2023, 50(1):5-5. DOI: 10.16476/j.pibb.20230008
摘要:中国共产党优秀党员,中国科学院院士,著名生物化学家杨福愉先生,因病医治无效,于2023年1月5日20时46分在北京逝世,享年96岁。
杨福愉先生原籍浙江宁波镇海,1927年10月30日出生于上海市,1946年毕业于上海南洋模范中学,1950年毕业于浙江大学化学系,1960年在前苏联莫斯科大学生物系获哲学副博士学位,回国后一直在中国科学院生物物理研究所工作,历任生物物理研究所副研究员、研究员,1991年当选为中国科学院学部委员(院士);曾任生物物理研究所副所长、学术委员会主任、生物大分子国家重点实验室主任等职,是中国生物膜领域的主要奠基人之一。
杨福愉先生1950年毕业于浙江大学后,进入中国科学院(上海)实验生物学研究所,在贝时璋先生等老一辈科学家的言行垂范下获得科学启蒙;1956~1960年留苏期间,获得了系统的科研训练;回国后在生物物理研究所带领线粒体结构与功能研究小组,研究电离辐射对线粒体氧化磷
酸化功能的影响,从此确立了为之奋斗一生的“生物膜结构与功能”这一重要研究方向。
杨福愉先生长期围绕膜脂-膜蛋白相互作用及其调控机理开展系统、深入的原创性研究。提出镁离子通过改变膜脂流动性影响ATP酶的结构与活性模型,为膜脂物理状态影响膜蛋白的结构与功能提供清晰的实例;在此基础上开展跨膜钙离子浓度梯度调节膜蛋白的构象与活性的研究,揭示膜脂物理状态调控钙ATP酶及G蛋白偶联跨膜信号转导通路的新机制;发现胰凝乳蛋白酶不只是消化酶,还介导溶酶体-线粒体细胞凋亡新途径。同时,杨福愉先生非常重视基础理论研究与实际应用的结合。曾在核爆炸现场承担放射生物学科研任务,总结出的慢性放射病早期诊断生化指标为核安全打下基础;用“匀浆互补法”预测农作物杂交优势,为促进农业增产提供科学依据;开展克山病病因的研究,提出“克山病是一种心肌线粒体病”的观点等。在研究中,杨福愉先生善于以多学科交叉融合的研究方法从不同层次开展研究,研究成果彰显开拓性、富于原创性。杨福愉先生在国内外学术期刊发表科研论文200余篇,出版《生物膜》等专著2部,在国际上产生深远影响,获得广泛承认,先后获得国家自然科学奖、中国科学院自然科学奖、何梁何利奖等重要奖项。
杨福愉先生重视学术团体、学术会议、学术期刊在科学研究中的重要作用,曾任中国生物物理学会理事、中国生物化学与分子生物学学会副理事长、北京市生物化学与分子生物学学会理事长、《生物物理学报》主编等职,积极推动1981年首届全国膜生物学讨论会举办,并担任首届会议大会主席。
杨福愉先生重视青年人才培养。作为2013年中国生物物理学会贝时璋杰出贡献奖得主,杨福愉先生于2018年向贝时璋奖捐款30万元,用于表彰后续贝时璋青年奖获奖者,表达了老一辈科学家对生物物理学领域青年科技工作者的殷切期望。
先贤虽去,风范永存。杨福愉先生的家国情怀与学术精神将永远指引我们奋斗!
杨福愉先生千古!
(感谢黄有国研究员为此文撰写提供历史线索和整理、凝练素材。)
2023, 50(1):6-17. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0075
摘要:ERI-1是一种3"→5"核糖核酸外切酶,具有一个类ERI-1_3"hExo结构域和一个SAP结构域,在真核生物中保守存在。ERI-1最初是在筛选秀丽隐杆线虫dsRNA敏感性增强突变体时发现的,是RNAi的重要调节因子。ERI-1通过与外源性RNAi组分竞争Dicer协调内源RNAi和外源性RNAi,并促进特定内源性siRNA的生成,且该功能为线虫特有。其还通过核酸外切酶活性降解siRNA及miRNA,负向调控RNAi。裂殖酵母ERI-1通过降解异染色质相关siRNA的水平,参与调控异染色质的形成。ERI-1在rRNA的加工和成熟中发挥重要作用。此外哺乳动物ERI-1在细胞周期S期末期降解组蛋白mRNA,从而推动细胞进入G2期。本文从结构、功能等方面概述了ERI-1调控多种RNA代谢的机制,探讨了其进化丢失问题和应用前景并对后续研究提出了建议。
2023, 50(1):18-24. DOI: 10.16476/j.pibb.2021.0403
摘要:骨关节炎是一种涉及所有关节成分(包括关节软骨、软骨下骨、滑膜、韧带、关节囊和关节周围肌肉)的关节退行性疾病,会导致严重的残疾,其中最常见的是膝骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)。外泌体是一种由不同细胞分泌的直径为40~100 nm的胞外囊泡,可以传递DNA、微小RNA、mRNA、蛋白质等多种物质,并通过多种方式进行细胞间的信息传递和功能调节。间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)可以从骨髓、脂肪、滑膜及外周血等组织分离,是一类具有多向分化潜能的祖细胞,以干细胞为基础的疗法可以修复软骨损伤,对抗KOA的发展,间充质干细胞能够分泌多种营养因子来调节受损的微环境,其中间充质干细胞来源的外泌体被认为在KOA炎症反应及软骨细胞代谢中发挥着重要的作用,其能够调节膝骨关节微环境中B细胞、T细胞、滑膜细胞、软骨细胞代谢及其细胞外基质的分解与合成平衡,维持软骨稳态。近期有多项研究表明,不同组织来源的间充质干细胞外泌体对骨关节炎均有明确的治疗作用,本文就MSCs来源的外泌体治疗KOA的具体机制进行综述,以期对干细胞治疗KOA提供理论依据。
李春婵 , 杨佳佳 , 刘近贞 , 郑晨光 , 田裕涛 , 何峰 , 明东
2023, 50(1):25-37. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0144
摘要:帕金森病是仅次于阿尔茨海默病的第二大常见神经退行性疾病,临床常用的治疗方法为药物治疗和神经外科手术。然而,目前尚无确切的方法阻止疾病的发展,新的治疗方案亟待探索。超声波因其具有非侵入性、高空间分辨率和高穿透性的特点,现已被广泛关注并用于帕金森病的治疗之中。近些年兴起的磁共振成像(MRI)引导聚焦超声消融技术、MRI引导聚焦超声开放血脑屏障给药技术、低强度聚焦超声调控技术和声遗传技术都已经在临床研究或临床前动物模型中取得可喜的成果。本文从以上4个方面综述近5年经颅超声技术在帕金森病治疗中的主要进展,并对其中的一些科学问题进行了探讨,以期为研究帕金森病发病机制和治疗方案的同行提供参考。
张宸 , 何峰 , 张浩 , 王学 , 宋西姊 , 许敏鹏 , 明东
2023, 50(1):38-46. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0087
摘要:仿脑组织体模是指可以有效模拟人脑组织形状、性质的等效材料组织或数字模型,可以在实验中代表人脑组织的某些生理特性从而达到特定的研究目标,根据其物理形态,通常可分为固体、液体、数字体模3类。仿脑组织体模具有安全经济,配置简单并且可重复使用的优势,被广泛应用于脑部疾病诊断、系统安全性评估等研究。本文就仿脑组织体模的分类、物理特性和脑科学研究应用3方面进行论述,在阐述当前仿脑组织体模与真实脑组织存在一定性质差异的同时也说明其在替代真实脑组织实验上有良好的应用前景。
2023, 50(1):47-56. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0118
摘要:半导体材料与氧化还原类酶的杂化体系已成为近年来研究的热点,为工业生产、环境治理等领域提供了全新的思路与方向。本文从半导体的选择、杂化系统中酶的应用、牺牲剂的种类3个方面系统地介绍了组成杂化系统的各种组分,总结分析各个组分的特点和在系统中的作用。并以“半导体-固氮酶”、“半导体-氢化酶”、“半导体-CO2还原酶\CO脱氢酶”3种杂化系统为例,介绍了不同杂化系统组成和反应特点。简要地描述了杂化系统的工作过程与“牺牲剂-半导体-酶”直接途径、“牺牲剂-半导体-介体-酶”间接途径两种不同的电子传递途径,指出了现有研究在半导体材料毒性、电子利用效率等方面的局限,并提出该系统在仿生细胞器研究、优化反应链等方向上的前景与展望。
2023, 50(1):57-66. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0085
摘要:白脂素(asprosin,ASP)是新发现的一种禁食诱导的升糖激素,由脂肪细胞产生和分泌,并作用于多种组织器官,发挥重要的调控作用。ASP的异常表达,诱发了代谢综合征的发展,此外,ASP还对生殖功能具有一定影响。运动可引起ASP水平的变化,但其影响结果还存在争议。因此,长期和深层次地研究探索ASP在代谢综合征和生殖中的机理以及运动对ASP的确切作用可以为防治慢病和提升生殖潜能提供新思路。
2023, 50(1):67-77. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0070
摘要:白介素-27(interleukin-27,IL-27)是由p28亚基和Epstein-Barr病毒诱导的基因3(Epstein-Barr virus-induced gene 3,EBI3)构成的异源二聚体细胞因子。IL-27具有多重生物学功能,它通过激活下游Janus激酶信号转导/转录激活因子(Janus kinase signal transduction/transcriptional activator,JAK/STAT)、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinases,MAPK)等信号参与调节机体免疫反应、细胞自噬、成骨细胞(osteoblast,OB)和破骨细胞(osteoclast,OC)分化等过程。最新研究证实其在促进脂肪细胞(adipocyte,AD)产热、提高胰岛素敏感性等方面同样具有重要作用。本文就IL-27的结构和生物学功能进行综述,旨在为IL-27的研究和应用提供参考。
2023, 50(1):78-86. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0108
摘要:脑卒中是由脑血管阻塞或出血引发的急性脑血管病,约84%的临床脑卒中患者由脑缺血引起。研究表明,自噬广泛参与并显著影响脑卒中病理生理进程。自噬是一个将陈旧蛋白质、损伤细胞器及多余胞质组分等呈递给溶酶体进行降解的代谢过程,其包括自噬的激活、自噬体的形成和成熟、自噬体与溶酶体融合、自噬产物在自噬溶酶体内消化和降解等过程。自噬流通常被定义为自噬/溶酶体信号机制。最近发现,自噬流障碍是导致缺血性脑卒中后神经元损伤的重要原因,而在自噬过程中任一步骤发生障碍均可导致自噬流损伤。本文重点对自噬体-溶酶体融合的机制,以及该机制在缺血性脑卒中后发生障碍的致病机理进行详细阐述,以期基于自噬体-溶酶体融合机制对神经元自噬流进行调节,进而诱导缺血性脑卒中后的神经保护。本文可为脑卒中病理机制研究指明方向,为脑卒中治疗探寻新的线索。
2023, 50(1):87-99. DOI: 10.16476/j.pibb.2021.0390
摘要:情绪图片能比中性图片产生更好的记忆效果。然而近年研究发现,对于复杂场景图片,情绪诱发的记忆增强并非单一的过程,而包含两个相反的现象:情绪信息既可能选择性地增强场景中具有情感色彩的中心记忆,并带来背景记忆的下降,诱发情绪记忆权衡效应;也可能同时增强中心和背景记忆,诱发情绪记忆拓宽效应。两种现象的发生取决于记忆信息特性(情绪效价、中心-背景联结程度)及记忆过程(编码、巩固和提取)相关的诸多因素,而其背后的机制仍未明晰。当前该领域存在情绪记忆权衡是否是一种不由注意所介导的自动化过程的争论,另有少数研究考察了与记忆权衡效应相关的脑网络,而针对记忆拓宽效应机制的研究仍较为匮乏。未来需从行为和神经层面,对比情绪诱发的记忆权衡与拓宽效应的发生机制,针对二者的自动化特性、涉及的记忆表征形式等问题深入研究,并将这些效应拓展至空间之外的维度,以系统揭示情绪信息选择性增强记忆现象背后的深层原因。
2023, 50(1):100-108. DOI: 10.16476/j.pibb.2021.0395
摘要:人脑每时每刻都要接收大量视觉信息,由于人脑加工信息的能力有限,所以在较大视野内将注意分配给相关信息,同时抑制引起注意分散的不相关信息,对执行目标导向的行为至关重要。这种对视觉信息的选择性和主动性加工以适应当前目标的过程被称作视觉注意(visual attention),且视觉注意可分为自上而下的注意与自下而上的注意两种不同功能。由于来自大脑电信号的神经振荡活动在认知加工中发挥重要作用,已有研究综述了视觉注意与神经振荡(neural oscillation)的密切关系,但并未涉及不同的注意功能与神经振荡的关系。本文系统性调查了不同注意功能与神经振荡的关系,发现额-顶区域的theta频带振荡活动反映了自上而下的认知控制,而后部脑区的theta振荡与自下而上的注意相关。顶-枕区域alpha振荡的偏侧化有助于注意分配,而alpha频带的大规模同步促成了注意对视皮层自上而下的影响。Beta振荡介导了自上而下的信息与自下而上的信息之间的互动,作为信息载体促进了视觉信息处理。Gamma振荡则可能与自上而下和自下而上的注意间整合相关。本文就视觉注意功能与神经振荡关系的研究现状展开综述,旨在揭示不同的神经振荡活动在特定的视觉注意功能中的作用。
2023, 50(1):109-125. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0004
摘要:蛋白质组学基于质谱数据鉴定肽段和蛋白质,从而给出基因表达的直接证据,帮助解析蛋白质的结构和功能,研究蛋白质与疾病的关系,提供靶向治疗方案,而这些都取决于鉴定的肽段和蛋白质的准确性。蛋白质组学常采用目标-诱饵库方法(target-decoy approach,TDA)对鉴定的肽段和蛋白质进行质量控制,并对其进行改进演化后应用到子类肽段(比如突变肽段和修饰肽段等)和交联肽段等特殊鉴定结果的可信度评价中。然而,TDA存在两个局限,即错误率估计值不够准确以及不能评价单个鉴定结果的可信度,经过TDA质量控制后的结果还需要进一步检验,因此领域内也提出了一系列其他方法(本文统称为Beyond-TDA方法),协同加强肽段的可信度评价。本文对数据依赖模式下采集的质谱数据肽段层面的TDA常规方法和特殊方法进行了综述,对Beyond-TDA方法进行了分类阐述,并总结了各种方法的优势与不足。
李润泽 , 姚尧 , 冯珂珂 , 杨硕 , 李佳丽 , 程轶峰 , 尹绍雅 , 徐桂芝
2023, 50(1):126-134. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0041
摘要:目的 重复经颅磁刺激(rTMS)技术已广泛应用在临床中,实现对神经、精神类疾病的治疗,特别在抑郁症、强迫症中取得较好的临床治疗效果。近年来越来越多的研究将其应用于帕金森病(PD)的辅助、康复治疗,以期缓解患者的运动症状改善运动功能。目前临床中多以PD统一量表、运动任务评估rTMS对运动症状的辅助治疗效果,缺乏对高频rTMS刺激调控作用机制的探究。方法 本研究采用10 Hz rTMS刺激肢体症状始发侧对侧初级运动皮层(M1),对比分析刺激前后各脑区神经元活动及其连接性的变化,研究高频rTMS刺激初级运动皮层对PD患者大脑神经元活动的调节作用。结果 运动皮层beta振荡增加、gamma振荡降低(P<0.05),额、顶叶脑区间连接性减弱(P<0.05)。结论 10 Hz rTMS主要改变了PD患者beta、gamma振荡,其中运动皮层beta、gamma神经振荡的变化可能与磁刺激对运动功能的改善作用有关,而前额叶gamma振荡的变化可能是磁刺激抑制神经元异常放电活动调节患者运动控制功能。
2023, 50(1):135-144. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0013
摘要:目的 β分泌酶1(BACE1)是阿尔茨海默病患者脑中淀粉样蛋白(Aβ)产生的关键酶。肌养蛋白聚糖 (dystroglycan,DG)帮助星形胶质细胞的终足锚定在脑血管上,形成一道支持血脑屏障的胶质界限。一项无靶标蛋白质组学研究指出BACE1可能会下调DG的表达水平。本文旨在研究BACE1能否调控DG的蛋白质水平及其可能的调控机制。方法 利用瞬时转染法在HEK-293T细胞系和原代培养的小鼠星形胶质细胞中表达目的蛋白。通过蛋白质免疫印迹分析目标蛋白质的相对水平。利用基因荧光定量和免疫共沉淀技术探索BACE1调控DG的潜在机制。结果 在HEK-293T和原代小鼠星形胶质细胞中引入BACE1会使DG β亚基(β-DG)的蛋白质水平显著降低。在HEK-293T细胞中,β-DG蛋白水平的下降依赖于BACE1的酶活性。结论 在HEK-293T细胞和小鼠星形胶质细胞中,BACE1使β-DG的蛋白质水平下降。
徐汪洋 , 黄丽珊 , 姚舜 , 黄子祥 , 张力 , 张辉 , 王业杨
2023, 50(1):145-153. DOI: 10.16476/j.pibb.2021.0319
摘要:目的 本研究旨在探讨细胞外基质刚度变化对神经干细胞(neural stem cells,NSCs)分化的影响及其作用机制。方法 本研究基于成功构建脊髓损伤大鼠模型,并制备不同刚度(0.7 kPa、40 kPa)的聚丙烯酰胺凝胶基底,将大鼠原代NSCs于不同刚度基底上培养。压电型机械敏感离子通道组件1(piezo type mechanosensitive ion channel component 1,Piezo1)shRNA质粒转染NSCs细胞。免疫荧光染色检测神经元标志物双皮质醇(doublecortion,DCX)和星形胶质细胞标志物胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)阳性细胞百分比。免疫组织化学及蛋白质免疫印迹(Western blot)法检测损伤组织及NSCs细胞中Piezo1蛋白的表达水平。结果 与0.7 kPa基质刚度组相比,40 kPa基质刚度组中DCX阳性细胞数增加,而GFAP阳性细胞数减少,Piezo1蛋白表达量上升。脊髓损伤大鼠损伤组织Piezo1蛋白表达显著高于空白对照(sham)组。40 kPa基质刚度条件下沉默Piezo1后,DCX阳性细胞数减少,而GFAP阳性细胞数增加,差异具有统计学意义(P<0.05)。机制研究发现,沉默Piezo1导致IV型胶原及纤连蛋白表达下降。重组纤连蛋白逆转了Piezo1 shRNA对NSCs分化的影响,即DCX阳性细胞数增加,而GFAP阳性细胞数减少。结论 综上可见,硬基底刚度通过促进Piezo1蛋白表达,上调IV型胶原及纤连蛋白表达,从而调控NSCs细胞分化。本研究为基于生物材料治疗脊髓损伤提供了新的视角。
2023, 50(1):154-164. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0068
摘要:目的 外泌体是细胞外囊泡的一种,被认为是一种生物信息载体。本文探究在AFM检测下淋巴瘤患者血浆中外泌体的物理特性。方法 从不同亚型淋巴瘤患者的外周血中提取外泌体,首先利用静电吸附法将分离的外泌体固定在云母基质上,然后应用原子力显微镜(AFM)扫描获取外泌体的多参数图像。在纳米/微尺度上,取得外泌体的形貌与力学信息并统计比较。结果 利用AFM表征单个外泌体的力学信息。其中,表面黏附力图像显示,外泌体边缘的能量耗散高于中心部分,因此具有显著边缘效应,来自不同亚型淋巴瘤患者的血浆中外泌体杨氏模量存在差异。结论 血浆中外泌体可被提取并在经过处理固定后可被AFM捕获并测量,血浆外泌体有望成为肿瘤诊断及治疗的新型生物标志物,外泌体的物理特性可能与其生物学性能存在关联。
杨宇熹 , 高中宝 , 曹振 , 李斯伟 , 张笑 , 刘伟 , 朱颖 , 周瑾
2023, 50(1):165-173. DOI: 10.16476/j.pibb.2022.0042
摘要:目的 植入式脑机接口在神经疾病的治疗方面已经得到了广泛应用,治疗的效果依赖于与神经组织接触的电极。与刚性材料制作的电极相比,碳基微纤维电极尺度小、生物兼容性好、组织炎症反应小,可以减少植入后的异物反应,改善神经记录信号的信噪比,可以长期保持稳定的电极特性。方法 本文设计了一种柔性碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)纤维电极的修饰方法,该方法采用电化学聚合的方式可以将聚3,4-乙烯二氧噻吩(poly(3,4-ethylenedioxythiophene),PEDOT)薄膜沉积到CNTs纤维电极上,作为微电极涂层。为了证明修饰涂层在电极表面具有良好的机械稳定性,对修饰电极进行了超声处理。此外,本文将PEDOT薄膜沉积到ITO玻璃上,评价了PEDOT薄膜的生物相容性。结果 恒电流方式在CNTs纤维电极表面沉积的PEDOT涂层降低了电极的电化学阻抗,提高了电极的电化学性能,且PEDOT沉积的时间越长阻抗减少的幅度越明显。对电极进行超声处理后,电极的电化学阻抗没有产生显著变化,说明超声处理后PEDOT涂层剥离较少,证明了修饰涂层在电极表面具有良好的机械稳定性。最后,细胞实验表明,PEDOT薄膜具有与ITO导电玻璃相当的细胞相容性。结论 PEDOT薄膜可以提高CNTs纤维电极的稳定性,有望提高脑机接口系统的寿命和可靠性,具有应用于长时间记录神经电信号的前景。
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