1.Science：科学家解开了治疗哮喘和气道炎症的百年之谜

        doi:10.1126/science.aaw4295; doi:10.1126/science.aax6175

        在一项新的研究中，来自比利时弗兰德斯生物技术研究所(Flanders Institute for Biotechnology, VIB)、根特大学(UGent)、根特大学医院和生物技术公司Argenx的研究人员解开了一个关于哮喘中是否存在蛋白晶体的百年谜团。正常而言，蛋白不会在体内结晶，但在某些情况下，这种过程确实会发生。夏科-莱登晶体 (Charcot-Leyden crystal, CLC, 也译为夏科-莱登结晶)由蛋白galectin-10(Gal10)产生，而且早在1853年就在哮喘患者的气道中被发现。

        然而，这些晶体在很大程度上被科学家们所忽视，而且它们与疾病的实际联系仍然未知。如今，这些研究人员确定这些晶体在气道粘液中含量非常丰富，可刺激免疫系统并促进炎症和变化的粘液产生，这种情况常见于哮喘患者的气道。作为来自学术界和产业界的科学家，他们还一起开发出能够溶解这些晶体以减少关键的哮喘特征的抗体。这类抗体可能是一流的逆转蛋白结晶并治疗哮喘和其他气道慢性炎性疾病的药物试剂。相关研究结果发表在2019年5月24日的Science期刊上，论文标题为“Protein crystallization promotes type 2 immunity and is reversible by antibody treatment”。

        这些研究人员在实验室里找到一种方法来产生数百万个Gal10晶体，并确定这些晶体与在患者中发现的CLC晶体相同。他们使用源自患者的晶体来确定Gal10的三维结构，并将它的分辨度提高到原子尺度。这提供了一个长期寻求的答案，并证实实验产生的CLC晶体与源自患者的CLC晶体是一样的。他们发现Gal10仅在处于晶体状态时才能诱导完全的免疫反应。在溶液中，Gal10是无害的。最重要的是，以CLC晶体形式存在的Gal10晶体诱导哮喘的关键特征，包括发生变化的粘液产生，这对于大多数哮喘患者来说是一个大问题。因此，这项研究取得了重大突破，并得出了明确的结论。

        这些研究人员随后研究了干扰CLC晶体形成是否是哮喘患者的一种治疗选择。这就是总部位于根特的生物技术公司Argenx介入的地方。通过与该公司合作，他们开发出的抗体能够特异性地对抗CLC晶体。值得注意的是，这些抗体能够在实验室的培养皿中在几分钟内溶解CLC晶体，而且在患者粘液中(也在体外)几小时内溶解CLC晶体。在哮喘小鼠模型中使用这些抗体导致肺部炎症、肺功能改变和粘液产生大量减少。

        2.Science：重磅!揭示细菌在接触抗生素时产生抗药性新机制

        doi:10.1126/science.aav6390; doi:10.1126/science.aax6620

        大肠杆菌能够合成抗药性蛋白，即便在旨在抑制细胞生长的抗生素存在下，也是如此。这是法国研究人员在一项新的研究中报道的研究结果。他们还发现了这种细菌是如何实现这一壮举的：一种保存完好的膜泵将抗生素从细胞中转运出去---只要足够长的时间就可以让细胞有时间接受来自相邻细胞的编码抗药性蛋白的DNA。相关研究结果发表在2019年5月24日的Science期刊上，论文标题为“Role of AcrAB-TolC multidrug efflux pump in drug-resistance acquisition by plasmid transfer”。 美国东新墨西哥大学微生物学家Manuel Varela(未参与这项新的研究)表示，“这是一个重要的发现。它将有助于解释细菌在遇到抗生素的毒性水平时如何设法传播抗菌素耐药性。”

        这些研究人员对这些细胞能够做到这一点进行了有根据的猜测：众所周知，许多细菌膜都含有一种称为AcrAB-TolC的多药外排泵，这种泵能够将很多抗生素从细胞中运出，他们认为，在四环素能够阻止蛋白合成和细胞生长之前，这种泵将它从细胞中运出。为了验证这一想法，他们设计了几种突变体，每种突变体在编码组成这种泵的不同蛋白的多个基因中的一个上发生突变。

        他们发现这些突变体虽然从相邻细胞接受了携带TetA遗传密码的质粒，却不能合成TetA蛋白。在缺乏功能性外排泵的情形下，这些突变体不能将四环素从细胞中运出。随着抗生素水平在细胞内激增，它们不再能够合成蛋白，也就不能生长。

        3.Science：揭示西兰花抗癌新机制!让肿瘤抑制基因再激活的新型抗癌疗法出炉

        doi:10.1126/science.aau0159; doi:10.1126/science.aax5526

        要听妈妈的话：西兰花是有好处的。长期以来与降低癌症风险有关的西兰花和其他十字花科蔬菜----包括花椰菜、卷心菜、羽衣甘蓝、球芽甘蓝和无头甘蓝---含有一种让一个已知在多种常见人类癌症中发挥作用的基因失活的分子。

        在一项新的研究中，来自美国哈佛医学院、波士顿儿童医院、西奈山伊坎医学院、南卡罗来纳大学、中国台湾中央研究院、国立台湾大学、浙江大学医学院、意大利都灵大学、澳大利亚莫纳什大学和印度海德拉巴语调研究实验室的研究人员证实利用在西兰花中发现的这 种成分靶向这个称为WWP1的基因抑制易患癌症的实验室动物中的肿瘤生长。相关研究结果发表在2019年5月17日的Science期刊上，论文标题为“Reactivation of PTEN tumor suppressor for cancer treatment through inhibition of a MYC-WWP1 inhibitory pathway ”。论文通讯作者为哈佛医学院的Pier Paolo Pandolfi博士。

        作为一个众所周知的强效的肿瘤抑制基因，PTEN是人类癌症中最常发生突变、缺失、下调或沉默的肿瘤抑制基因之一。某些遗传性PTEN突变可导致以癌症易感性和发育缺陷为特征的综合征。不过鉴于这个基因的完全丧失会触发一种不可逆转的强效的安全机制来阻止癌细 胞增殖，这个基因的两个拷贝(人类的每个基因有两个拷贝，一个拷贝来自父本，另一个拷贝来自母本)很少同时受到影响。相反，肿瘤细胞表现出较低水平的PTEN，这就提出了一个问题，即将癌症环境中的PTEN活性恢复到正常水平是否能够激活这个基因的肿瘤抑制活 性。

        为了找到答案，Pandolfi及其同事们鉴定出调节PTEN功能和激活的分子和化合物。Pandolfi团队在易患癌症的小鼠和人类细胞中进行了一系列实验后，发现一种称为WWP1的基因---也已知它在癌症产生中发挥作用---产生一种酶来抑制PTEN的肿瘤抑制活性。如何让抑制 PTEN的这个酶失活?通过分析这种酶的物理形状，他们认识到一种小分子---正式命名为吲哚-3-甲醇(indole-3-carbinol, I3C)，即一种在西兰花和其他十字花科蔬菜中发现的成分，可能是抑制WWP1致癌作用的关键。

        当Pandolfi及其同事们通过给易患癌症的实验室动物提供I3C来测试这一想法时，他们发现这个在西兰花中天然存在的成分让WWP1失活，从而解除WWP1对PTEN的肿瘤抑制活性的抑制。

        4.Science：揭示与自闭症相关的神经细胞类型

        doi:10.1126/science.aav8130

        在一项新的研究中，来自美国加州大学旧金山分校等研究机构的研究人员通过对来自患有自闭症谱系障碍(autism spectrum disorder, ASD)和没有患有ASD的人的10万多个死后脑细胞进行核RNA测序，发现这种疾病中遭受异常调节的基因类型和发生这种异常调节的细胞 类型。这些结果有助于将未来的ASD研究的重点缩小到最可能发生的分子和细胞异常。相关研究结果发表在2019年5月17日的Science期刊上，论文标题为“Single-cell genomics identifies cell type–specific molecular changes in autism”。

        通过使用新开发的称为单核RNA测序(single-nucleus RNA sequencing)的测序技术，论文第一作者、加州大学旧金山分校神经学家Arnold Kriegstein实验室的博士后研究员Dmitry Velmeshev及其同事们检测了来自15名ASD患者大脑皮层的 5万多个单个细胞核和来自16 名对照受试者大脑的5万多个细胞核中的基因表达。

        在将单个细胞核自动分离成液滴、对RNA进行条形码标记和测序之后，所获得的数据被自动分配给单个细胞(基于它们的条形码)，从而允许基于它们的关键标志基因的表达来确定细胞类型。通过这种方式，Velmeshev团队能够检测出基因表达在ASD患者和对照受试者之间 存在着显著差别的细胞类型。

        他们发现，在ASD患者样本中，皮层上层中的神经元倾向于表现出最多的基因调节异常，并且参与突触功能和转录的基因受影响最大。在大脑免疫中发挥作用的小胶质细胞在ASD患者中也表现出显著的基因调节异常，而且小胶质细胞激活基因和发育转录因子基因受影响最 大。

        5.Science：揭示LMBR1L基因调节淋巴细胞生成机制

        doi:10.1126/science.aau0812

        Wnt/β-连环蛋白信号转导是哺乳动物发育的关键调节因子。在造血系统中，Wnt/β-连环蛋白信号转导促进造血干细胞(HSC)的存活和更新以及定向分化为造血祖细胞和淋巴细胞。然而，Wnt/β-连环蛋白的表型效应是较为复杂的，这是因为过量或不足的β-连环蛋白活性具有有害后果。比如，导致Wnt/β-连环蛋白信号转导水平梯度的亚效或无效Apc等位基因的组合导致HSC在低活化水平下增殖或在高活化水平下HSC池枯竭。其他报道表明，Wnt/β-连环蛋白通路的活化能够促进淋巴细胞的凋亡并减少处于静止状态的HSC数量。

        在一项新的研究中，在对影响淋巴细胞生成和免疫反应的突变进行小鼠正向遗传筛选中，来自美国德克萨斯大学西南医学中心的研究人员在Lmbr1l基因中鉴定出一种隐性的亚效突变(hypomorphic mutation)，这种突变导致血液中的T细胞频率降低。对Lmbr11突变小鼠的进一步表型分析表明所有淋巴细胞谱系的发育严重受损，对疫苗接种的抗体反应受损，细胞毒性T淋巴细胞杀伤活性降低，自然杀伤(NK)细胞功能和对小鼠巨细胞病毒感染的抗性下降。缺乏LMBR1L的T细胞易发生凋亡并且在抗原特异性或稳态扩增信号存在下死亡。他们还发现HSC分化为淋巴预处理多能祖细胞(lymphoid-primed multipotent progenitor, LMPP)和产生T细胞、B细胞和NK细胞的常见淋巴祖细胞群体的能力受到破坏。他们还研究了Lmbr1在淋巴细胞发育中的分子功能。相关研究结果发表在2019年5月10日的Science期刊上，论文标题为“LMBR1L regulates lymphopoiesis through Wnt/β-catenin signaling”。

        LMBR1L含有9个跨膜结构域，并且在细胞分级分离实验中，它在内质网(ER)部分中是最为丰富的。LMBR1L与Wnt/β-连环蛋白信号转导复合物中的多种成分(包括ZNRF3、LRP6、β-连环蛋白、GSK-3α和GSK-3β)免疫共沉淀，而且也与参与错误折叠蛋白的内质网相关性降解的蛋白--UBAC2、TERA、UBXD8和GP78---免疫共沉淀。

        来自Lmbr1l−/−小鼠的原代CD8+ T细胞显示出β-连环蛋白和成熟形式的Wnt受体FZD6和辅助受体LRP6在表达水平上的增加。这些效应是由于LMBR1L-GP78-UBAC2复合物不能提供信号来让内质网中的β-连环蛋白、FZD6和LRP6发生降解。类似地，在Gp78−/−原代CD8+ T细胞中检测到β-连环蛋白和成熟FZD6和LRP6的表达增加。此外，在Lmbr1l−/−原代CD8+ T细胞中观察到 “破坏复合物(destruction complex)”的多种组分[Axin1、DVL2、β-TrCP、GSK-3α、GSK-3β和CK1]的蛋白表达下降。值得注意的是，Lmbr1l−/−EL4细胞(一种T淋巴瘤细胞系)中β-连环蛋白的敲除在很大程度上恢复了增殖潜能，并减少了由LMBR1L缺乏引起的细胞凋亡。

        6.Science：揭示PD-L1/CD80顺式相互作用是实现最优T细胞反应所必需的

        doi:10.1126/science.aav7062

        使用免疫检查点抑制剂免疫疗法靶向阻断PD-1可激活T细胞来破坏肿瘤。PD-1被认为主要作用于T细胞反应的效应阶段，而不是作用于T细胞反应的激活阶段，但是尚不清楚PD-1在激活阶段是如何受到限制的。

        在一项新的研究中，来自日本德岛大学的研究人员证实CD80与抗原呈递细胞(APC)表面上的PD-L1发生顺式相互作用，从而破坏PD-L1/PD-1结合。随后，当APC表达大量的CD80时，PD-L1不能够与PD-1结合来抑制T细胞激活。通过使用PD-L1/CD80顺式相互作用不能发生的基 因敲入小鼠，肿瘤免疫反应和自身免疫反应极大地受到PD-1的减弱。这些发现表明APC表面上的CD80限制PD-1共抑制信号，同时促进CD28介导的共刺激，因而这突出表明了诱导最佳免疫反应的关键组分。相关研究结果于2019年4月18日在线发表在Science期刊上，论文标题 为“Restriction of PD-1 function by cis-PD-L1/CD80 interactions is required for optimal T cell responses”。

        PD-L1/CD80反式相互作用的鉴定已突出了B7/CD28家族中信号传导的复杂性，并且被提出可用于解释癌症免疫疗法中PD-1抗体和PD-L1抗体之间的差异。比如，人们已提出PD-L1 抗体可能提供比PD-1抗体更好的临床功效，这是因为它们除了通过PD-1之外还能够通过PD-L1和 CD80阻断抑制信号。然而，迄今为止，PD-1抗体和PD-L1抗体之间的临床疗效尚未发现显著的差异，并且在T细胞和APC之间发生的PD-L1/CD80反式相互作用的真实重要性是难以捉摸的。在这项新的研究中，这些研究人员证实CD80与相同APC表面上的PD-L1发生顺式相互作用 并抑制PD-L1结合PD-1和抑制T细胞激活的能力。尽管如此，这些研究结果并未排除在某些条件下或模型系统中PD-L1和CD80之间可能发生的反式相互作用及其功能。

        在这项新的研究中，这些研究人员报道，在原代树突细胞中，与PD-L1顺式结合的CD80强烈地干扰PD-L1/PD-1结合。此外，他们观察到PD-L1/CD80顺式相互作用强烈地消除了PD-1功能。他们培育出两种基因敲入小鼠品系，在这些小鼠品系中，PD-L1/CD80顺式相互作用受到 特异性削弱，而且他们发现在对外源抗原、肿瘤相关抗原和自身抗原作出的免疫反应期间，PD-1功能受到PD-L1/CD80顺式相互作用的持续限制。有趣的是，树突细胞的PD-1结合能力因使用的TLR激动剂不同而受到不同的调节，这表明PD-1可能根据病原体相关的分子模式在 不同程度上减轻T细胞对病原体作出的免疫反应。

        7.Science：大脑齿状回中新生的神经细胞以两种方式影响年老的神经细胞

        doi:10.1126/science.aat8789; doi:10.1126/science.aax5186

        在一项新的研究中，来自美国哥伦比亚大学和纽约城市大学等研究机构的研究人员报道在大脑齿状回中新产生的神经细胞以两种方式影响年老的神经细胞。相关研究结果发表在2019年5月10日的Science期刊上，论文标题为“Adult-born hippocampal neurons bidirectionally modulate entorhinal inputs into the dentate gyrus”。在这篇论文中，这些研究人员描述了他们在小鼠模型中对神经发生的研究以及他们从中学到了什么。针对这项新的研究，西班牙塞韦罗-奥乔亚分子生物学中心的María Llorens-Martín在同期 Science期刊上发表了一篇评论类型的文章。

        神经科学家们近期才发现成年哺乳动物神经发生存在的证据，而且如今正在开展旨在了解更多信息的研究。在这项新的研究中，这些研究人员试图更多地了解神经发生在记忆和情绪中的作用。为此，他们利用转基因小鼠模型通过光遗传学和对海马体不同部位的电物理学 记录进行了多项研究。通过这样做，他们发现齿状回中成熟神经元的行为受到附近新生神经元的行为的影响。他们还发现，这些新生神经元的行为似乎受到来自内嗅皮质(位于内侧颞叶)的信号的控制。

        更具体地说，这些研究人员发现，新生成的神经元---他们称之为成体新生颗粒细胞(adult-born granule cell, abGC)---依赖于从内嗅皮质的两个部分之一接收的信号，以不同的方式作出表现。他们解释道，如果abGC从外侧内嗅皮层接收到信号，那么它们会抑制它们 附近的更为成熟的神经细胞的活动。但是，如果它们从内侧内嗅皮层接收信号，它们会做相反的事情，激发年老的神经细胞。

        8.Science：揭示癌症患者为何对抗PD-1免疫检查点阻断疗法作出不同反应

        doi:10.1126/science.aau0447

        在一项新的研究中，来自美国约翰霍普金斯大学和纪念斯隆凯特琳癌症中心等研究机构的研究人员发现癌症患者对抗PD-1免疫检查点阻断疗法作出不同反应的一些原因。相关研究结果发表在2019年5月3日的Science期刊上，论文标题为“Genetic diversity of tumors with mismatch repair deficiency influences anti–PD-1 immunotherapy response”。在这篇论文中，他们描述了他们使用小鼠模型进行免疫治疗的研究以及他们取得的发现。

        抗PD-1免疫检查点阻断疗法是一种旨在协助免疫系统识别和杀死肿瘤的疗法。这个想法是让免疫系统识别和对抗表现出高微卫星不稳定性(microsatellite instability, MSI)的肿瘤 ---这类肿瘤有数百甚至数千个突变，从而导致肿瘤全身转移。然而，使用这种新疗法 的肿瘤学家报道的结果好坏参半。一些患者已看到了良好的治疗结果，而其他患者几乎没有受益。为了更好地理解为何这种疗法在某些患者中有疗效但在其他患者中没有疗效，这些研究人员使用具有微卫星不稳定性的小鼠肿瘤模型来比较它们对抗PD反应的不稳定程度和 影响程度。

        这些研究人员报道，他们发现MSI的全基因组强度和所产生的突变负荷在错配修复缺陷肿瘤的进化中发挥了重要作用，并且基于此，也在它们对PD-1免疫疗法作出的反应中起着重要作用。他们认为这就是为何这种新疗法无法按照预期在某些患者中起作用的原因。他们说， 由于患者突变负荷与微卫星不稳定水平之间的差异，这种新疗法的治疗结果参差不齐。他们还发现小片段插入和缺失突变所占比例方面的差异发挥了作用。

        这些研究结果表明，不同的患者需要不同的抗PD-1免疫检查点阻断疗法来有效治疗符合条件的患者的癌症。这些研究人员指出在未来，可能能够通过首先测试突变负荷和微卫星不稳定水平来定制这类疗法。

        9.Science：破解腺苷酸环化酶三维结构，有助揭示外界信号如何传导到细胞内部

        doi:10.1126/science.aav0778

        在一项新的研究中，来自瑞士苏黎世联邦理工学院、保罗谢勒研究所和苏黎世大学的研究人员阐明了一种通过细胞膜将信息传递到细胞内部的信号通路的一个重要部分。相关研究结果发表在2019年4月26日的Science期刊上，论文标题为“The structure of a membrane adenylyl cyclase bound to an activated stimulatory G protein”。

        哺乳动物中的一个重要信号通路由三个组分组成：第一个组分是识别信号并被它激活的受体。第二个组分是所谓的G蛋白，它与活化的受体结合并将信号传递给一种或多种效应蛋白。在这种情形下，效应蛋白是腺苷酸环化酶(denylyl cyclase)，即这个信号通路的第三 个组分。这种酶被G蛋白的一个亚基激活，并在一种生化反应中产生一种称为环腺苷酸(cAMP)的第二信使。cAMP引发细胞内的各种反应，比如，在心脏细胞中，它增加了细胞膜对钙离子的通透性，从而导致心率增加。

        在这项新的研究中，这些研究人员借助于电子显微镜研究了一种特殊类型的腺苷酸环化酶，并且在3.4埃的分辨率下解析出这种这种类型的膜蛋白的迄今为止最为详细的三维结构图。在这项新的研究中，这些研究人员借助于电子显微镜研究了一种特殊类型的腺苷酸环化酶 ，并且在3.4埃的分辨率下解析出这种这种类型的膜蛋白的迄今为止最为详细的三维结构图。

        10.Science：从结构上揭示当细胞遭受应激时eIF2阻止蛋白表达机制

        doi:10.1126/science.aaw4104

        在一项新的研究中，来自日本理化研究所生物系统动力学研究中心的研究人员开发出一种预防神经退行性疾病的工具。他们展示了一种观察当细胞遭受应激时通过eIF2B调控eIF2激活的分子机制的方法。相关研究结果发表在2019年5月3日的Science期刊上，论文标题 为“Structural basis for eIF2B inhibition in integrated stress response”。他们在这篇论文中描述了他们通过使用低温电镜更好地了解细胞在遭受应激时会发生什么。

        之前的研究已表明当细胞“感知”应激时，翻译起始因子eIF2被磷酸化。在正常情况下，eIF2由另一种翻译起始因子eIF2B激活。但是，当细胞处于应激状态并且eIF2被磷酸化时，eIF2B的功能受到抑制，从而阻止蛋白翻译。科学家们一直在努力了解因应激导致的翻译中 断所涉及的分子机制，但是eIF2B激活eIF2的方式仍然未知。在这项新的研究中，这些研究人员找到了一种方法来查看细胞核内部，以便观察在遭受应激期间蛋白合成停止时实际发生了什么。

        这些研究人员使用低温电镜观察了eIF2和eIF2B的结构。通过这样做，他们发现当与eIF2B结合时，eIF2的定向差异很大，这取决于eIF2是否被磷酸化。他们还发现eIF2B具有双重对称结构，而且eIF2的磷酸化可被认为是一种不仅阻止磷酸化eIF2激活而且还阻止其他翻译起 始因子激活的机制。