摘要:几丁质是仅次于纤维素的第二大天然多糖，由N-乙酰-D-氨基葡萄糖聚合而成，具有重要的应用价值。自然界中几丁质可被细菌高效降解。细菌可分泌多种几丁质降解酶类，主要分布在GH18家族和GH19家族中。细菌中几丁质降解酶基因存在明显的基因扩增及多结构域组合现象，不同家族、不同作用模式的几丁质酶系协同作用打破复杂的抗降解屏障，完成结晶几丁质的高效降解。因此，深入分析细菌几丁质酶结构与功能，对几丁质高效降解与高值转化应用具有重要意义。本文介绍了细菌几丁质酶的分类、结构特点与催化作用机制；总结了不同细菌胞外几丁质降解酶系的协同降解模式；针对几丁质酶家族分子改造的研究进展，展望了以结构生物信息学及大数据深度学习为基础的蛋白质工程设计策略在今后改造中的作用，为几丁质酶的设计与理性改造提供新的视角与思路。

摘要:碳水化合物活性酶数据库（CAZy）中位于“辅助活性”（auxiliary activities，AA）3家族的酶属于葡萄糖-甲醇-胆碱氧化还原酶大家族。它们以黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）作为辅酶，通过反应产物（H₂O₂或对苯二酚）协助其他AA家族酶发挥作用，或辅助糖苷水解酶降解木质纤维素。根据结构序列相似性，AA3家族酶进一步细分为4个亚家族，包括 AA3_1（纤维二糖脱氢酶）、AA3_2（芳醇氧化酶、葡萄糖氧化还原酶）、AA3_3（醇氧化酶）、AA3_4（吡喃糖氧化还原酶）。AA3家族酶因其独特的结构、广泛的用途，近几十年来受到人们的广泛关注。本文系统综述了CAZy-AA3家族酶来源、分子结构及改造，对部分AA3家族酶在生物传感器中的最新研究进展进行了重点综述，并对未来研究方向进行了展望。

摘要:炎症小体是存在于胞浆的大分子多蛋白复合物，在感染或应激状态下被激活，并触发IL-1β和IL-18等促炎细胞因子的释放，诱导细胞焦亡，从而参与先天免疫防御。NLRP3识别病毒复制过程中产生的各种病原体相关分子模式（PAMP）和危险相关分子模式（DAMP），启动NLRP3炎症小体依赖的抗病毒免疫反应。但是，有些病毒也进化出复杂的策略而靶向炎症小体，以逃避天然免疫监视。本综述讨论了病毒感染过程对NLRP3炎症小体的活化、组装和效应的影响。

摘要:Toll样受体（Toll-like receptors， TLRs）在先天免疫系统中广泛表达，可通过促进抗原提呈细胞（antigen presenting cells，APC）共刺激分子的表达从而间接导致T细胞活化。然而研究发现，TLR也可在T细胞中表达，并可在没有APC的情况下直接调节T细胞的代谢与功能。本文综述了TLR信号对不同T细胞亚群代谢和免疫功能的直接调控作用，为T细胞介导的癌症及自身免疫病等疾病的预防和治疗提供了新的思路。

摘要:神经元能够将不同时空模式的突触输入转化为时序精确的动作电位输出，这种灵活、可靠的信息编码方式是神经集群在动态环境或特定任务下产生所需活动模式的重要基础。动作电位的产生遵循全或无规律，只有当细胞膜电压达到放电阈值时，神经元才产生动作电位。放电阈值在细胞内和细胞间具有高度可变性，具体动态依赖于刺激输入和放电历史。特别是，放电阈值对动作电位起始前的膜电压变化十分敏感，这种状态依赖性产生的生物物理根源包括Na⁺失活和K⁺激活。在绝大多数神经元中，动作电位的触发位置是轴突起始端，这个位置处的阈值可变性是决定神经元对时空输入转化规律的关键因素。但是，电生理实验中动作电位的记录位置却通常是胞体或近端树突，此处的阈值可变性高于轴突起始端，而其产生的重要根源是轴突动作电位的反向传播。基于胞体测量的相关研究显示，放电阈值动态能够增强神经元的时间编码、特征选择、增益调控和同时侦测能力。本文首先介绍放电阈值的概念及量化方法，然后详细梳理近年来国内外关于放电阈值可变性及产生根源的研究进展，在此基础上归纳总结放电阈值可变性对神经元编码的重要性，最后对未来放电阈值的研究方向进行展望。

摘要:周围神经损伤是一种由于压迫、牵引、切割、缺血等原因引起的外周神经细胞损伤或坏死的疾病。周围神经损伤病理学变化包括轴浆运输受损、轴突变性、施万细胞损伤、节段性脱髓鞘和完全瓦勒氏变性。神经损伤后修复成为了现代医学研究中的热点与难点。本文对干细胞移植、神经营养因子、新型材料和生物电刺激在周围神经损伤修复中的作用及机制做了综述，并且对其在临床中的应用进行展望。

摘要:近年来许多研究发现，小脑作为运动控制的主要脑区，除参与运动控制外也与孤独症、精神分裂症、奖励相关的认知功能和社会行为有关，因此小脑相关研究越来越受到重视。研究小脑参与运动学习和运动控制的神经机制是神经科学中最重要的课题之一。眼睛运动的肌肉协调和生物运动特征比其他类型的运动更简单，这使眼动成为研究小脑在运动控制中作用的理想模型。作为收集外界信息的主要方式之一，视觉对日常生活至关重要。为确保清晰视觉，3种主要类型的眼动（眼跳、平滑追随眼动（SPEM）和注视）需受小脑的精确控制，以确保静止或移动的物体保持在视小凹的中心。异常眼动可导致视力障碍，并可作为诊断各种疾病的临床指标。因此，眼动控制研究具有重要的医学和生物学意义。虽然对小脑皮层和顶核在调节眼动中的作用有基本了解，但眼动动力学编码的确切神经机制，尤其是小脑顶核控制追随眼动和注视的神经机制仍不清楚。本综述总结了目前小脑在运动和认知等方面的主要研究问题与小脑相关研究的潜在应用价值，以及近年来有关小脑控制眼动的相关文献，并深入探讨了利用单细胞记录和线性回归模型分析小脑皮层和顶核同一神经元同时参与控制不同类型的眼动，而不同类型眼动的不同动力学参数编码原则不同。此外，基于检测微眼跳的研究结果，我们讨论了小脑顶核参与控制视觉注视的可能神经机制。最后，讨论了最近技术进步给小脑研究带来的新机遇，为今后与小脑相关的研究和脑控义肢的优化控制（例如通过单独改善运动参数优化义肢控制）提供了新思路。

摘要:磁场在生活中无处不在，为探究磁场的生物学效应，大量研究工作已经开展。斑马鱼作为新兴的模式生物，在探明磁场与生理功能关系方面具有重要作用。本文梳理了当前磁生物学在斑马鱼上的相关研究。已有研究表明磁场会导致斑马鱼生长畸形、发育延迟和细胞凋亡，影响斑马鱼的游泳行为和方向偏好，也会改变其昼夜节律，还会对生殖和免疫功能产生影响；斑马鱼可能具有不止一种的磁感应机制，除了目前已提出的磁矿石晶体模型、自由基对模型和电磁感应模型等磁感应模型外，磁场引起的DNA损伤、Ca²⁺稳态异常、微管聚合速率改变、应激反应、生物钟基因cry的表达改变等可部分解释上述现象。针对存在的生物磁感应研究中存在的参数不一和机制不清晰等问题，结合斑马鱼优势，本文提出未来斑马鱼在磁生物学研究中的潜在方向：基于斑马鱼建立磁场和生物参数可控的磁生物学研究模型；非侵入性活体追踪相关生命活动过程，可视化研究磁生物学现象；基于Cry蛋白开展磁场与生物节律关系的研究。

摘要:蛋白质特定的三维结构与其生物功能密切相关，因此，研究蛋白质的三维结构有助于揭示其生物功能机制。将核磁共振（NMR）波谱法应用于研究溶液状态下蛋白质的三维结构，能够更加准确地揭示蛋白质结构与生物功能之间的关系。本文综述了NMR解析蛋白质三维结构的理论和技术方法，以及NMR结合其他生物物理手段，并辅以分子建模计算法研究蛋白质三维结构的研究进展和最新方法，为精准解析蛋白质的三维结构提供思路及策略。

摘要:近40年来，金属纳米材料发展迅猛，因其不同于宏观晶体的特殊性质，逐渐在各行业中起到了不可或缺的作用。当下人类面临资源、环境等日益严重的生态问题，因此金属纳米材料与生物学结合的绿色生态模式是大势所趋。本文重点综述了利用各种植物提取物、微生物以及蛋白质等生物材料作为还原剂，制备金属以及金属氧化物纳米材料的生物化学绿色合成方法。这些方法操作简单，制备的材料形貌尺寸不会产生太大变化。除此之外，生物材料的特定结构与金属纳米材料结合，通常会表现出协同或者新的理化和生理性能，以至于这些金属纳米材料在光热治疗及生物成像、抑菌及康复治愈和生物传感器及检测等生物医学领域产生了重大影响。金属纳米材料的生物化学制备会给未来纳米材料和生物学领域带来更多的交叉，会有更多跨学科工作者对其现存挑战来进行努力工作，并且在未来的医疗领域定会有金属纳米材料不可或缺的身影。

摘要:目的 PAMM（peroxiredoxin-like 2 activated in M-CSF stimulated monocytes）是近年来发现的一种在脂肪组织中高表达的分泌因子，但其生物学功能尚不完全清楚。为了给PAMM功能研究提供新线索，本文探讨了PAMM在白色脂肪生成中的可能作用及PAMM调节的下游基因。方法 利用成脂分化液或“成脂分化液+IL-1α”建立人脂肪干细胞（adipose-derived stem cells，ADSCs）的成脂分化和成脂抑制模型。用siRNA干扰和过表达质粒转染的方法抑制或上调PAMM表达水平。采用基因芯片、mRNA测序及定量RT-PCR检测基因的mRNA表达水平，采用蛋白质印迹法评价蛋白质表达水平，用油红O染色检测脂滴沉积。结果 随着ADSCs向白色脂肪分化，PAMM表达水平明显上升，而随着成脂抑制，PAMM表达明显下降。在ADSCs中沉默或过表达PAMM后，再进行成脂分化。结果发现，上调或下调PAMM对脂滴形成及成脂相关基因的表达均无明显影响。类似地，在高度分化的脂肪细胞中敲低PAMM表达，对细胞形态及脂滴含量亦无明显影响。本文进一步利用siRNA干扰、mRNA测序及qRT-PCR，筛选和验证了一批受PAMM调节的下游基因及功能性基因集，包括SULF1、A2M基因及调节P53稳定性的基因集等。结论 PAMM可作为白色成脂分化的标志基因，但其自身对白色脂肪细胞生成无明显影响，本研究筛选出来的PAMM下游基因及基因集，可为进一步研究PAMM的功能提供新线索。

摘要:目的 人分泌型磷脂酶A₂-IIA（secretory phospholipase A₂ group IIA，sPLA₂-IIA）在调节细胞脂质代谢和信号传导中具有重要作用，参与了多种急、慢性炎症反应。研究其动力学和变构与功能的关系具有重要意义。方法 利用弹性网络模型（elastic network model，ENM）、微扰响应扫描（perturbation-response scanning，PRS）和蛋白质结构网络（protein structure network，PSN）方法对来自人sPLA₂-IIA的31个分子的结构动力学和变构效应进行分析，并探索其动力学共性和特异性与功能的关系。结果 结果表明，对酶的催化和结构稳定起关键作用的催化残基和参与二硫键形成的半胱氨酸残基具有低运动性，这是对酶共有功能的要求；而涉及与钙离子或膜结合的5个结构区域具有高运动性，它们体现了酶成员的特异性。另外，高运动性区域在PRS分析中显示出对外界微扰响应的高敏感性，表明其在变构调节中起重要作用，而低敏感性残基则在维持结构稳定方面发挥了重要作用。残基运动相关性分析发现，人sPLA₂分子催化位点周围的强相关运动有利于酶催化功能的发挥。结论 本研究有助于深入理解人sPLA₂-IIA成员分子的动力学及功能性变构机制，可为药物设计和准确设计具有精细调节活性的蛋白质提供指导。

摘要:目的 变构效应在蛋白质生物学功能执行过程中发挥着重要的调控作用，如何基于蛋白质空间结构，有效识别变构信号的传播路径和关键的残基位点是蛋白质结构-功能关系研究领域的热点科学问题。方法 本研究利用基于弹性网络模型（elastic network model，ENM）的力分布计算方法，通过分析蛋白质对外力的响应过程，来识别体系的变构路径以及变构过程中的关键残基。在该方法中，对蛋白质的关键变构位点施加外力，通过对体系形变以及内力分布情况的分析，有效识别与外力承载区域形变相耦合的关键残基，从而得到力信号在蛋白质结构内的传播路径。结果 利用该方法研究了人类磷酸甘油酸激酶（human phosphoglycerate kinase，hPGK）和蛋白质酪氨酸磷酸酶（protein tyrosine phosphatase，PTP）PDZ2结构域的变构调控路径和关键残基。对于hPGK，识别出从底物结合位点到铰链区的两条变构信号传导路径。对于PTP PDZ2，也成功识别出从配体结合位点传递到蛋白质远端的两条长程变构调控路径。计算结果与实验和分子动力学（molecular dynamics，MD）模拟得到的结果一致。结论 本研究为蛋白质体系关键残基识别及变构路径研究提供了有效的分析方法。

摘要:目的 基于位点特异性打分矩阵（position-specific scoring matrices，PSSM）的预测模型已经取得了良好的效果，基于PSSM的各种优化方法也在不断发展，但准确率相对较低，为了进一步提高预测准确率，本文基于卷积神经网络（convolutional neural networks，CNN）算法做了进一步研究。方法 采用PSSM将启动子序列处理成数值矩阵，通过CNN算法进行分类。大肠杆菌K-12（Escherichia coli K-12，E.coli K-12，下文简称大肠杆菌）的Sigma38、Sigma54和Sigma70 3种启动子序列被作为正集，编码（Coding）区和非编码（Non-coding）区的序列为负集。结果 在预测大肠杆菌启动子的二分类中，准确率达到99%，启动子预测的成功率接近100%；在对Sigma38、Sigma54、Sigma70 3种启动子的三分类中，预测准确率为98%，并且针对每一种序列的预测准确率均可以达到98%以上。最后，本文以Sigma38、Sigma54、Sigma70 3种启动子分别和Coding区或者Non-coding区序列做四分类，预测得到的准确性为0.98，对3种Sigma启动子均衡样本的十交叉检验预测精度均可以达到0.95以上，海明距离为0.016，Kappa系数为0.97。结论 相较于支持向量机（support vector machine，SVM）等其他分类算法，CNN分类算法更具优势，并且基于CNN的分类优势，编码方式亦可以得到简化。

摘要:目的 男性型脱发（male pattern baldness，MPB），又称为雄激素性脱发（AGA），是一种常见的男性脱发类型，大约80%的表型差异可以用遗传因素解释。目前的MPB遗传推断研究主要基于欧洲人群，东亚人群相关研究较少。本研究在中国人群中对欧洲人群MPB关联位点进行验证分析，并建立遗传推断模型。方法 本研究调查了486个与欧洲人群MPB相关单核苷酸多态性（SNP）位点在312名中国汉族男性中的关联性，分别使用逐步回归和Lasso回归方法对关联出的位点进行筛选。使用逻辑回归算法构建预测模型，通过十折交叉验证的方法评估。之后进一步比较了逻辑回归、k近邻分类器、随机森林、支持向量机4种常用分类器模型对MPB的预测准确性。结果 有174个SNP位点与中国汉族男性的MPB显著相关（P＜0.05）。通过不同的筛选方法，分别得到了22个SNP和25个SNP的位点集合。基于上述位点集合建立了22-SNP和 25-SNP两种逻辑回归预测模型。以AUC（ROC曲线下方的面积大小，area under curve）来衡量，两种模型对MPB预测的准确性分别为0.85和0.84；经十折交叉验证后预测准确性分别下降至0.81和0.77。当加入年龄作为预测因子后，两种模型的AUC均达到最大值0.89。从运行结果来看，逻辑回归预测模型较本研究中的其他分类器模型具有明显优势。结论 总体而言，虽然预测模型的准确性尚未达到临床期望水平，但SNP在MPB的遗传预测方面仍具备很大的潜力，可以为MPB的早期诊断、临床干预和法庭科学应用提供参考。

摘要:目的 蜜蜂天生具有丰富的嗅觉辨识能力，觅食、交配、导航以及社交活动均依赖其嗅觉系统，是研究嗅觉感知和学习记忆的行为及神经机制的理想模型。蜜蜂既能够将某个复合气味作为一个整体也可以将复合气味的各组成成分进行辨别和区分，但是在特征依赖的联合记忆中依据何种原则进行加工并存储到长期记忆还不清楚。方法 本文利用特征阳性（feature positive：AB+，B-）和特征阴性（feature negative：AB-，B+）的奖赏性嗅觉条件化，训练蜜蜂对复合气味和成分气味的辨别，并检测蜜蜂对复合气味（AB）、成分气味（B）以及特征气味（A）的中长时记忆（3 h）和长时记忆（24 h）。结果 在特征阳性的奖赏性嗅觉条件化中，蜜蜂对训练过的气味可以形成稳定的中长时和长时记忆，并且对复合气味中的特征气味的记忆与复合气味的记忆呈现高度相似。但在特征阴性的奖赏性嗅觉条件化中，蜜蜂虽能够在3 h和24 h对训练过的两种气味具有显著的伸喙反应差异，且对特征阴性的气味无显著反应，但对复合气味的反应随时间的推移而增加。结论 实验结果表明，蜜蜂选择性地将与奖赏信息联合出现的气味巩固到长时记忆中，但并未依据特征成分加工储存到长时记忆中。奖赏信息预示着食物源，与生存息息相关，表明对环境信息进行选择性的记忆巩固加工并储存可能是低等动物高效地编码生存相关信息的重要策略。

摘要:目的 长非编码RNA（lncRNAs）参与多种重要的生物学过程并与各种人类疾病密切相关，因此，lncRNA-疾病关联预测研究有助于疾病的诊断、治疗和在分子水平理解人类疾病的发生发展机制。目前，大多数lncRNA-疾病关联预测方法倾向于浅层整合lncRNA和疾病的相关信息，忽略网络拓扑结构中的深层嵌入特征；另外通过随机选取lncRNA-疾病非关联对构建负样本训练集合，影响预测方法的鲁棒性。方法 本文提出一种基于网络嵌入的NELDA方法，预测潜在的lncRNA-疾病关联关系。NELDA首先利用lncRNA 表达谱、疾病本体论和已知的lncRNA-疾病关联关系，构建lncRNA相似性网络、疾病相似性网络和lncRNA-疾病关联网络。然后，通过设计4个深度自编码器分别从lncRNA/疾病的相似性网络、lncRNA-疾病关联网络学习lncRNA和疾病的低维网络嵌入特征。串联lncRNA和疾病的相似性网络嵌入特征及lncRNA和疾病的关联网络嵌入特征，分别输入两个支持向量机分类器预测lncRNA-疾病关联。最后，采用加权融合策略融合两个支持向量机分类器的预测结果，给出lncRNA-疾病关联关系的最终预测结果。另外，根据已知的lncRNA-疾病关联对和疾病语义相似性，设计一种负样本选取策略构建可信度相对较高的lncRNA-疾病非关联对样本集，用以改善分类器的鲁棒性，该策略通过设计一种打分函数为每对lncRNA-疾病进行打分，选取得分较低的lncRNA-疾病对作为lncRNA-疾病非关联对样本（即负样本）。结果 十折交叉验证实验结果表明：NELDA能够有效预测lncRNA-疾病关联关系，其AUC达到0.982 7，比现有LDASR和 LDNFSGB方法分别提高了0.062 7和0.020 7。另外，负样本选取策略与决策级加权融合策略能够有效改善NELDA预测性能。胃癌和乳腺癌案例研究中，29/40（72.5%）预测的与胃癌和乳腺癌关联lncRNAs，在近期文献和公共数据库中能够发现相关的支撑证据。结论 这些实验结果表明，NELDA是一种有效的lncRNA-疾病关联关系预测方法，具有挖掘潜在lncRNA-疾病关联关系的能力。

摘要:目的 构建在整个寄主植物中能同时表达两个非融合蛋白的病毒载体。方法 以烟草脆裂病毒（tobacco rattle virus，TRV）基因组RNA2的农杆菌侵染性克隆pYL156为材料，缺失TRV RNA2的2b基因5"端279 bp并将其起始密码子ATG改变为AGG、同时引入豌豆早枯病毒（pea early-browning virus，PEBV）外壳蛋白（coat protein，cp）基因启动子，获得pTRV2e²载体；在pTRV2e²载体的2b和PEBV的cp启动子下游插入不同的外源基因，测定病毒TRVe²表达外源蛋白的能力、携带外源基因后重组病毒的稳定性以及分析蛋白质的生物学功能。结果 病毒TRVe²能快速同时表达2个非融合的外源蛋白，且至少能表达70 ku外源蛋白，且该病毒携带~2.0 kb外源基因能稳定存活于寄主植物中；病毒TRVe²可用于分析蛋白质的生物学功能以及2个蛋白质间的相互作用。结论 本文构建的重组病毒TRVe²为快速有效地表达2个外源蛋白以及分析2个蛋白质间的相互作用提供技术工具。