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本周又有一期新的Science期刊（2018年6月8日）發(fā)布，它有哪些精彩研究呢？讓小編一一道來。
圖片來自Science期刊。
1.Science：揭示局部的細(xì)胞集體行為誘導(dǎo)T細(xì)胞記憶機(jī)制
doi:10.1126/science.aaj1853
細(xì)胞命運(yùn)決定在脊椎動(dòng)物免疫系統(tǒng)的運(yùn)作中起著核心作用。建立有效的獲得性免疫反應(yīng)取決于初始T細(xì)胞（naïve T cell）在識(shí)別同源抗原（cognate antigen）后分化成各種類型的效應(yīng)T細(xì)胞（effector T cell）和記憶T細(xì)胞（memory T cell）以及這些細(xì)胞群體之間的 適當(dāng)平衡。許多研究已表明當(dāng)更多的T細(xì)胞參與這種免疫反應(yīng)時(shí)，效應(yīng)T細(xì)胞和中樞記憶T細(xì)胞（central memory T cell）之間的平衡向有利于中樞記憶T細(xì)胞的方向轉(zhuǎn)變。這種觀察結(jié)果具有群體感應(yīng)（quorum sensing）---細(xì)胞對(duì)它們的群體密度作出反應(yīng)的能力---的特征 。然而，驅(qū)動(dòng)T細(xì)胞中的這種行為的機(jī)制仍然是難以捉摸的。
在一項(xiàng)新的研究中，來自以色列魏茲曼科學(xué)研究所和英國倫敦大學(xué)學(xué)院的研究人員在體內(nèi)和體外觀察到在較高的細(xì)胞密度下，祖細(xì)胞中樞記憶T細(xì)胞（progenitor central memory T cell, pTCM）的分化增加了。然而，活化的T細(xì)胞快速形成密集動(dòng)態(tài)細(xì)胞簇（dense dynamic cluster），從而很難區(qū)分這種密集動(dòng)態(tài)細(xì)胞簇中的局部相互作用和通過可溶性因子進(jìn)行的全局長程相互作用開來。為了克服這種困難，這些研究人員使用活細(xì)胞成像來追蹤微孔陣列中培養(yǎng)的細(xì)胞增殖和分化。這種微培養(yǎng)系統(tǒng)允許對(duì)相互作用的T細(xì)胞和它們?cè)赥細(xì) 胞活化后的狀態(tài)進(jìn)行控制和監(jiān)測。持續(xù)地跟蹤分化和增殖使得他們能夠研究細(xì)胞集體行為（cellular collectivity）的機(jī)制及其對(duì)記憶分化的影響。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年6月15日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Induction of CD4 T cell memory by local cellular collectivity”。
這些研究人員首先利用RNA測序和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)在他們的細(xì)胞培養(yǎng)物中早期形成的pTCM細(xì)胞顯示出業(yè)已確定的中樞記憶T細(xì)胞特征。接著，他們利用這種微培養(yǎng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了pTCM細(xì)胞的分化速率取決于單個(gè)微孔內(nèi)的細(xì)胞數(shù)量：當(dāng)局部的相互作用細(xì)胞的數(shù)量高于一個(gè)閾值時(shí)， 這種分化速率會(huì)顯著增加。進(jìn)一步的分析表明細(xì)胞遵循一種通用的分化軌跡，也依此它們的分化速率持續(xù)地受到相互作用的細(xì)胞的瞬時(shí)數(shù)量而不是簡單地由初存在于每個(gè)微孔內(nèi)的細(xì)胞的數(shù)量或細(xì)胞分裂的數(shù)量的調(diào)節(jié)。通過將實(shí)驗(yàn)操作和計(jì)算機(jī)模擬相結(jié)合，他們證實(shí)這 種觀察到的細(xì)胞集體行為涉及簇集在一起的T細(xì)胞對(duì)細(xì)胞因子IL-2和IL-6的敏感性增加了。
2.Science：重磅！發(fā)現(xiàn)重寫創(chuàng)傷記憶的神經(jīng)元
doi:10.1126/science.aas9875; doi:10.1126/science.aau0035
對(duì)創(chuàng)傷經(jīng)歷的回憶會(huì)導(dǎo)致精神健康問題，如創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙（PTSD），這會(huì)破壞一個(gè)人的生活。據(jù)估計(jì)，當(dāng)前將近三分之一的人會(huì)在他們生命中的某個(gè)時(shí)刻遭受恐懼或應(yīng)激相關(guān)的障礙。如今，一項(xiàng)新的研究在細(xì)胞水平展示了一種療法如何能夠治療長期的創(chuàng)傷記憶。相關(guān) 研究結(jié)果發(fā)表在2018年6月15日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Reactivation of recall-induced neurons contributes to remote fear memory attenuation”。論文通信作者、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）教授Johannes Gräff說，“我們的研究結(jié)果揭示了讓 成功治療創(chuàng)傷記憶變得可能的過程。”
在治療創(chuàng)傷記憶領(lǐng)域，對(duì)恐懼衰減（fear attenuation）是否涉及通過新的安全記憶痕跡（memory trace of safety）或?qū)⒃嫉目謶钟洃浐圹E（memory trace of fear）重寫為安全記憶痕跡來抑制原始的恐懼記憶痕跡，人們長期以來爭論不止。
在這項(xiàng)研究中，這些研究人員發(fā)現(xiàn)大腦中的遠(yuǎn)程恐懼減弱與一組參與儲(chǔ)存這些記憶的神經(jīng)元的活性相關(guān)聯(lián)。通過在小鼠體內(nèi)開展研究，他們發(fā)現(xiàn)這些神經(jīng)元位于大腦海馬體中的一個(gè)被稱作齒狀回的區(qū)域。海馬體參與對(duì)恐懼記憶的編碼、回憶和減少。
這項(xiàng)研究中使用的小鼠經(jīng)過基因修飾后攜帶著一種“報(bào)道基因”，這種報(bào)道基因產(chǎn)生可識(shí)別的和可測量的信號(hào)的--比如一種熒光蛋白，用于追蹤神經(jīng)元活性。通過開展讓這些小鼠產(chǎn)生持久性創(chuàng)傷記憶的恐懼訓(xùn)練，這些研究人員首先鑒定出齒狀回中參與儲(chǔ)存長期創(chuàng)傷記憶 的神經(jīng)元亞群。
這些小鼠隨后接受了減少恐懼的訓(xùn)練---這類似于人類中的暴露治療，暴露治療是如今針對(duì)人類的有效的創(chuàng)傷治療形式。令人吃驚的是，當(dāng)這些研究人員再次觀察這些小鼠的大腦時(shí)，一些在回憶創(chuàng)傷記憶時(shí)有活性的神經(jīng)元（也因此被稱作回憶神經(jīng)元）在這些小鼠不再表 現(xiàn)出恐懼時(shí)仍然是有活性的。重要的是，小鼠更少地不再產(chǎn)生恐懼，就有更多的這些回憶神經(jīng)元會(huì)重新活化。這是提示著相同的神經(jīng)元群體可能參與儲(chǔ)存和減弱創(chuàng)傷記憶。
這些研究人員隨后在暴露治療期間降低了這些回憶神經(jīng)元的興奮性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對(duì)照小鼠相比，這些小鼠表現(xiàn)出較差的恐懼減少。但是，當(dāng)他們降低齒狀回中的其他神經(jīng)元的興奮性時(shí)，就沒有產(chǎn)生這種效果，這就表明齒狀回中的這些回憶神經(jīng)元對(duì)恐懼減弱是至關(guān)重要的 。
3.Science：開發(fā)出人工智能驅(qū)動(dòng)的鬼影細(xì)胞測定儀，不用產(chǎn)生圖像就可高通量識(shí)別和分選細(xì)胞
doi:10.1126/science.aan0096
在一項(xiàng)新的研究中，日本研究人員發(fā)明了一種新的細(xì)胞識(shí)別和分選系統(tǒng)，并稱之為鬼影細(xì)胞測定儀（Ghost Cytometry）。這種系統(tǒng)將一種新的成像技術(shù)與人工智能（AI）結(jié)合在一起以高通量速度識(shí)別和分選細(xì)胞。他們希望他們的方法將用于識(shí)別和分選在患者 血液中的循環(huán)癌細(xì)胞、能夠加速藥物發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)基于細(xì)胞的醫(yī)學(xué)療法的療效。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年6月15日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Ghost cytometry”。
在這項(xiàng)研究中，這些研究人員證實(shí)鬼影細(xì)胞測定儀能夠分選至少兩種不同類型的具有相似大小和結(jié)構(gòu)的細(xì)胞，而且很少發(fā)生分選錯(cuò)誤。鬼影細(xì)胞測定儀能夠以每秒1萬多個(gè)細(xì)胞的速度識(shí)別細(xì)胞，并且以每秒數(shù)千個(gè)細(xì)胞的速度對(duì)細(xì)胞進(jìn)行分類?，F(xiàn)存的細(xì)胞分選機(jī)器不能夠區(qū) 分具有相類似形狀的細(xì)胞類型。人類專家借助顯微鏡通常以每秒少于10個(gè)細(xì)胞的速度識(shí)別和分選細(xì)胞，而且有時(shí)還具有較差的準(zhǔn)確度。
鬼影細(xì)胞測定儀的名稱是指這種技術(shù)分析小光波數(shù)據(jù)的*方式，它無需將任何光數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖片；它是一種不產(chǎn)生圖像的成像技術(shù)。當(dāng)前的識(shí)別不同類型細(xì)胞的方法依賴于這些細(xì)胞的顯微圖片，隨后計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別程序或人類觀察者基于這些顯微圖片對(duì)這些細(xì)胞進(jìn) 行分類。依賴于完整的圖像使得實(shí)時(shí)高通量的細(xì)胞分選成為一種難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。
在鬼影細(xì)胞測定儀中，每次一個(gè)細(xì)胞通過單個(gè)像素檢測相機(jī)下方的狹窄通道，這個(gè)像素檢測相機(jī)檢測每個(gè)細(xì)胞發(fā)出的熒光。這種對(duì)光波的理解無需將它們轉(zhuǎn)換成完整的圖像，這就使得鬼影細(xì)胞測定儀成為一種不產(chǎn)生圖像的視覺系統(tǒng)。配備有機(jī)器學(xué)習(xí)算法的電路與單個(gè)像 素檢測相機(jī)連接在一起，并且學(xué)習(xí)每種細(xì)胞類型的*光波模式以便在10微秒內(nèi)識(shí)別細(xì)胞。這種電路隨后發(fā)送電信號(hào)來推動(dòng)細(xì)胞根據(jù)它們的類型進(jìn)入正確的分選通道。
4.Science：揭示外科手術(shù)促進(jìn)胰腺癌擴(kuò)散之謎
doi:10.1126/science.aao4908
在一項(xiàng)新的研究中，來自美國冷泉港實(shí)驗(yàn)室（CSHL）的研究人員解開了胰腺癌在通過外科手術(shù)已成功切除腫瘤的患者中如何傳播的謎團(tuán)。在接受外科手術(shù)后，患者通常在兩周內(nèi)因術(shù)后應(yīng)激激素（皮質(zhì)醇）水平激增而經(jīng)歷免疫系統(tǒng)耗盡。隨著殺傷性T細(xì)胞水平下降，孤立的 已通過血液循環(huán)擴(kuò)散到肝臟和可能的其他器官中的休眠癌細(xì)胞開始生長或轉(zhuǎn)移。
對(duì)胰腺癌患者而言，外科手術(shù)通常并不是一種治療選擇，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)患者是在原發(fā)性腫瘤已發(fā)生轉(zhuǎn)移后被確診出來的。這有助于解釋為什么僅8％的被確診斷患上胰腺癌的患者在5年后仍然存活著。但醫(yī)生們對(duì)應(yīng)該表現(xiàn)得更好的患者出現(xiàn)不良結(jié)果感到困惑：少數(shù)在確 診時(shí)腫瘤似乎局限于胰腺中的患者應(yīng)當(dāng)適合接受外科手術(shù)治療。在許多這樣的患者中，他們的肝臟在外科手術(shù)過程中接受檢查后看起來是沒有癌癥的。然而在兩年內(nèi)，這些患者中的大多數(shù)會(huì)發(fā)生致命性的轉(zhuǎn)移性癌癥（通常在肝臟中發(fā)生）。
Fearon團(tuán)隊(duì)解釋道，在胰腺癌患者接受外科手術(shù)移除原發(fā)性腫瘤之前，休眠的癌細(xì)胞就已存在于這些患者的肝臟中。它們很可能通過血流到達(dá)肝臟中的。
免疫系統(tǒng)通過檢測存在于癌細(xì)胞外膜上的稱為MHC1和CK19的蛋白來尋找并破壞這些癌細(xì)胞。Fearon團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在胰腺癌患者的肝臟中潛伏的癌細(xì)胞不表達(dá)這些蛋白，因此殺傷性T細(xì)胞無法找到它們。在諸如手術(shù)后外科應(yīng)激（其中肝臟中的T細(xì)胞被耗盡）的情況下，這些休眠 的癌細(xì)胞開始再次表達(dá)MHC1和CK19標(biāo)志物并開始分裂，成為轉(zhuǎn)移性病灶的種子。
5.Science：更大的人類大腦優(yōu)先擴(kuò)張它的思考區(qū)域，但也為此付出代價(jià)
doi:10.1126/science.aar2578; doi:10.1126/science.aat8948
一些人的大腦大小幾乎是其他人的兩倍，但是這是如何發(fā)生的呢？在一項(xiàng)新的研究中，來自美國、英國和加拿大的研究人員整合了3000多人的大腦掃描數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)這些大小的差異與大腦的形狀和組織方式有關(guān)。大腦越大，皮層中的思考區(qū)域增長就會(huì)占據(jù)更多的面積，這 樣的代價(jià)是皮層中的低級(jí)情感、感官和運(yùn)動(dòng)區(qū)域增長相對(duì)較慢。這反映了進(jìn)化和個(gè)體發(fā)育中觀察到的大腦變化模式---區(qū)域顯示出大的擴(kuò)張。他們還發(fā)現(xiàn)將高擴(kuò)張區(qū)域與神經(jīng)元之間的更高連接和更高的能量消耗相關(guān)聯(lián)在一起的證據(jù)。相關(guān)研究結(jié)果于2018年5月31日 在線發(fā)表在Science期刊上，論文標(biāo)題為“Normative brain size variation and brain shape diversity in humans”。論文通信作者為美國家心理衛(wèi)生研究所（National Institute of Mental Health, NIMH）的Armin Raznahan博士。論文作者為Paul Reardon和 Jakob Seidlitz。圖片來自NIMH Developmental Neurogenomics Unit。
為了明確人類大腦的組織結(jié)構(gòu)如何與它們的大小存在關(guān)聯(lián)，這些研究人員分析了來自費(fèi)城神經(jīng)發(fā)育隊(duì)列（Philadelphia Neurodevelopmental Cohort）、NIMH內(nèi)部項(xiàng)目樣品（NIMH Intramural Research Program sample）和人類連接組計(jì)劃（Human Connectome Project） 的青年人核磁共振成像大腦掃描數(shù)據(jù)。
在較大的大腦中顯示出相對(duì)較多擴(kuò)張的皮層區(qū)域位于皮層分層結(jié)構(gòu)的頂部，并且在功能上、在微觀結(jié)構(gòu)上和在分子水平上專門用于整合來自較低級(jí)皮層區(qū)域的信息。Raznahan提出，由于這個(gè)主題貫穿了進(jìn)化、發(fā)育和個(gè)體間的差異，它看起來是一個(gè)根深蒂固的生物學(xué)特征 。
Raznahan解釋道，“并非所有的皮層區(qū)域都是平等的。高擴(kuò)張區(qū)域的生物成本似乎更高。這些額外組織的生長需要生物學(xué)上的‘資金投入’。這些區(qū)域似乎比較貪婪地消耗能量；它們要比低擴(kuò)張區(qū)域使用相對(duì)更多的含氧血液。與能量代謝有關(guān)的基因表達(dá)在這些區(qū)域中更 高。它是代價(jià)高昂的，畢竟除非投入能獲得回報(bào)，不然大自然不可能進(jìn)行這樣的投入。”
6.Science：從結(jié)構(gòu)上揭示tau蛋白與微管之間的相互作用，有助深入認(rèn)識(shí)神經(jīng)疾病
doi:10.1126/science.aat1780
微管在維持細(xì)胞形狀、啟動(dòng)某些形式的運(yùn)動(dòng)、促進(jìn)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)和在有絲分裂期間分離染色體方面發(fā)揮著重要的作用。每個(gè)微管是由十三條平行的微管蛋白原絲組成的空心圓柱體。tau蛋白有助于讓微管保持穩(wěn)定和成束地組裝它們。突變或翻譯后修飾，比如降低tau蛋白對(duì)微 管的親和力的高度磷酸化，被認(rèn)為導(dǎo)致tau蛋白纏結(jié)物形成。
在一項(xiàng)新的研究中，來自美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校的研究人員利用低溫電鏡技術(shù)對(duì)結(jié)合到微管上的天然的全長的成熟的tau蛋白進(jìn)行成像，成像整體分辨率為4.1埃。他們證實(shí)tau蛋白沿著微管蛋白原絲（tubulin protofilament）縱向結(jié)合著， 這一發(fā)現(xiàn)與之前的低分辨率低溫電鏡研究相一致。相關(guān)研究結(jié)果于2018年5月10日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標(biāo)題為“Near-atomic model of microtubule-tau interactions”。論文通信作者為勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室分子生物物理學(xué)與綜合生物成像部門資深科學(xué) 家Eva Nogales。
7.Science：重大突破！揭示的抗癌藥物長春花堿的完整合成通路
doi:10.1126/science.aat4100
自從20世紀(jì)50年代由一個(gè)加拿大研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一種有價(jià)值的天然產(chǎn)物---長春花堿（vinblastine, 也譯作長春堿）---以來，它就一直作為一種抗癌藥物加以使用。它是一種強(qiáng)效的細(xì)胞分裂抑制劑，被用于治療淋巴瘤、睪丸癌、乳腺癌、膀胱癌和肺癌。它是在長春花 （Madagascar periwinkle）的葉子中發(fā)現(xiàn)的。
在一項(xiàng)新的突破性研究中，英國約翰英納斯中心的Sarah O'Connor教授及其團(tuán)隊(duì)在經(jīng)過15年的研究之后，終于在長春花中基因組中發(fā)現(xiàn)了用于合成化學(xué)物長春花堿（vinblastine, 也譯作長春堿）的后幾個(gè)未知的基因。相關(guān)研究結(jié)果于2018年5月3日在線發(fā)表在Science 期刊上，論文標(biāo)題為“Missing enzymes in the biosynthesis of the anticancer drug vinblastine in Madagascar periwinkle”。
在此之前，長春花合成長春花堿的復(fù)雜化學(xué)機(jī)制尚未*得到理解。因此，獲得這種延長壽命的化學(xué)物一直是很費(fèi)力的---它需要大約500kg干燥的長春花葉子來產(chǎn)生1克長春花堿。但是在這項(xiàng)新的研究中，這些研究人員利用現(xiàn)代基因組測序技術(shù)鑒定出這種長春花堿合成通 路中的后幾個(gè)未知的基因。這項(xiàng)研究還鑒定出用于產(chǎn)生長春花堿前體分子---包括長春質(zhì)堿（catharanthine）和水甘草堿（tabersonine）---的酶。人們很容易地利用合成生物學(xué)技術(shù)將這些酶偶聯(lián)在一起用于合成長春花堿。
8.Science：開發(fā)出一種人造視覺系統(tǒng)表征和渲染場景
doi:10.1126/science.aar6170
為了訓(xùn)練計(jì)算機(jī)“識(shí)別”由其視覺傳感器提供的場景元素，計(jì)算機(jī)科學(xué)家通常使用數(shù)百萬個(gè)由人類煞費(fèi)苦心標(biāo)記的圖像。S. M. Ali Eslami等人開發(fā)出一種不需要這些標(biāo)記數(shù)據(jù)的人造視覺系統(tǒng)，并稱之為生成查詢網(wǎng)絡(luò)（Generative Query Network, GQN）。GQN首先使用 從不同視角拍攝的圖像來創(chuàng)建一種場景的抽象描述并了解它的基本要素。 接著，在這種場景表征的基礎(chǔ)上，GQN從一種新的任意角度預(yù)測這種場景看起來什么樣子。
9.Science：揭示對(duì)重疊的記憶印跡進(jìn)行突觸特異性地識(shí)別機(jī)制
doi:10.1126/science.aat3810; doi:10.1126/science.aau0043
每個(gè)記憶都存儲(chǔ)在大腦中*的記憶痕跡中，具體而言就是一個(gè)特定的被稱作印跡細(xì)胞（engram cell）的神經(jīng)元群體中。當(dāng)兩個(gè)記憶相互作用并被編碼在相同的印跡中時(shí)，大腦如何存儲(chǔ)和確定一個(gè)特定記憶的身份？ Kareem Abdou等人使用光遺傳學(xué)再活化和操縱長時(shí)程 增強(qiáng)作用（long-term potentiation）來分析外側(cè)杏仁核中的由相同神經(jīng)元編碼的印跡。突觸特異性的可塑性保證了單個(gè)記憶在相同印跡中的儲(chǔ)存和身份。此外，特定印跡集合之間的突觸可塑性對(duì)記憶印跡蘭形成是必要的和足夠的。
10.Science：發(fā)現(xiàn)一種新型的光合作用
doi:10.1126/science.aar8313
植物和藍(lán)細(xì)菌使用富含葉綠素的光系統(tǒng)復(fù)合物來將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。一些有機(jī)體已適應(yīng)使用更長波長的光子。Dennis J. Nürnberg等人研究了在遠(yuǎn)紅光存在下生長的藍(lán)藻光系統(tǒng)復(fù)合物。這些作者們將這種光系統(tǒng)復(fù)合物中的主要供體葉綠素確定為遠(yuǎn)紅光適應(yīng)酶中的少數(shù) 葉綠素分子之一，這些葉綠素分子發(fā)生化學(xué)變化而改變它們的吸收光譜。動(dòng)力學(xué)測量表明盡管要比大多數(shù)光合生物所用的紅光具有更少的能量，但是遠(yuǎn)紅光能夠直接促進(jìn)水氧化。
11.Science：人類活動(dòng)的干擾使得動(dòng)物越來越喜歡在夜間活動(dòng)
doi:10.1126/science.aar7121; doi:10.1126/science.aau1311
隨著人口的增長，不受我們的影響動(dòng)物而獨(dú)立生活的地方也越來越少?？紤]到我們大多數(shù)人往往晝出，一個(gè)受人類影響較小的領(lǐng)域就是夜晚。Kaitlyn M. Gaynor等人發(fā)現(xiàn)在各地的哺乳動(dòng)物物種---從鹿到郊狼，從老虎到野豬---中，動(dòng)物越來越喜歡在夜間活動(dòng)。各種 各樣的人類活動(dòng)，包括遠(yuǎn)足等非致命性的娛樂活動(dòng)，似乎促使動(dòng)物利用我們不在它們的身邊時(shí)的時(shí)間。這樣的變化可能會(huì)緩解一些壓力，但它們也可能會(huì)產(chǎn)生生態(tài)系統(tǒng)水平的后果。（生物谷 ）
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