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《自然》论文:让年老小鼠的免疫系统重返青春;这些环境化学物质会破坏大脑支持细胞
作者:Nature Portfolio | 2024/4/2 11:28:02 | 浏览:220 | 评论:0

神经科学 | 部分化学物质会破坏实验室中的大脑支持细胞

Pervasive environmental chemicals impair oligodendrocyte development

Nature Neuroscience

《自然-神经科学》发表的一项实验室研究发现,部分消毒剂和阻燃剂中发现的两类化学物质或影响少突胶质细胞的发育——少突胶质细胞是脑内的一类支持细胞。研究结果表明,有必要进一步确定这类化合物对人体健康的潜在影响。

人体经常暴露在各种环境化学物质中,而这对健康的潜在影响基本不为人所知。大脑发育对于环境毒素可能尤其敏感。大部分对环境化学物影响的研究都关注神经元,而对大脑支持细胞(包括少突胶质细胞)的影响却不够清楚。少突胶质细胞包裹着神经元,能提高神经元传送信息的能力,而且能形成大脑的白质(也称髓磷脂)。少突胶质细胞发育从出生前一直持续到成年,因此这类细胞特别容易受到有毒化学物质的损伤。

美国凯斯西储大学的Paul Tesar和同事在细胞培养皿中分析了1823种化学物质对小鼠少突胶质细胞发育的影响。在筛选的所有化学物质中,292种物质被发现能杀死少突胶质细胞,另有47种会抑制少突胶质细胞的产生。作者确定了会导致损伤的化学物质属于两个类别。一类是在部分消毒剂中发现的季铵化合物,能选择性杀死少突胶质细胞;另一类是在部分家具和建筑材料中发现的有机磷酸酯阻燃剂,能抑制少突胶质细胞发育。这些效应被证明存在于小鼠和体外培养的人体少突胶质细胞中。除了实验室实验,作者还分析了美国疾控中心“美国国家健康与营养研究调查”的数据。从2013年至2018年采集的数据显示,调查中3-11岁儿童的所有尿液样本中几乎都检出了阻燃剂代谢物BDCIPP(在1763名儿童的1753名儿童中检出),而且尿液中BDCIPP含量似乎在近年有递增趋势。作者指出,BDCIPP含量越高——提示对有机磷阻燃剂的暴露程度越高——与粗大运动功能障碍发病率高以及需要特殊教育有关。

作者总结道,仍需开展更多研究来确定这些化学物质的影响,并评估它们对人体健康的风险。

《自然》论文:让年老小鼠的免疫系统重返青春;这些环境化学物质会破坏大脑支持细胞
季化合物对发育中的少突胶质细胞具有强烈的细胞毒性。来源:Cohn,et al.

《自然》论文:让年老小鼠的免疫系统重返青春;这些环境化学物质会破坏大脑支持细胞
DOI:10.1038/s41593-024-01599-2

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病毒学 | 人体如何抑制特定病毒传播

Phosphatidylserine-exposing extracellular vesicles in body fluids are an innate defence against apoptotic mimicry viral pathogens

Nature Microbiology

《自然-微生物学》发表的一项研究显示,精液和唾沫中发现的细胞外囊泡(EV)表面的一种分子能阻断寨卡或登革热病毒等病毒的感染,研究结果有助于理解为何这些病毒直接人传人比例较低,以及为何这些病毒容易通过缺乏这种分子的体液(如血液)或是通过吸血昆虫传播。


登革热、寨卡、基孔肯雅、埃博拉或拉沙病毒这类病毒可以感染很多细胞类型。不过,虽然这些病毒存在于各种体液中(包括精液和唾沫),但口腔或性传播路径明显受限。此前研究显示,精液和唾沫含有的EV能在实验室实验中竞争性阻断寨卡病毒与靶细胞结合并抑制感染。不过,这背后的具体机制一直不明。


德国马尔堡-菲利普大学的Janis Müller和同事从五种不同的人体体液中分离了EV,这些体液包括精液、唾沫、尿液、母乳和血液。作者发现,名为磷脂酰丝氨酸(PS)的分子在精液的EV表面比在血液的EV表面更常见。在实验室实验中,他们发现EV表面的PS能阻断寨卡病毒对细胞的感染,因为这些EV会争夺相同的PS受体并干扰病毒附着和侵入。如果达到与体内相似的EV浓度,那么登革热、西尼罗河、基孔肯雅、埃博拉和疱疹性口腔炎病毒的感染都会受到抑制。然而,艾滋病病毒(HIV)、丙肝病毒(HCV)、严重急性呼吸道综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)和疱疹病毒由于利用别的入侵受体,并未受到抑制。当作者用酶把EV上的PS“剃掉”后,它们阻断感染的效力也随之消失。


作者总结道,他们的研究结果可用于开发新型抗病毒药物,但仍有待开展进一步研究。


《自然》论文:让年老小鼠的免疫系统重返青春;这些环境化学物质会破坏大脑支持细胞
含 PS 的囊泡会干扰病毒的附着。来源:Groß, et al.

《自然》论文:让年老小鼠的免疫系统重返青春;这些环境化学物质会破坏大脑支持细胞
DOI:10.1038/s41564-024-01637-6

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机器学习 | 改善比利时啤酒的风味

Predicting and improving complex beer flavor through machine learning

Nature Communications

《自然-通讯》报告了一种机器学习方法,能帮助开发消费者喜爱度更高的含酒精和无酒精啤酒的新风味。作者认为,这种方法或可帮助食品生产商以更高效和更具成本效益的方式满足特定消费者需求。


了解和预测消费者是否会喜欢新的食品风味是个复杂任务,受到众多化合物和外部因素影响。这对解读啤酒化学成分和消费者偏好之间的关系带来了挑战。通常情况下,这种调研是通过消费者试验进行的,但试验受到诸多限制且效率不高。


比利时鲁汶大学的Kevin Verstrepen和同事描述了250种比利时商业啤酒(包括22种啤酒风格,如金啤酒和三料啤酒)中提取的超过200种化学性质。他们将这些数据与来自16名训练有素的品鉴小组成员的描述性感官分析数据,以及来自在线啤酒评论数据库RateBeer 的18万多条公众消费者评论数据联系起来。利用这一大型数据集,作者训练了机器学习模型从啤酒的化学特征中关联并预测其风味和消费者评价。他们用模型的预测改造了一种含酒精和无酒精商业啤酒来测试其有效性,结果在盲品中获得了训练有素的品鉴小组成员整体上更高的评价。


作者认为,这一工具有助于改善啤酒甚或其他食物和饮料的质量控制和配方开发,以更高效地满足消费者的特定需求。目前,研究结果仍限于比利时主要的商业啤酒风格,可能需要更大量的样本来优化预测和克服局限性,这包括识别出特定风格的影响和人口学信息,如年龄和文化。


《自然》论文:让年老小鼠的免疫系统重返青春;这些环境化学物质会破坏大脑支持细胞
论文的共同作者之一Miguel Roncoroni博士在比利时鲁汶的实验室里对一系列啤酒进行化学分析。图片来自Justin Jin

《自然》论文:让年老小鼠的免疫系统重返青春;这些环境化学物质会破坏大脑支持细胞
DOI:10.1038/s41467-024-46346-0

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生物学 | 小鼠母体饮食或影响后代面部特征

The level of protein in the maternal murine diet modulates the facial appearance of the offspring via mTORC1 signaling

Nature Communications

《自然-通讯》发表的一项研究表明,怀孕母鼠饮食中蛋白质的含量或会影响后代的面部特征形状。这些发现为环境因素(如孕期营养)如何影响生长中的胎儿带来了新见解。


面部形状的形成是子宫中发生的复杂过程,该过程出错可能导致先天性缺陷,如腭裂或颅骨过早闭合。尽管已经发现了一些相关遗传原因,但已知环境因素也会影响这些疾病。同卵双胞胎受到相似的遗传和环境影响,仍会有面部特征的些微不同。但还不清楚更细微的面部特征在发育中如何被塑造。


瑞典哥德堡大学的Andrei Chagin、奥地利维也纳医科大学的Igor Adameyko和同事用一种方法,在人类胚胎面部发育期间搜索“增强子”——调控基因表达的DNA区域。随后他们交叉比对了这些增强子和一个已知有助于解释人类面部特征差异的基因列表。一些增强子与mTORC1通路的关联基因有关,这一通路控制细胞对营养的响应过程。在小鼠和斑马鱼早期胚胎发育中激活这些通路会导致面部特征变大和鼻软骨增厚。然而抑制该通路会导致斑马鱼面部变长,小鼠吻部细长。与低蛋白饮食的怀孕小鼠胚胎相比,高蛋白饮食的怀孕小鼠胚胎的mTORC1信号传导发生了改变,且鼻囊和下颌骨变大。


作者认为,改变母体饮食可以与复杂的遗传机制相互作用并对其产生影响,形成一系列个体面部特征。他们总结说,这一通路或在人类面部特征形成中发挥作用,但他们指出还需进一步研究。


《自然》论文:让年老小鼠的免疫系统重返青春;这些环境化学物质会破坏大脑支持细胞
人类胚胎组织中与面部个性相关的活性增强子。来源:Xie, et al.

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DOI:10.1038/s41467-024-46030-3

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气候变化 | 评估对红酒生产的影响

Climate change impacts and adaptations of wine production

Nature Reviews Earth & Environment

《自然综述:地球与环境》发表的一篇综述文章指出,如果全球升温超过2°C,当前红酒产区可能有高达70%将面临失去红酒酿造适宜性的巨大风险。


目前的红酒酿造区主要集中在中纬度地区(如加州、法国南部、西班牙北部和意大利)。然而,由于气候变化影响着葡萄产量、葡萄采收时的成分以及红酒质量,红酒生产的地理分布也在发生着变化。


在一篇综述中,法国波尔多农业科学院的Cornelis van Leeuwen和同事整理了全世界对红酒生产地理分布变化的看法。作者将每个大洲和它们的红酒产区按照气候驱动的特定条件细分为几个大区,并估计现有红酒产区的49%到70%面临不适宜的巨大风险,实际比例取决于全球变暖的程度。具体而言,29%的地区可能会经历极端气候条件,如热浪频发和过度干旱,这会影响优质红酒的生产。举例而言,如果气候变暖超过2°C,到本世纪末,西班牙、意大利、希腊和加州南部可能有90%的传统沿海和低地红酒酿造区会由于过度干旱和热浪频发而面临丧失适宜性的巨大风险。剩下41%的有不适宜风险的现有红酒产区的未来将取决于有效适应措施的可行性。与此同时,11%到25%的现有红酒产区可能会随气温升高出现产量增加(如华盛顿州和法国北部),并且更高纬度(如英国南部)和海拔可能会出现新的适宜地区。不过,这些适宜性的变化程度将极大取决于升温幅度。


作者总结道,气候变化将在不久的将来让全球红酒生产发生重大转变,酿造者和消费者都需要适应这种变化。随着葡萄种植扩展到新的地区,自然生态系统和生物多样性受到的影响也需要进行监测,以便不利影响得到很好地缓解。


《自然》论文:让年老小鼠的免疫系统重返青春;这些环境化学物质会破坏大脑支持细胞
温度升高对物候、产量和葡萄酒质量的预期变化以及潜在的适应性。来源:van Leeuwen, et al.

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DOI:10.1038/s43017-024-00521-5

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衰老 | 年老小鼠恢复“年轻”的免疫系统

Depleting myeloid-biased haematopoietic stem cells rejuvenates aged immunity

Nature

《自然》本周发表的一项研究报道了年老小鼠的免疫系统通过一种抗体疗法回到了更年轻的状态。这种方法靶向异常的衰老干细胞,被证明能重新平衡血细胞生成,并减少年龄相关的免疫功能下降。今后仍需开展临床前和临床研究以确定这种方法是否适用于人类。


衰老与造血干细胞(HSC)的一种变化有关,造血干细胞能产生各种类型的血细胞。年轻的HSC能平衡产出淋巴细胞和髓系细胞(在免疫应答中有作用的两种不同白细胞系),但髓系细胞的产生会随年龄增加。这种改变被认为是免疫系统年龄相关变化的原因,免疫系统的年龄相关变化包括适应性免疫下降和炎症增加。


为了恢复衰老HSC群的平衡,美国斯坦福大学的Irving Weissman和同事设计了一种免疫疗法来耗竭老年小鼠的髓系偏向HSC。作者在这类HSC中发现了能被抗体靶向的细胞表面蛋白(未在产出平衡的HSC中发现)。他们证明了这种方法能耗竭衰老小鼠的髓系偏向HSC,让免疫系统恢复年轻特征,如更多的常见淋巴细胞祖细胞和其他免疫细胞,同时使免疫功能下降的年龄相关标志物减少,如炎症。经处理的小鼠能对病毒感染产生更好的免疫应答。


在一篇同时发表的“新闻与观点”文章中,美国加州大学圣迭戈分校的Yasar Arfat Kasu和Robert Signer提醒道,增加老年小鼠的淋巴生成可能会提高肿瘤生长(如白血病)的风险,而后者已被证明会受到淋巴生成减少的抑制。“然而,淋巴性白血病的负担加重或被抗感染能力增强和其他癌症风险降低抵消,这些都可以通过加强免疫监察而实现。”


《自然》论文:让年老小鼠的免疫系统重返青春;这些环境化学物质会破坏大脑支持细胞
鉴定造血干细胞上的细胞表面抗原。来源:Ross, et al.

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DOI:10.1038/s41586-024-07238-x

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气候变化 | 极地融冰或影响全球计时

A global timekeeping problem postponed by global warming

Nature

《自然》发表的一篇论文指出,全球变暖导致的极地融冰增加或会影响全球计时。格陵兰和南极洲的融冰可能让地球角速度(角度位置随时间变化的速度)减慢的速度比之前更快。为此,协调世界时(UTC)可能比原来晚三年才需要添加一个负“闰秒”。


许多活动——如网络计算和金融市场——都需要UTC提供统一、标准和精确的时间尺度。由于固体地球的自转速度并不恒定,所以UTC自1969年被定义后需要调整,来保证与地球相对恒星自转速度一致的时间框架。由于固体地球的角速度一直在减慢,这种调整便需要在某些时段加一个闰秒。


美国加州大学圣迭戈分校的Duncan Agnew使用数学模型研究了地球角动量的各种变化对全球计时的影响。地球以液体为主的核的角速度一直在以恒定速率减慢,这会逐渐增加固体地球的角速度(以维持角动量)。这种效应导致近几十年只需要增加几个闰秒,推至未来,可能最早在2026年就需要一个负闰秒。但Agnew还发现,卫星引力测得的格陵兰和南极洲冰盖在近年里融化增加,让固体地球角速度的减慢比之前更快了。作者通过外推这种趋势预测了固体地球的角速度,并估算如今定义的UTC到2029年前都不需要负闰秒。他指出,这会对计算机网络计时造成问题,可能需要比原计划更早修改协调UTC和地球自转的政策。


Agnew指出,如果极冰融化近年内没有加速,那么就需要提早三年增加负闰秒。他总结道,全球变暖和全球计时的关系已经密不可分,而且未来的关系可能更紧密。



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自旋速率的变化及其对时间尺度的影响。来源:Agnew, et al.

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DOI:10.1038/s41586-024-07170-0

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音乐 | 自1980年以来歌词变得更简单和重复

Song lyrics have become simpler and more repetitive over the last five decades

Scientific Reports

根据《科学报告》发表的一项研究,过去40年里英语歌的歌词变得更简单和重复了。


奥地利因斯布鲁克大学的Eva Zangerle和同事分析了在1980年到2020年间发布的12000首英语说唱、乡村音乐、流行音乐、节奏布鲁斯和摇滚歌曲(每类2400首)的歌词。作者发现,总体而言歌词随时间推移变得更简单易懂,歌曲中不同词汇的数量有所下降,尤其是在说唱和摇滚歌曲中。他们认为多个类别歌曲中歌词重复性的普遍增加使歌词整体上变得更简单。作者推断,这一歌词简单化的趋势可能反映出音乐消费的变化,如作为背景音乐播放的歌曲越来越多。


作者发现,随时间推移,歌词趋向于变得更情绪化和个人化。情绪积极和消极的词汇在说唱中的使用有所增加,节奏布鲁斯、流行音乐和乡村音乐中消极情绪的歌词有所增加。此外,所有音乐类别中与愤怒相关的词汇使用都有所增加。对在线歌词平台Genius上12000首歌词浏览量的分析表明,较老的摇滚歌曲的歌词浏览量高于较新的摇滚歌曲,但较新的乡村歌曲的歌词浏览量则高于较老的乡村歌曲。这可能表明摇滚听众更喜欢老歌的歌词,而乡村歌曲听众可能偏爱较新的歌词。


这些发现为过去40年间音乐的演变带来了新见解。


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图像2。来源:Parada-Cabaleiro, et al.

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DOI:10.1038/s41598-024-55742-x

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遗传学 | 斑鬣狗遗传信息反映社会地位

Epigenetic signatures of social status in wild female spotted hyenas(Crocuta crocuta)

Communications Biology

《通讯-生物学》发表的一项研究发现,野生雌性斑鬣狗(Crocuta crocuta)的社会地位反映在其整个基因组的DNA甲基化模式中——DNA甲基化指的是DNA上的甲基集团在不改变DNA本身的情况下改变遗传表达模式。


鬣狗会形成社会等级,由高等级的雌性支配低等级的雌性并维持这种等级制度绵延数代,成年雌性会将地位传给自己的女儿。在这项研究之前,人们不清楚鬣狗的社会地位是否在幼崽和成年雌性的分子水平上有所反映。


德国莱比锡大学的Alexandra Weyrich和同事分析了坦桑尼亚塞伦盖蒂国家公园42只斑鬣狗粪便样本中提取的DNA。其中18个样本采集自高等级的雌性(9只成年个体和9只幼崽),24个来自低等级雌性(9只成年个体和15只幼崽)。


作者发现有149个基因组区域在高等级鬣狗和低等级鬣狗之间存在不同的甲基化水平,并且发现低等级的成年鬣狗和高等级的幼崽甲基化水平较高。这些区域中有44个区域包含主要与能量转换、免疫系统功能、离子跨细胞膜传输以及对肠脑轴非常重要的一个信号通路(谷氨酸受体信号通路)相关的基因。作者推断,这些基因的甲基化差异可能是因为相比高等级雌性,低等级的雌性更不容易获得食物,导致它们更频繁参与长距离觅食,可能造成免疫反应受损。作者训练了一个基于DNA甲基化模式来估计社会地位的预测工具后,发现这149个基因组区域能以80%的准确率预测鬣狗的社会地位。


这些发现共同表明,野生雌性斑鬣狗成体和幼崽的社会地位会反映在DNA甲基化的特定模式中。作者指出,未来需要更多研究调查这些DNA甲基化模式的潜在生理后果。


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在坦桑尼亚塞伦盖蒂国家公园公共兽穴休息的斑鬣狗。图片来自Sarah Benhaiem

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DOI:10.1038/s42003-024-05926-y

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