者而言，外科手術通常并不是一種治療選擇，這是因為大多數(shù)患者是在原發(fā)性腫瘤已發(fā)生轉(zhuǎn)移后被確診出來的。這有助于解釋為什么僅8％的被確診斷患上胰腺癌的患者在5年后仍然存活著。但醫(yī)生們對應該表現(xiàn)得更好的患者出現(xiàn)不良結(jié)果感到困惑：少數(shù)在確 診時腫瘤似乎局限于胰腺中的患者應當適合接受外科手術治療。在許多這樣的患者中，他們的肝臟在外科手術過程中接受檢查后看起來是沒有癌癥的。然而在兩年內(nèi)，這些患者中的大多數(shù)會發(fā)生致命性的轉(zhuǎn)移性癌癥（通常在肝臟中發(fā)生）。
Fearon團隊解釋道，在胰腺癌患者接受外科手術移除原發(fā)性腫瘤之前，休眠的癌細胞就已存在于這些患者的肝臟中。它們很可能通過血流到達肝臟中的。
免疫系統(tǒng)通過檢測存在于癌細胞外膜上的稱為MHC1和CK19的蛋白來尋找并破壞這些癌細胞。Fearon團隊發(fā)現(xiàn)在胰腺癌患者的肝臟中潛伏的癌細胞不表達這些蛋白，因此殺傷性T細胞無法找到它們。在諸如手術后外科應激（其中肝臟中的T細胞被耗盡）的情況下，這些休眠 的癌細胞開始再次表達MHC1和CK19標志物并開始分裂，成為轉(zhuǎn)移性病灶的種子。
5.Science：更大的人類大腦優(yōu)先擴張它的思考區(qū)域，但也為此付出代價
doi:10.1126/science.aar2578; doi:10.1126/science.aat8948
一些人的大腦大小幾乎是其他人的兩倍，但是這是如何發(fā)生的呢？在一項新的研究中，來自美國、英國和加拿大的研究人員整合了3000多人的大腦掃描數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)這些大小的差異與大腦的形狀和組織方式有關。大腦越大，皮層中的思考區(qū)域增長就會占據(jù)更多的面積，這 樣的代價是皮層中的低級情感、感官和運動區(qū)域增長相對較慢。這反映了進化和個體發(fā)育中觀察到的大腦變化模式---區(qū)域顯示出大的擴張。他們還發(fā)現(xiàn)將高擴張區(qū)域與神經(jīng)元之間的更高連接和更高的能量消耗相關聯(lián)在一起的證據(jù)。相關研究結(jié)果于2018年5月31日 在線發(fā)表在Science期刊上，論文標題為“Normative brain size variation and brain shape diversity in humans”。論文通信作者為美國家心理衛(wèi)生研究所（National Institute of Mental Health, NIMH）的Armin Raznahan博士。論文作者為Paul Reardon和 Jakob Seidlitz。圖片來自NIMH Developmental Neurogenomics Unit。
為了明確人類大腦的組織結(jié)構如何與它們的大小存在關聯(lián)，這些研究人員分析了來自費城神經(jīng)發(fā)育隊列（Philadelphia Neurodevelopmental Cohort）、NIMH內(nèi)部項目樣品（NIMH Intramural Research Program sample）和人類連接組計劃（Human Connectome Project） 的青年人核磁共振成像大腦掃描數(shù)據(jù)。
在較大的大腦中顯示出相對較多擴張的皮層區(qū)域位于皮層分層結(jié)構的頂部，并且在功能上、在微觀結(jié)構上和在分子水平上專門用于整合來自較低級皮層區(qū)域的信息。Raznahan提出，由于這個主題貫穿了進化、發(fā)育和個體間的差異，它看起來是一個根深蒂固的生物學特征 。
Raznahan解釋道，“并非所有的皮層區(qū)域都是平等的。高擴張區(qū)域的生物成本似乎更高。這些額外組織的生長需要生物學上的‘資金投入’。這些區(qū)域似乎比較貪婪地消耗能量；它們要比低擴張區(qū)域使用相對更多的含氧血液。與能量代謝有關的基因表達在這些區(qū)域中更 高。它是代價高昂的，畢竟除非投入能獲得回報，不然大自然不可能進行這樣的投入。”
6.Science：從結(jié)構上揭示tau蛋白與微管之間的相互作用，有助深入認識神經(jīng)疾病
doi:10.1126/science.aat1780
微管在維持細胞形狀、啟動某些形式的運動、促進胞內(nèi)轉(zhuǎn)運和在有絲分裂期間分離染色體方面發(fā)揮著重要的作用。每個微管是由十三條平行的微管蛋白原絲組成的空心圓柱體。tau蛋白有助于讓微管保持穩(wěn)定和成束地組裝它們。突變或翻譯后修飾，比如降低tau蛋白對微 管的親和力的高度磷酸化，被認為導致tau蛋白纏結(jié)物形成。
在一項新的研究中，來自美國勞倫斯伯克利國家實驗室和加州大學伯克利分校的研究人員利用低溫電鏡技術對結(jié)合到微管上的天然的全長的成熟的tau蛋白進行成像，成像整體分辨率為4.1埃。他們證實tau蛋白沿著微管蛋白原絲（tubulin protofilament）縱向結(jié)合著， 這一發(fā)現(xiàn)與之前的低分辨率低溫電鏡研究相一致。相關研究結(jié)果于2018年5月10日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標題為“Near-atomic model of microtubule-tau interactions”。論文通信作者為勞倫斯伯克利國家實驗室分子生物物理學與綜合生物成像部門資深科學 家Eva Nogales。
7.Science：重大突破！揭示的抗癌藥物長春花堿的完整合成通路
doi:10.1126/science.aat4100
自從20世紀50年代由一個加拿大研究團隊發(fā)現(xiàn)一種有價值的天然產(chǎn)物---長春花堿（vinblastine, 也譯作長春堿）---以來，它就一直作為一種抗癌藥物加以使用。它是一種強效的細胞分裂抑制劑，被用于治療淋巴瘤、睪丸癌、乳腺癌、膀胱癌和肺癌。它是在長春花 （Madagascar periwinkle）的葉子中發(fā)現(xiàn)的。
在一項新的突破性研究中，英國約翰英納斯中心的Sarah O'Connor教授及其團隊在經(jīng)過15年的研究之后，終于在長春花中基因組中發(fā)現(xiàn)了用于合成化學物長春花堿（vinblastine, 也譯作長春堿）的后幾個未知的基因。相關研究結(jié)果于2018年5月3日在線發(fā)表在Science 期刊上，論文標題為“Missing enzymes in the biosynthesis of the anticancer drug vinblastine in Madagascar periwinkle”。
在此之前，長春花合成長春花堿的復雜化學機制尚未*得到理解。因此，獲得這種延長壽命的化學物一直是很費力的---它需要大約500kg干燥的長春花葉子來產(chǎn)生1克長春花堿。但是在這項新的研究中，這些研究人員利用現(xiàn)代基因組測序技術鑒定出這種長春花堿合成通 路中的后幾個未知的基因。這項研究還鑒定出用于產(chǎn)生長春花堿前體分子---包括長春質(zhì)堿（catharanthine）和水甘草堿（tabersonine）---的酶。人們很容易地利用合成生物學技術將這些酶偶聯(lián)在一起用于合成長春花堿。
8.Science：開發(fā)出一種人造視覺系統(tǒng)表征和渲染場景
doi:10.1126/science.aar6170
為了訓練計算機“識別”由其視覺傳感器提供的場景元素，計算機科學家通常使用數(shù)百萬個由人類煞費苦心標記的圖像。S. M. Ali Eslami等人開發(fā)出一種不需要這些標記數(shù)據(jù)的人造視覺系統(tǒng)，并稱之為生成查詢網(wǎng)絡（Generative Query Network, GQN）。GQN首先使用 從不同視角拍攝的圖像來創(chuàng)建一種場景的抽象描述并了解它的基本要素。 接著，在這種場景表征的基礎上，GQN從一種新的任意角度預測這種場景看起來什么樣子。
9.Science：揭示對重疊的記憶印跡進行突觸特異性地識別機制
doi:10.1126/science.aat3810; doi:10.1126/science.aau0043
每個記憶都存儲在大腦中*的記憶痕跡中，具體而言就是一個特定的被稱作印跡細胞（engram cell）的神經(jīng)元群體中。當兩個記憶相互作用并被編碼在相同的印跡中時，大腦如何存儲和確定一個特定記憶的身份？ Kareem Abdou等人使用光遺傳學再活化和操縱長時程 增強作用（long-term potentiation）來分析外側(cè)杏仁核中的由相同神經(jīng)元編碼的印跡。突觸特異性的可塑性保證了單個記憶在相同印跡中的儲存和身份。此外，特定印跡集合之間的突觸可塑性對記憶印跡蘭形成是必要的和足夠的。
10.Science：發(fā)現(xiàn)一種新型的光合作用
doi:10.1126/science.aar8313
植物和藍細菌使用富含葉綠素的光系統(tǒng)復合物來將光能轉(zhuǎn)化為化學能。一些有機體已適應使用更長波長的光子。Dennis J. Nürnberg等人研究了在遠紅光存在下生長的藍藻光系統(tǒng)復合物。這些作者們將這種光系統(tǒng)復合物中的主要供體葉綠素確定為遠紅光適應酶中的少數(shù) 葉綠素分子之一，這些葉綠素分子發(fā)生化學變化而改變它們的吸收光譜。動力學測量表明盡管要比大多數(shù)光合生物所用的紅光具有更少的能量，但是遠紅光能夠直接促進水氧化。
11.Science：人類活動的干擾使得動物越來越喜歡在夜間活動
doi:10.1126/science.aar7121; doi:10.1126/science.aau1311
隨著人口的增長，不受我們的影響動物而獨立生活的地方也越來越少。考慮到我們大多數(shù)人往往晝出，一個受人類影響較小的領域就是夜晚。Kaitlyn M. Gaynor等人發(fā)現(xiàn)在各地的哺乳動物物種---從鹿到郊狼，從老虎到野豬---中，動物越來越喜歡在夜間活動。各種 各樣的人類活動，包括遠足等非致命性的娛樂活動，似乎促使動物利用我們不在它們的身邊時的時間。這樣的變化可能會緩解一些壓力，但它們也可能會產(chǎn)生生態(tài)系統(tǒng)水平的后果。（生物谷 ）
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