科技名刊精选

Nature

RNA聚合酶III/TFIIIB/DNA复合体的拓扑结构

Nature封面：酵母Pol III转录起始前复合物（PIC)的冷冻电镜结构。Nature杂志第7688期封面文章报道了RNA聚合酶III（Pol III)催化在细胞生长期间对于蛋白质合成至关重要的短RNA转录过程。Pol III主要在转录起始阶段被调控，而Pol III活动调控异常与癌症等疾病存在关联。研究包含Pol III的全部17个亚基以及3个TFIIIB亚基TBP（粉色)、Brf1（黄色)和Bdp1（橙色)，它们与处于不同功能状态的启动子DNA相结合。这些结构详细阐明了Pol III如何被招募至目标启动子以及启动子DNA如何打开形成稳定的转录泡。

染色体不稳定性驱动癌症转移机制

Nature封面：封面显示的是一个艺术家对一个癌细胞的想象图，其中由于染色体不稳定性而导致DNA形成微核。Nature杂志第7689期封面文章报道了染色体不稳定性驱动癌症转移机制。Samuel Bakhoum及同事表明，当这些微核破裂，DNA外露流入胞质溶胶（绿色)，于是激起会帮助驱动癌症转移的炎症反应。这些发现在染色体不稳定性和癌症转移之间建立起直接联系，为预防癌症转移开辟了潜在新途径。这些结论为染色体不稳定性驱动癌症转移机制提供了研究基础。

揭开美西螈基因组的秘密

Nature封面：蝾螈。Nature杂志第7690期封面文章报道了用于发育、再生及演化研究的模式生物美西螈的基因组，它包含320亿个碱基对，且存在许多较长的重复区域。为了测序和组装该大型复杂基因组，研究人员采用了长读长测序、光学标测和新型计算机算法MARVEL。研究人员估计该基因组包含约23000个蛋白质编码基因，而且缺少Pax3基因——对于许多动物的发育至关重要。但是，对相关的Pax7基因进行编辑可以弥补部分功能。组装得到的基因组应可为演化、发育和再生研究带来新机会。

太阳爆发过程的研究进展

Nature封面：展示了太阳爆发过程的模型。Nature杂志第7691期封面文章报道了有一种现象能够决定所有太阳爆发的性质和行为。爆发分两种：产生日冕物质抛射的喷发型以及不会产生日冕物质抛射的约束型。对于约束型爆发的确切起源，科学家们分成两派，始终未能达成一致意见。一种指向太阳表面磁场结构的拓扑复杂性，另一种指向扭曲而不稳定的磁通量绳。Amari和他的团队表明第二种的可能性更大。研究人员重点分析了2014年10月发生的一次爆发，使用一个二阶段模型预测其演化过程。

Science

没有地方漫游

Science封面：一只豹穿过印度孟买的一条小巷。Science杂志第6374期封面文章报道了在人为改变的景观中，哺乳动物的距离平均为其野外活动长度的1/2～1/3，缩短行程可能会对物种生存和生态系统功能产生深远影响。动物活动是生态系统功能和物种生存的基础。该研究利用57个物种803个个体的独特GPS追踪数据，发现人类足迹相对集中地区比足迹稀少地区的动物活动平均减少至1/2～1/3，这可能归因于人类活动导致的物种行为改变和长距离运动受限。此外，全球动物活动减少可能会广泛影响种群延续和生态进程。

半人马A卫星系的旋转平面挑战标准的宇宙学范式

Science封面：椭圆星系半人马座A的多波长合成图像。Science杂志第6375期封面文章报道了冷暗物质宇宙论面临着半人马A卫星系的旋转平面的挑战。银河系等庞大星系周围都环绕着矮星系。标准宇宙模型预测，这些矮星系应该是环绕宿主星系随机运动。该研究通过半人马A周围卫星系运动学数据来检验上述假设的情况。统计分析显示，半人马A周围的卫星系在一个窄平面内共旋，这一结论与前述假设相悖。这种情况有可能是一种常态，而传统宇宙论或许存在某些偏差。

蜂鸟的形态、肌肉能力、技巧和机动能力

Science封面：蜂鸟。Science杂志第6376期封面文章报道了蜂鸟在飞行中保持高度机动性的奥秘。动物在飞行中能够迅速改变方向和速度的能力称为机动性。蜂鸟以在飞行中惊人的灵活性著称。该研究对25种蜂鸟的200多个个体的加速、旋转和转向进行计算机视觉记录分析，发现不同的性能指标相互关联且物种间灵活类型不同。体型大的物种灵活性更强，其中肌肉能力决定了加速机动性，而翅膀形状决定了转向机动性。蜂鸟的机动行为是由个体结构的生物机械特点和飞行技巧共同决定的。

戈登研究会议

Science封面：一种南方的树漏斗网蜘蛛(Hadronyche cerberea)的尖牙上有毒液的飞沫。Science杂志第6377期封面文章刊登了2018年戈登研究会议时间表，该时间表也可以登陆www.grc.org网站找到。当受到威胁时，这只树漏斗网蜘蛛会竖起来，毒液慢慢地流到毒牙的末端。当蜘蛛保持防御姿态时，毒液滴变大。关于毒液进化、功能和生物医学应用的戈登研究会议将于2018年8月5日至10日在佛蒙特州西多佛举行。

新能源

一款在零下70摄氏度条件下使用的锂电池

复旦大学夏永姚团队开发出一款可在零下70摄氏度条件下使用的锂电池，研究论文发表于Joule。传统锂电池在零下20摄氏度时性能只有其最优水平的50%，零下40摄氏度时只有最优水平的12%。俄罗斯和加拿大等极寒地区温度低于零下50摄氏度；在太空中，温度甚至低至零下157摄氏度。乙酸乙酯电解液和有机高分子电极让可充电电池在零下70摄氏度的极低温条件下工作。采用凝固点低、可在极端低温条件下导电的乙酸乙酯作为电解液，并使用两种有机化合物作为电极，分别为PTPAn阴极和PNTCDA阳极。这种电极使用的有机化合物不需要将锂离子嵌入到电极的分子矩阵中，避免了低温条件下嵌入过程变慢。

乙酸乙酯电解液（图片来源于Nature Communications）

电化学特征（图片来源于Nature Communications）

一种非铅钙钛矿光电探测晶体材料

中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室罗军华研究团队，制备出非铅的英寸级高质量单晶，相关论文发表于《先进功能材料》。铅基卤素钙钛矿单晶具有高吸光系数、长载流子迁移距离和高载流子迁移率等光电性能。该钙钛矿单晶材料具有宽的吸光范围，极少的缺陷态密度以及较高的载流子迁移率；利用该单晶材料制备成的平面阵列光探测器，表现出良好的探测性能，对晶体本征吸收区的光辐射可以实现高灵敏度、快速探测。作为一个潜在的杂化半导体材料，其将进一步拓展非铅的无机/有机杂化钙钛矿材料在太阳能电池、光电探测等方面的应用范围。

摩擦起电效应中的电子转移机制

中国科学院北京纳米能源与系统研究所首席科学家王中林基于麦克斯韦位移电流原理提出的摩擦纳米发电机（Triboelectric nanogenerator，TENG)技术，可以精确地表征表面电荷密度，并可以实现不同温度下的应用。在王中林指导下，副教授许程、博士訾云龙、博士研究生王琦等通过设计的可以工作在高温下的TENG，实现了表面电荷密度/电荷量的实时与定量测量，从而揭示了接触起电过程中的电荷特性与根本机制；研究成果发表于《先进材料》。此外，该研究揭示了不同材料的表面有着不同的势垒高度，正是由于该势垒的存在，才使得接触起电产生的电荷能够贮存于表面而不致逃逸。

MXene基一体化电极应用于锂硫电池

中国科学院大连化学物理研究所二维材料与能源器件研究组（DNL21T3)吴忠帅研究员、先进二次电池研究组（DNL0306)陈剑研究员及中国科学院金属研究所王晓辉研究员合作，创新构筑了全MXene基一体化硫正极，并证明其具有优异的锂硫电池性能，相关成果发表于ACS Nano。MXene是一类新型二维金属碳（氮)化物纳米片，网络结构具有相互连通大孔结构以及高比表面积，可实现高硫载量和快的离子传输。制备的d-Ti3C2纳米片中间层可通过物理阻挡或化学吸附作用有效阻止多硫化物穿梭效应的发生，从而实现优异的锂硫电池性能。新策略有望在其它类型电池和超级电容器中得到广泛应用。

模拟核燃料小球制备研究进展

中国科学院近代物理研究所嬗变化学研究室秦芝研究员等与瑞士保罗谢勒研究所（PSI)合作，通过对溶胶凝胶过程的化学动力学进行系统研究，发现在室温下通过改变料液组成可在短时间内完成溶胶凝胶过程，研究论文发表于Ceramics International。由此提出了一种室温即时—无冷却混合与微波辅助加热相结合的快速溶胶凝胶方法，用于在手套箱内制备包含有次锕系核素的新型核燃料小球。在瑞士PSI和近代物理所分别搭建了用于制备包含有次锕系核素核燃料小球的实验平台，并成功制备了粒径为500微米的模拟核燃料CeO2小球。该方法有效避免了次锕系核素的α和γ射线对凝胶剂的辐射分解，以及二次有机放射性废液的产生。

CeO2凝胶球（图片来源于中国科学院近代物理研究所）

即时—无冷却混合与微波加热相结合的溶胶凝胶原理示意图（图片来源于中国科学院近代物理研究所）

基于阴离子交换膜的碱性燃料电池

中国科学院山西煤化所李南文研究组采用高效的“点击化学”合成方法，成功制备不同结构的季铵盐型阴离子交换膜（包括侧链型、梳型、侧链/梳型等)，并系统研究阴离子交换膜材料的化学结构、膜性能与燃料电池寿命之间的关系；研究论文发表于Energy & Environmental Science。侧链型阴离子交换膜虽然具有较高的氢氧根离子电导率和碱性稳定性，但是其碱性燃料电池的寿命较短，这主要是由于膜材料中的侧链型季铵盐发生了降解反应；而碱性稳定性差的苄基三甲胺季铵盐阴离子交换膜的燃料电池寿命较长，并且在电池寿命测试前后，其化学结构没有发生明显变化。

一种新型高超声速飞机气动布局

中国科学院力学所高温气体动力学国家重点实验室崔凯、肖尧、徐应洲和李广利提出了一种全新的“I”型双升力面布局，采用这种布局的飞行器可同时满足高升阻比、高升力系数和高容积率的“三高”需求，为未来高超声速飞机的设计开辟了一条新途径，研究成果发表于Science China (Physics，Mechanics & Astronomy)。高超声速飞机的飞行速度一般可达现有飞机的7倍以上，可大幅缩短飞行时间。飞行器的气动布局一般须具有“三高”特点，即高升阻比以保证其航程，高升力使其在高海拔巡航飞行条件下保持升重平衡，高容积率以满足载客/载货需求。

阻变器件电流—保持特性调控

中国科学院微电子研究所刘明院士团队及其合作者在阳离子基阻变器件电流—保持特性调控上取得进展，相关成果发表于Advanced Materials。阻变存储器是一种新型的存储技术，具有低功耗，高存取速度，可缩小性好及易于3D集成等优势，被认为是下一代存储技术的有力竞争者。基于1S1R单元的3D交叉阵列构架是RRAM最具潜力的高密度集成技术方案。为保证1S1R正常工作，选择器必须能够提供相较于存储器更高的驱动电流。研究团队通过石墨烯缺陷工程控制活性电极离子向阻变功能层中注入的路径尺寸和数量，集中化/离散化阳离子基阻变器件中导电通路的分布来调控其稳定性。

医疗健康

预测鼻咽癌远处转移的分子标记物

中山大学肿瘤防治中心马骏教授团队在鼻咽癌分子标记物研究方面获得重要进展，报道了一组mRNA分子标签有效预测局部晚期鼻咽癌转移，相关研究成果发表于The Lancet Oncology。研究团队开展了大规模的鼻咽癌分子标志物研究，通过表达谱芯片对接受治疗后有无出现远处转移的鼻咽癌组织全基因组表达水平进行对比分析，从数万个基因中初步锁定137个差异表达基因，再用回归分类器的统计方法从410例患者中筛选13个远处转移相关的基因构建分子标签，将病人分为高风险组和低风险组。结果显示，高风险组患者5年远处转移率高达37%，低风险组则仅为9%。

13个基因构成的分子标签（DMGN）能有效预测鼻咽癌患者无远处转移生存（图片来源于中山大学）

DMGN和临床指标构建的列线图可提高鼻咽癌患者远处转移风险预测的准确性（图片来源于中山大学）

精神分裂症遗传机制研究

中国科学院昆明动物研究所罗雄剑和陈勇彬课题组合作，发现GLT8D1和CSNK2B参与调控胚胎神经干细胞的增殖和分化能力，以及神经元的形态和突触传递等生理功能，提示精神分裂症易感遗传变异可能通过影响GLT8D1和CSNK2B基因表达，进而影响神经发育，最终导致精神分裂症发生，研究论文发表于《自然—通讯》。精神分裂症是一种严重影响患者思维、情感和行为的常见精神疾病，目前影响了全球约1%的人口。由于病因复杂，反复发作以及大多在青壮年发病，精神分裂症严重影响患者生活，同时给患者家属和社会带来沉重负担。精神分裂症的遗传力高达0.8左右，表明遗传因素起到关键作用。

维生素C可促进髓鞘再生

中国科学院上海药物所谢欣研究员等发现在药物诱导的小鼠脱髓鞘动物模型中，维生素C可以加快少突胶质细胞（OL)的生成及髓鞘的修复，研究论文发表于发表于Glia。中枢神经系统中，髓鞘对神经元功能至关重要。在一些脱髓鞘疾病如多发性硬化（MS)中，免疫系统攻击自身神经系统导致神经髓鞘的破坏和白质损伤。中枢神经系统的髓鞘是由少突胶质细胞缠绕神经轴突形成。研究人员建立的少突胶质前体细胞（OPC)向OL分化的高通量药物筛选体系，发现Vc可以有效促进OPC向OL的分化及成熟。在OPC与神经元共培养体系中，Vc也可有效促进髓鞘的包裹。

禽流感病毒H5N1发病机制研究进展

中日友好医院/首都医科大学曹彬教授团队与英国帝国理工学院Wendy Barclay教授团队合作，发现高致病性禽流感病毒H5N1在髓系固有免疫细胞内的快速复制是驱动炎症因子风暴产生的重要因素，研究成果发表于PLoS Pathogens。高致病性禽流感病毒H5N1已在人群中引起散发感染10余年。该研究利用反向遗传技术，发现H5N1内部基因片段是导致实验小鼠感染该病毒后大量炎症因子产生的重要决定因素之一。相对人流感病毒株H1N1、H3N2内部基因片段构建的重组流感病毒，具有H5N1内部基因片段的流感病毒株在髓系细胞GM-DCs具有较快的复制速率，进而驱动大量的炎症因子产生。

CD8+T细胞功能耗竭与禽流感H7N9感染重症化有关

复旦大学生物医学研究院/上海市公共卫生临床中心双聘教授徐建青团队与国内外科学家合作，揭示了急性重症流感如H7N9可以导致CD8+T细胞功能耗竭，从而影响H7N9感染康复，研究论文发表于《自然—通讯》。2013年新发现的禽源重组流感病毒H7N9致病率高，病情严重，致死率高（＞40%)，引起全球的高度关注。在流感感染早期，流感特异性CD8+T细胞的早期有效扩增是机体抗病毒、避免发生重症化所必须的。该研究揭示了H7N9感染导致重症化的机制。同时提示，利用疫苗技术以活化抗流感病毒T细胞是预防禽流感感染重症化的有效途径。

H7N9致命性感染时多克隆CD38+HLA-DR+CD8+ T细胞持续上调

康复组与死亡组CD8+T细胞应答的变化特征（图片来源于复旦大学）

急性白血病表观治疗新靶点

中国科学院北京基因组研究所王前飞团队联合武汉大学黄赞团队，发现急性白血病表观靶向治疗新靶点，有望通过靶向酸性核磷蛋白ANP32A调节表观遗传修饰治疗肿瘤，研究成果发表于Leukemia。研究发现新调控因子ANP32A通过调节表观组蛋白H3乙酰化（acetyl-H3)修饰，促进白血病。在急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，AML)病人细胞中，ANP32A异常高表达，对白血病细胞增殖、生存和克隆形成具有促进作用。研究揭示了ANP32A在白血病中作为致癌因子发挥功能；ANP32A蛋白只有249个氨基酸，结构适合利用小分子抑制剂或多肽有效干扰其功能，可以通过靶向ANP32A调节异常升高的acetyl-H3修饰。

医学纳米机器人肿瘤治疗

中国科学院国家纳米科学中心研究员聂广军、丁宝全，中国科学院院士赵宇亮课题组与美国亚利桑那州立大学颜灏课题组合作，在医学纳米机器人肿瘤治疗研究中取得进展，相关研究成果发表于Nature Biotechnology。利用DNA折纸术构建智能化的分子机器，通过自组装将“货物”凝血酶包裹在分子机器的内部空腔，使其与外界底物隔绝而处于非活性状态；分子机器两端装载有“雷达”核酸适配体，提供靶向识别和定位功能；当DNA纳米机器人到达肿瘤血管时，纳米机器上的“锁”识别特异标志物而发生结构变化，使得“锁”从闭合状态变为开启状态，纳米机器由管状结构打开变为平面结构，暴露出内部装载的“货物”，实现诱导栓塞。

弥漫型胃癌蛋白质组研究进展

解放军军事科学院军事医学研究院国家蛋白质科学中心（北京)秦钧研究组与北京大学肿瘤医院合作，开展弥漫型胃癌蛋白质组研究，研究论文发表于《自然—通讯》。这种蛋白质组分型不依赖于任何基因组信息，体现出作为功能直接执行者的蛋白质在临床科学中所提供信息的重要性和全面性，可为精准治疗胃癌提供依据。胃癌从形态学上可分为肠型、弥漫型和混合型，其中弥漫型胃癌被称为“胃癌中的胃癌”，目前尚无有效的靶向疗法。有数据显示，中国胃癌每年新发病例约为68万例，占全球发病病例的一半左右。科研团队筛选出与患者预计生存时间密切相关的胃癌候选蛋白药物靶标，为靶向治疗药物开发提供了基础。