2016-2017年“改写教科书”及“颠覆性”研究TOP20

原创 2017-07-09 Chen 生物探索

1993 年诺贝尔生理学或医学奖获得者Richard J. Roberts博士曾在一篇题为“Ten Simple Rules to Win a Nobel Prize”的文章中指出，不同于物理和化学，受进化的影响，生物学总处在变化中。这种变化性使得科学家们不断得到了一些改写教科书或者颠覆传统认知的发现。

近期，DNA复制与我们想象的并不同、肺部具有造血功能、DNA 聚合酶不需要引物、小脑不仅控制平衡、高盐食物让你饿而不是渴等发现引发了大家的强烈关注和讨论。

此前，在《2015年“改写教科书”及“颠覆性”研究TOP10》一文中，小编曾对2015年这些颠覆性发现进行了盘点。那么，从2016年至今，又有哪些不断刷新我们认知的新研究呢？一起随探索君来回顾一下吧。

1与DNA、RNA、染色体有关

1# Cell：首次亲眼见证！DNA复制与我们想象的并不同

2017年6月15日，发表Cell杂志上题为“Independentand Stochastic Action of DNA Polymerases in the Replisome”的研究中，科学家们首次观察到了单个DNA分子的复制画面，并且获得了一些惊人的发现。研究称，DNA复制的随机性要比人们想象的要多得多。

传统的观点认为，DNA复制中，前导链和后随链上的聚合酶在某种程度上是相互协调的，复制速度基本保持一致，从而保证其中一条链上的聚合酶不会领先于另一个。然而，这一研究证实，先导链和后随链之间并没有互相协调，它们完全是自主的。有时，后随链合成停止了，但先导链的合成却在继续增长。【详细】

2# PNAS：第一个不需要引物的 DNA 聚合酶

2017年3月6日，发表在PNAS杂志上题为“Deep-seavent phage DNA polymerase specifically initiates DNA synthesis in the absenceof primers”的研究发现了自然界已知的第一个不需要引物的DNA聚合酶。【详细】

3# PNAS：无需染料，DNA会自然“发光”

几十年来，教科书上的知识表明，活细胞内的大分子（如DNA、RNA以及蛋白质）本身不会发荧光。当进行大分子成像时，需依赖于荧光染料来提高对比度。然而，2016年8月17日，发表在PNAS杂志上题为“Superresolution intrinsic fluorescence imaging of chromatinutilizing native, unmodified nucleic acids for contrast”的研究发现，事实上，活细胞内的大分子可在自然条件下发荧光。【详细】

4# Nature子刊：为何构成生命蓝图的是DNA，而非RNA？

2016年8月1日，发表在Nature Structural & Molecular Biology杂志上题为“m1A and m1G disrupt A-RNA structure through the intrinsicinstability of Hoogsteen base pairs”的研究首次显示，RNA碱基移动时整个结构会瓦解，而DNA则可以任意扭曲和改变形状来弥补化学损伤。这也解释了为何DNA是遗传信息的主要储存库，而不是RNA。

研究人员解释称，DNA可以通过翻转碱基和形成“Hoogsteen碱基对”来弥补DNA化学修饰带来的损伤，但相反，若这种修饰出现在RNA中，那么将破坏RNA的双螺旋结构。对于该研究，杜克大学发表新闻稿称，这个发现可能会改写教材中关于DNA和RNA差异的描述。【详细】

5# Genetics：X、Y染色体DNA交换比预想的频繁

2016年3月23日，发表在Genetics上题为“GeneticDiversity on the Human X Chromosome does not Support a Strict PseudoautosomalBoundary”的研究发现，X染色体与Y染色体中的DNA交换来得比想象更加频繁。该观点与目前的科学共识截然相反。这种杂乱的交换，有助于人们对人类历史多样性、健康及疾病的理解。【详细】

6# Science：无Y染色体也可繁殖后代

2016年1月29日，发表在Science杂志上题为“Twogenes substitute for the mouse Y chromosome for spermatogenesis andreproduction”的研究表明，通过转基因技术，可使无Y染色体的小鼠重拾生育能力。研究人员发现，利用其它染色体中的两个基因足以恢复无Y染色体的雄性小鼠精子的形成过程，且形成的精子通过辅助生殖技术可与卵子结合并形成胚胎。【详细】

2与对机体的认识相关

7# Nature：胎儿免疫系统与成人大不同

2017年6月14日，发表在Nature上的一篇题为“Humanfetal dendritic cells promote prenatal T-cell immune suppression througharginase-2”的论文证实，胎儿的免疫系统比先前认为的要更加活跃，且与成人免疫系统有很大的不同。

具体来说，研究发现，胎儿在母亲怀孕的第13周就有了功能性的树突状细胞。当研究人员将胎儿树突状细胞添加到成人免疫细胞混合物中时，它们激活了超出正常数量的调节性T细胞。这类细胞能够使T细胞的生产受到控制，抑制免疫反应。

此外，科学家们还发现，与成人树突状细胞相比，胎儿树突状细胞中有特有的基因被激活了。胎儿细胞产生了大量的精氨酸酶-2（arginase-2，一种分解L-精氨酸的酶）。L-精氨酸是产生TNF-α的关键组成部分。TNF-α会触发一种对抗“入侵者”的状态，即炎症。而当TNF-α数量减少时，免疫系统反应的“攻击性”会降低。

这些发现表明，胎儿的免疫系统是完全激活的、能够做出反应的，但同时，它也有内置的“刹车”。【详细】

8# Nature Neuroscience：科学家揭示第六种味觉，负责感知水

味蕾密集存在于舌头表面。过去，我们认为味蕾负责感知5种基本的味觉：咸、酸、甜、苦、鲜，其它味觉由这五种综合而成。2017年5月29日，发表在NatureNeuroscience上题为“Thecellular mechanism for water detection in the mammalian taste system”的研究表明，哺乳动物可能还存在第六种味觉，负责感知水。【详细】

9# eLife：科学家发现大脑中血管“与众不同”

2017年4月6日，发表在eLife杂志上题为“Purinergicregulation of vascular tone in the retrotrapezoid nucleus is specialized to supportthe drive to breathe”的研究发现，当身体其它部位的血管扩张时，脑干中的某些血管却在收缩。正是这些血管“相反”的行为使我们保持呼吸。【详细】

10# Nature：肺的新功能——造血

2017年3月22日，发表在Nature杂志上题为“Thelung is a site of platelet biogenesis and a reservoir for haematopoieticprogenitors”的研究首次揭示了肺的一项先前不为人知的功能——造血（blood production）。

具体来说，利用双光子活体成像（two-photon intravital imaging）技术，研究人员在肺部血管中意外地观察到了数量惊人的血小板产生细胞——巨核细胞。虽然这类细胞以前也在肺部被观察到过，但它们通常被认为主要在骨髓中“生活”，产生血小板。在肺部血管中，这些巨核细胞每小时能产生超过1000万个血小板，这表明，超过一半的小鼠血小板的生产发生在肺部，而不是骨髓中。【详细】

11# 《柳叶刀》子刊：你的身体有了一个“新器官”

2016年11月1日，发表在The Lancet Gastroenterology & Hepatology杂志上题为“The mesentery: structure, function, and role in disease”的研究证实，我们身体里多了一个迄今尚未被承认的新器官——肠系膜。

研究小组认为，100多年来的解剖学将肠系膜当做是一个非常复杂的、东一块西一块的组合结构是不正确的。2012年，他们已经证实肠系膜根本不是组合结构，也不复杂，仅仅是一个连续结构。因此，该研究改写和更新了世界最知名的医学教材之一《Gray’sAnatomy》中的相关描述。连接肠和躯体的肠系膜其实是一个连续的器官。【详细】

12# Royal Society Open Science：聪明的大脑是“嗜血”的大脑

过去人们一直认为，人类智力的进化只是简单地与大脑尺寸有关。2016年8月31日发表在RoyalSociety Open Science上题为“Fossilskulls reveal that blood flow rate to the brain increased faster than brainvolume during human evolution”的研究发现，人类智力的进化与大脑血液供应的关系更加密切。在进化过程中，人类大脑尺寸增加了350%，但惊人的是，大脑血流量增加了600%。研究人员认为，大脑血流量增加可能也是为了满足神经细胞间的连接需求。智力越高，大脑越需要不断地从血液中吸取氧气和营养物质。【详细】

3与饮食相关

13# BJSM：饱和脂肪并不是心血管疾病的“罪魁祸首”

先前，大家普遍认为饮食中的饱和脂肪会阻塞动脉并导致冠心病。然而，2017年4月25日发表于BritishJournal of Sports Medicine上题为“Saturatedfat does not clog the arteries: coronary heart disease is a chronicinflammatory condition, the risk of which can be effectively reduced fromhealthy lifestyle interventions”的一篇文章却提出了相反的观点。研究人员认为，饱和脂肪阻塞动脉这个概念完全是错误的。

 该研究小组引用的综述显示，饱和脂肪摄入与心脏病风险升高无关。预防动脉粥样硬化的发展确实十分重要，但是动脉粥样硬化血栓形成才是真正的杀手，而非饱和脂肪本身。作者们表示，预防和治疗冠状动脉疾病不应该着重于降低血液脂肪和饮食饱和脂肪，而应该强调吃“真正的食物”，定期锻炼和尽量减轻压力。【详细】

14# 2篇JCI：高盐食物，让你饿，而不是渴

通常，我们认为含盐量高的食物会让我们口渴，需要补充更多的水分。2017年4月17日，发表在Journalof Clinical Investigation上的两篇论文却表明，事实并非如此。通过模拟太空飞行，科学家们意外发现：摄取高盐食物会减少喝水量，同时，它会增加饥饿感。（论文一标题：Increased salt consumption induces body water conservation anddecreases fluid intake；论文二标题：Highsalt intake reprioritizes osmolyte and energy metabolism for body fluidconservation）。【详细】

15# The Lancet：低盐饮食不利健康

人们通常认为，高盐饮食容易导致一些健康问题的发生，低盐饮食、水果、运动、低脂肪饮食等有利于身体健康。然而，2016年5月20日，发表在TheLancet杂志上题为“Associationsof urinary sodium excretion with cardiovascular events in individuals with andwithout hypertension: a pooled analysis of data from four studies”的研究表明，低盐饮食对心脏健康不利，颠覆了传统认知。

研究综合了四项关于钠摄入量和心脏健康的研究，共涉及了49个国家的133000名志愿者。结果发现，对于无高血压人群，低盐饮食会增加26%的心脏病或中风风险；对于高血压人群，低盐饮食增加34%的心脏病或中风风险，而高盐饮食增加23%的心脏病或中风风险。此外，对于血压正常的人群，过量摄入食盐不会增加高血压的风险。【详细】

4其它改写教科书或颠覆性研究

16# Cell：细胞内的核糖体不尽相同

很多科学家认为，核糖体这一生成蛋白质的关键车间都是相同的。它们中的每一个都可以生成机体所需要的任何一种蛋白质。然而，2017年6月1日，发表在Cell杂志题为“The Mammalian Ribo-interactome Reveals Ribosome FunctionalDiversity and Heterogeneity”的研究却提出了不一样的结论：一些核糖体存在异质性，他们生产的蛋白质很固定。这些定制的核糖体能够协助细胞控制蛋白质的表达，也可以帮助解释一些罕见的疾病症状——可能与特定的核糖体缺陷有关。【详细】

17# Cell子刊：首次发现无线粒体的真核生物

缺乏线粒体人类将无法存活，线粒体为大部分人类细胞提供能量，且长期以来被认为是其它真核生物包括动物、植物、真菌及微生物不可少的细胞器。然而，2016年5月12日，发表在CurrentBiology上题为“AEukaryote without a Mitochondrial Organelle”的研究揭示了首个没有线粒体的真核生物，表明了真核生物生命进化分支比预想的要复杂得多。【详细】

18# Nature：白血病细胞不靠“躲”，而靠“跑得快”

白血病是一种血液癌症，死亡率非常高。这部分是因为它具有较高的复发率，一些癌细胞能够从最初的治疗中幸存下来。然而，对于究竟这些耐药细胞是如何躲过最初的化疗，并幸存下来的，目前尚不清楚。一个比较流行的理论是，它们躲在骨髓特殊的微环境（niches）中。

2016年10月17日，发表在Nature上题为“T-cellacute leukaemia exhibits dynamic interactions with bone marrowmicroenvironments”的一项研究揭示出，某些白血病细胞并不是通过“躲起来”实现自保。相反，让研究人员吃惊的是，在治疗前和治疗后，这些细胞都分散在小鼠的骨髓中，并且，他们会快速地到处移动。【详细】

19# Neuro-Oncology：癌细胞的首选能源或为脂肪

几十年来，人们认为糖是脑肿瘤细胞的主要能量来源。然而，2016年6月29日，发表在Neuro-Oncology杂志上题为“Fatty acid oxidation is required for the respiration andproliferation of malignant glioma cells ”的研究发现，脑肿瘤以脂肪作为首选能源，颠覆了长期认识。

 研究人员利用胶质瘤患者手术后捐赠的肿瘤组织以及小鼠模型进行研究，并给试验对象注射了脂肪酸氧化抑制剂----乙莫克舍（etomoxir）。结果发现，该药物可以减缓肿瘤的生长，中位生存期延长了17%。近年来，多数科学家将饿死癌细胞聚焦在糖的供应上，如果该研究得到证实，那么未来癌症治疗或将被改变。【详细】

20# Science：不止干细胞具有自我更新能力

当我们的器官老化或损伤时，它们的更新通常依赖于组织中少量的干细胞，因为绝大多数分化细胞都丧失了分裂及生成新细胞的能力。2016年1月12日，发表在Science杂志上题为“Lineage-specific enhancers activate self-renewal genes inmacrophages and embryonic stem cells”的研究发现，一种特殊的免疫细胞——人类巨噬细胞几乎能无限分裂与自我更新。科学家们还证实，巨噬细胞是通过激活与胚胎干细胞中相似的基因网络来做到这一点的。【详细】