科技名刊精选

临床科技

肠道菌—胆汁酸—IL-22轴调控多囊卵巢综合征发病

北京大学第三医院乔杰院士团队与北京大学医学部基础医学院姜长涛研究员团队的合作，将多囊卵巢综合征最新研究成果发表于Nature Medicine。机制研究揭示，胆汁酸通过激活肠道3型固有淋巴细胞（ILC3）的GATA3通路刺激IL-22分泌，进一步促进白色脂肪棕色化及抑制卵巢局部炎症，进而改善PCOS样表型。该研究以肠道菌代谢产物调控机体肠道免疫的机制研究为切入点，深入探讨肠道菌—胆汁酸—IL-22轴在PCOS发病中的关键作用。阐明了肠道菌与胆汁酸调控肠道ILC3细胞分泌IL-22的新机制，为防治PCOS提供了新视角。

肠道菌群—胆汁酸-IL-22调控PCOS新机制模式图（图片来源于北京大学新闻网）

DR3信号通路调节肠道炎症的新机制中国科学院上海营养与健康研究所邱菊研究组报道了DR3信号通路通过调控肠道3型天然淋巴细胞（group 3 innate lymphoid cell，ILC3）从而调节肠道炎症的新机制。研究论文发表于Nature Communications。TL1A/DR3可以通过激活ILC3在肠道中发挥致炎作用。α-DR3可以同时“驱逐”肠道中的ILC3，该过程依赖于GM-CSF，以及髓系细胞来源的IL-23。由于ILC3在多种固有免疫肠炎中有致病作用，这种“驱逐”作用可能对持续不断加重的肠炎和损伤有负反馈调节的意义。该研究发现的GM-CSF/IL-23通路“驱逐”肠道中的ILC3也可能是IBD病人中IL-22+ILC3细胞减少的机制之一。骨关节炎临床研究中南大学湘雅医院骨科雷光华教授团队与哈佛大学张余庆教授团队合作，将骨关节炎临床防治领域取得的成果发表于JAMA。骨关节炎是最常见的关节退行性疾病，中国40岁及以上的人群骨关节炎患病率高达46.3%。曲马朵是临床最常用的弱阿片类止痛药，被多个国际权威骨关节炎诊疗指南推荐为治疗骨关节炎的一线用药。该研究发现，曲马朵相比常用非甾体抗炎药（萘普生、双氯酚酸、塞来昔布和依托考昔）可能升高骨关节炎患者全因死亡率（升高70%～104%），该成果将对国内外骨关节炎诊疗指南产生重要影响。红斑狼疮疾病相关FcγRIIB-I232T变异体功能丧失的全新分子机制中国科学院生物物理研究所娄继忠课题组与浙江大学基础医学院/附属二院陈伟课题组、清华大学生命学院和免疫所刘万里课题组合作，将红斑狼疮疾病发病机制研究领域取得新进展发表于eLife。该研究从临床免疫科学问题出发，聚焦FcγRIIBI232T变异体受体功能丧失的分子机制这一核心科学问题，提出了与红斑狼疮相关的单核苷酸多态性FcγRIIB-I232T跨膜域突变引起跨膜区构象变化，进而导致FcγRIIB-I232T胞外结构域构象状态改变，降低FcγRIIB-I232T与配体、IgG抗体分子（IgG1、IgG2和IgG3等）的相互作用，从而无法有效发挥其抑制功能的新机制。

纳米药物晶体：化疗/热疗联合抗肿瘤治疗新策略

中国科学院过程工程研究所马光辉研究员等将制备的新型纳米药物晶体用于肿瘤化疗/热疗联合治疗。研究论文发表于Small。研究人员首先制备了平均粒径约为200nm的10-HCPT纳米晶体，随后利用纳米晶体上的人血白蛋白与光敏剂吲哚菁绿之间的分子间作用力，在纳米晶体表面吸附上吲哚菁绿；并在此基础上，通过物理挤压的方式，获得了包覆肿瘤细胞膜且装载吲哚菁绿的仿生10-HCPT纳米晶体。在激光照射下，其中的吲哚菁绿能够产生高热效应，促进纳米晶体中10-HCPT分子的快速释放，进而在高热效应和化疗药物的综合作用下展现了理想的抗肿瘤及抗肿瘤转移效果。

纳米药物晶体用于化疗—热疗联合抗肿瘤治疗新策略（图片来源于中国科学院过程工程研究所网站）

颞下颌关节早期骨关节病骨缺损修复

北京大学口腔医院医学影像科、颞下颌关节病及口颌面疼痛诊治中心傅开元教授课题组关于颞下颌关节早期骨关节病骨缺损修复的临床研究取得新进展。研究论文发表于Journal of Oral Rehabilitationns。颞下颌关节骨关节病是颞下颌关节紊乱病（Temporomandibular Disorders，TMD）中最常见的疾病之一，是发生于滑膜关节、低炎症性的、与年龄相关的退行性病变。针对早期骨关节病伴不可复性关节盘前移位的患者，以非手术方式复位前移位的关节盘联合前伸位合垫治疗，髁突表面可出现显著的骨质再生，甚至完全修复骨缺损区，达到治愈早期骨关节病的目的。

抗肿瘤纳米药研究进展

浙江大学化学工程与生物工程学院申有青教授团队和加州大学洛杉矶分校顾臻教授团队合作，提出了纳米药在肿瘤组织中主动渗透新机制。研究论文发表于Nature Nanotechnology。该研究关键设计之一是纳米药在血液中是电中性的，只有在肿瘤血管或肿瘤细胞附近才带上正电荷，来触发快速细胞内吞和主动肿瘤渗透。触发电中性向正电性转化的开关则是肿瘤血管的内皮细胞上及血管附近肿瘤细胞过表达的γ-谷氨酰转肽酶（GGT）。科研人员利用GGT响应性的基团来遮蔽正电荷；在肿瘤内GGT酶将修饰物去掉，使其呈现正电性。研究团队采用了多种动物模型验证了这种方法能够显著提高抗肿瘤疗效。

肺癌靶向治疗耐药的新机制

中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）季红斌研究组联合同济大学附属肺科医院周彩存课题组及北京大学李程课题组，揭示了表观调控的代谢重编程在肺癌细胞适应并逃脱靶向治疗中的重要作用及分子机制，研究成果发表于Cell Reports。研究人员发现低剂量的靶向药物预处理会使EGFR突变的肺癌细胞进入药物耐受的状态，使肺癌细胞对后续更高剂量的靶向药物处理表现出适应性反应。进一步揭示了这种适应性反应的分子基础，主要涉及表观遗传调控介导的代谢重编程。并针对性地联合ROS诱导药物和靶向治疗药物可以有效地克服肺癌耐药。

脑科学与类脑

类脑计算芯片“天机芯”

清华大学依托精密仪器系的类脑计算研究中心施路平教授团队牵头联合研究团队，发布了面向人工通用智能的异构天机芯片架构。研究成果发表于Nature。人工智能技术的迅猛发展使人们在多个领域实现了前所未有的突破。研究团队基于天机芯片，类脑计算中心还自主研发出第一代类脑计算软件工具链，可支持从深度学习框架到“天机芯”的自动映射和编译，并利用类脑自动行驶自行车建立一个异构可扩展人工通用智能开发演示平台，利用一块天机芯片展示了自行车的自平衡、目标探测跟踪、自动避障、语音理解控制、自主决策等功能。

基于深度学习的地震震相自动拾取

中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室王建副研究员团队与中国科学院大学电子与通信工程学院刘畅博士合作，以计算机视觉边界检测领域前沿的深度学习算法为基础，提出了基于深度学习的端到端地震震相自动拾取算法，命名为PickNet。它将归一化的原始波形记录作为数据，输出一个类脉冲序列，序列的最大值对应的时刻即为震相的到时。研究论文发表于Journal of Geophysical Research： Solid Earth。深度学习可以从海量的地震波形数据中自动高效地挖掘震相数据，为地震学家提供了有效的工具，能加速人们对地球内部结构的了解。

神经元长程输入环路图谱

华中科技大学武汉光电国家研究中心骆清铭教授团队描绘了小鼠内侧前额叶皮层γ-氨基丁酸（GABA）能神经元长程输入环路的全脑图谱。研究论文发表于Nature Neuroscience。研究发现，三种GABA能神经元接受相同脑区的输入，但不同脑区输入的比例不同。结合电生理记录，进一步发现输入到内侧前额叶GABA能神经元的基底前脑胆碱能神经元和中缝核的五羟色胺神经元均可共同释放谷氨酸。借助于高分辨率成像获得的全脑数据集，研究人员重建出了119个输入神经元的三维形态结构。进而，通过重建皮层和海马输入神经元的精细形态，发现这些不同的平行环路可能执行不同的功能。

基于图神经网络的会话序列推荐模型

中国科学院自动化研究所智能感知与计算研究中心吴书、朱彦樵等人提出并开源了基于图神经网络的会话序列 (sessionbased） 推荐模型SR-GNN。相关研究成果分别发表于人工智能顶级会议AAAI-19。目前该模型已在百度PaddlePaddle平台上开源。研究人员提出了一种基于图神经网络 (graph neural network， GNN） 的会话推荐方法。该方法将所有会话序列聚合在一起并建模为图结构，基于该图，使用图神经网络来捕获项目的转换关系，之后使用注意力机制 (attention mechanism） 将每个会话表示为全局偏好和会话当前兴趣的组合并据此进行推荐。该模型在多个公开数据集上进行了实验，效果均好于当前的stateof-the-art方法。

关于神经元树突计算的理论模型研究

上海交通大学自然科学研究院、数学科学学院李松挺、周栋焯及其合作者通过理论建模分析、数值计算模拟、并结合生物学实验的方式发展了一个简洁的神经元模型，可以有效刻画神经元的树突计算功能，研究论文发表于PNAS（《美国科学院院刊》）。科学家首先阐明了传统点模型中关于输入电流线性加入的假设过于简化，随后提出了一个全新的整合电流形式来修正传统的点神经元模型，该修正的模型可以模拟原始点神经元模型无法描述的树突计算功能，如方向性选择、同步性检测等，同时模型较低的数值计算复杂度和较高的生物真实性特征使其能够突破大尺度真实神经元网络动力学的计算瓶颈。

神经元树突计算的理论模型研究（图片来源于上海交通大学网站）

智能车间通用建模方法研究

中国科学院沈阳自动化研究所科研人员提出了一种用于柔性装配车间仿真的通用建模及综合优化方法，可实现全生产流程和生产资源配置优化，相关成果发表于International Journal of Simulation Modelling。科研人员采用了基于离散事件仿真（DES）与智能算法相结合的优化方法，提出了一种用于DES的通用物流仿真建模方法，统一描述离散车间所有工站的物流过程，快速建立离散车间的生产模型，为复杂离散车间生产仿真提供高效的建模方法。通过采用改进遗传算法和多因子试验优化生产流程、设施布局和生产配置，研究得到了最优的布局方案和最优的设备配置、人员配置、暂存区配置、物流车辆配置等。

柔性混合电子与数字医疗

清华大学航天航空学院冯雪课题组系统阐述柔性混合电子及其在数字医疗领域应用。研究成果发表于Advanced Materials。文章系统综述了柔性混合电子器件的发展脉络，全面定义了柔性混合电子的概念，并聚焦柔性生理电器件、柔性光电器件、柔性声学器件、柔性类皮肤功能器件和柔性生化检测器件在数字健康医疗领域的应用进展，为柔性混合电子器件的进一步发展和医疗应用提供了重要指导。柔性电子技术近年来随着先进材料、力学结构设计、新型制备方法的创新，得到了广泛研究和应用，它颠覆性改变了传统无机固体器件刚性的物理形态，极大促进了人—机—物三元融合，着力于服务慢病患者。

自驱动人工嗅觉受体替代研究

中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所詹阳课题组同电子科技大学张岩、薛欣宇课题组合作，构建了一种人工嗅觉受体系统。该系统构建了柔性自驱动柔性器件，基于纳米发电原理和嗅觉受体的功能，实现对不同气体分子的感知和处理。相关研究成果发表于Nano Energy。研究团队合作设计了一种人工嗅觉系统，在纳米材料的特殊排列位点可以识别不同的气体分子。该人工受体基于自驱动纳米材料，通过系统输出的电信号进行设计，当感受外界环境气体分子时，可以对不同的气体分子进行编码，进而进行识别。将该人工嗅觉系统在清醒动物模型中进行了验证。

古生物与古环境

富集地幔柱残余记录的古太古代深部地幔成分不均一性

北京大学地球与空间科学学院宋述光、魏春景教授研究组在地球早期深部地幔成分不均一性方面取得重要进展。研究成果发表于Nature Geoscience。研究者以华北克拉通冀东地区新发现的富铁苦橄岩及伴生的超镁铁质堆晶岩为研究对象。通过对超镁铁质堆晶岩进行的锆石U-Pb年代学研究，确定富铁苦橄岩的形成时代为古太古代（3.45Ga）。富铁苦橄岩具有与现今洋岛玄武岩类似的微量元素成分特征，并相对于典型地幔柱成因的苦橄岩更为富铁。冀东古太古代富铁苦橄岩的形成与来源于深部地幔的地幔柱活动有关，且其深部地幔源区明显富集铁和不相容元素，这表明古太古代地球深部地幔就已存在了成分的不均一性，出现了铁和不相容元素的局部富集。

（a）冀东古太古代超镁铁质堆晶岩锆石U-Pb谐和图解；（b）冀东古太古代富铁苦橄岩和超镁铁质堆晶岩微量元素蛛网图（图片来源于北京大学新闻网）

贝叶斯方法推断中生代鸟类分化时间和特征演化速率

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所张驰和王敏用贝叶斯末端定年法（Bayesian tip dating）推断了中生代主要鸟类支系的系统发育关系、分化时间及特征的演化速率，并包含这些参数的不确定性，为讨论原始鸟类身体不同部位的形态特征演化提供了新的信息。研究成果发表于Royal Society Open Science。贝叶斯末端定年法能够综合利用数据的信息，考虑化石年代、拓扑结构、分化时间、特征演化速率等一系列参数的不确定性，通过生灭过程和宽松时钟模型考察物种分化和特征演化随时间的变化，以及利用贝叶斯统计和计算的优势，颇具应用前景和改进空间。

几丁虫更可能是一类独立的生物而非卵

中国科学院南京地质古生物研究所梁艳等与国内外科学家合作，提出几丁虫更可能是独立的生物而不是其他生物的卵。研究成果发表于Proceedings of the Royal Society B。几丁虫是在4亿年前后的海洋中广泛存在的、通常形似“花瓶”的一类微小化石，长期以来生物学属性不清，以前大多被认为是某类生物的卵。研究人员对美国俄亥俄州上奥陶统2块微体样品中保存精美的一新种Hercochitina violana sp.nov.——的形态大小进行了无差别度量。研究结果显示该种的壳体长度相差3倍有余，且壳表纹饰及体室下部的收缩随着壳体变长愈发显著，其形态差异似乎更接近纵向生长而非种内差异。

渐新世—中新世之交青藏高原隆升过程中岩浆活动

中国科学院地质与地球物理研究所研究员郭正府和英国Leeds大学教授Wilson合作，揭示渐新世—中新世之交青藏高原隆升过程中岩浆活动。相关论文发表于Geology。研究分析了露出于青藏高原3个不同地块的碰撞后未分异岩浆岩（MgO＞6%）的时空分布特征，建立了岩浆活动的时空框架。通过解析岩石中地幔包体的岩相学特点，提出以渐新世—中新世之交为界将青藏高原碰撞后岩浆作用划分为两个阶段，这两个阶段岩浆岩的时空分布、矿物学、岩石学、地球化学及其地幔包体的特征均发生了显著的变化，进一步研究认为青藏高原在渐新世一中新世之交，出现了岩浆活动及其地球动力学机制的重大转型。

木化石年轮向阳性特征揭示华北板块旋转

中国地质科学院高级工程师蒋子堃博士、中国科学院南京地质古生物研究所王永栋研究员和中国地质大学（武汉）（北京）刘本培教授等牵头组成国内外联合研究团队，近期通过对现生和化石树木生长轮（又称年轮）向阳性特征的研究，揭示了华北板块自晚侏罗世至今发生过顺时针方向的旋转，这一结论得到了古地磁学证据的有力支持。相关论文发表于Scientific Reports。研究团队对华北板块的250余个现生树木和7个侏罗纪原位树桩木化石进行了向阳性的实地考察和测量分析，揭示了华北板块从晚侏罗世至今发生了顺时针方向旋转。这一结论也与团队在该地区10个地点所采100个侏罗系样品所分析得出的古地磁学研究结论相一致。

现生树木生长轮向阳性特征野外测量（图片来源于中国科学院南京地质古生物研究所网站）

晚侏罗世土城子组原位直立木化石树桩生长轮及向阳性特征（图片来源于中国科学院南京地质古生物研究所网站）

青藏高原隆升主导晚中新世内陆气候变化

中国科学院青藏高原研究所白艳副研究员等利用GDGTs温度计重建了西宁盆地晚中新世古温度连续记录，研究成果发表于Geophysical Research Letters。研究发现，在晚中新世降温事件期间（LMC；～7-5.4Ma），西宁盆地降温幅度显著小于同纬度海洋的降温。在约10.5～8Ma西宁盆地出现大幅降温事件（约8℃），而同时期深海氧同位素、不同纬度的海表面温度和西北欧沿海地区陆地温度记录的降温幅度仅为约1℃～2℃。该时期大气CO2降低导致的陆地降温并不明显，似乎不足以对应陆地气候和生态系统的系列变化，青藏高原隆升等构造活动可能在其中扮演了更为重要的角色。

小盗龙食性研究进展

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所邹晶梅，董丽萍，周忠和及天宇博物馆郑晓廷等人研究了在一件白垩纪早期热河生物群的驰龙科新标本——赵氏小盗龙（Microraptor zhaoianus）的胃中，近乎完整地保存了一个还未被消化的蜥蜴个体。这是迄今报道的第四件胃中保存食物的小盗龙标本。研究论文发表于Current Biology。这件蜥蜴标本代表一个新属种，将其命名为王氏因陀罗蜥（Indrasaurus wangi）。属名“因陀罗”来自古印度的吠陀传说，古神“因陀罗”在一场著名的战役中，被龙（这里暗指小盗龙）完整地吞入肚中。该项研究所报道的赵氏小盗龙标本，是迄今被报道的第四件胃里保存食物的小盗龙化石。

东南亚热带雨林起源与演变

中国科学院西双版纳热带植物园古生态组苏涛研究员与澳大利亚昆士兰大学、麦考瑞大学、美国宾夕法尼亚州立大学等国际同行共同撰写了相关的综述文章，探讨东南亚地区马来群岛植物多样性起源与演变的历史及其成因，提出了未来重点关注的方向。研究成果发表于Annual Review of Ecology， Evolution， and Systematics。文章提出马来群岛的植物区系成分主要来源于印度板块，而山地的成分主要来源于澳洲板块。以龙脑香科、壳斗科、桃金娘科等的化石记录和现代分布为例，推测了这些植物类群在马来群岛的传播路径。并以婆罗洲最高峰京那巴鲁山为例，探讨类群分化、扩散及环境因素对塑造该地区不同海拔植物组合的作用。