2013年2月Nature子刊亮点研究一览

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2013年2月Nature子刊亮点研究一览

1、能量存储：一个制造延展性异常强的电池的方法

Energy storage： Stretching the power

本期Nature Communications介绍了制造延展性异常强的电池的一个策略。通过将合适的材料与可变形的电接头相结合，电池能够可逆延展300%，这对将柔性电子产品推向市场来说可能会至关重要。

实现从机械方面来说具有多用途的便携式电子设备的一大障碍是，设计一种能够经受住弯曲和拉伸、同时又能保持其能量存储性能的电源。John Rogers和他的研究小组通过一组设计标准解决了这一难题。这些标准涉及将电接头夹在几层软质硅橡胶之间，从而做成一种能够轻易拉伸和弯曲的设备。这样一种设计还有一个优势——无接触充电，所以不需要将一个插头连接到设备中。

这些电池所显示出的增强功能，具有使得设计一系列独特设备成为可能的潜力，其中包括机器人皮肤（仿生皮肤）和能够穿戴的健康监测设备。

DOI：10.1038/ncomms2553

http：//www.nature.com/ncomms/journal/v4/n2/full/ncomms2553.html

2、医学研究：用全息模式光遗传刺激恢复视力

Medical research：Unblinding with holographics

本期Nature Communications揭示了通过对视网膜进行全息模式光遗传刺激来恢复小鼠视力的一种方法。该方法与以前的方法相比是一种进步，因为后者缺乏高精度和高分辨率。

电动视网膜假体目前被用来帮助失明人士，但其最好表现受限于电流从目标视网膜细胞向其他地方的扩散，这种扩散导致视觉敏锐度较低。一个用来对视网膜假体中的神经活动进行人工控制的、带有一定模式的光刺激系统预计不会有这种局限性，但这种方法此前尚未被验证过。

Shy Shoham及其同事将全息模式的刺激施加到小鼠完好的视网膜上，这些视网膜被人工致盲，但因被光敏蛋白通道“视紫质”转染，它们对所施加的刺激的敏感性是有选择的。他们发现，视网膜细胞以毫秒时间精度和细胞分辨率对刺激做出反应。

虽然这些研究是在从小鼠身上取下来的视网膜中进行的，但作者希望这一方法今后有一天能够应用于对退化性疾病如“色素性视网膜炎”或与年龄相关的“黄斑部退化”等的临床研究。

DOI：10.1038/ncomms2500

http：//www.nature.com/ncomms/journal/v4/n2/full/ncomms2500.html

3、生理学：血细胞玩饥饿游戏

Physiology： Blood cells play the hunger game

据本期Nature Communications上发表的一项研究，血细胞通过向大脑中特定区域内寻址来控制食欲。该发现为小鼠食欲的控制提供了新见解，并且可能导致进食障碍新疗法的问世。

“脑源性神经营养因子”(BDNF)是一种在脑中产生的蛋白，它在脑中的作用是调控进食行为。BDNF也见于血细胞中，这些血细胞在如炎症等状况下能够迁移到脑中。通过研究血细胞在调控食欲中是否扮演一个角色，Hideto Kojima及其同事发现，节食触发血细胞向下丘脑（一个已知在调控食欲中起关键作用的脑区域）中迁移，在那里它们与该区域的神经元接触，产生BDNF的一个“血细胞特异性变体”。他们接着报告说，血细胞中有遗传性BDNF缺陷的小鼠比正常小鼠吃得多，会发胖，但当这些遗传缺陷通过骨髓移植恢复后，又会降低它们的食物摄取。

DOI：10.1038/ncomms2536

http：//www.nature.com/ncomms/journal/v4/n2/full/ncomms2536.html

4、生物化学：在缺磷环境中保护作物的一个新的脂质分子添加到收藏夹

Biochemistry： Depleting phosphorus starvation

本期Nature Communications报告了一个新的脂质分子，它在保护包括水稻在内的作物防止发生磷耗尽中起一个必不可少的作用。磷是植物不可缺少的一种营养物，但其供应经常是有限的。因此，这一发现对于培育在严酷的、磷缺乏的环境中能增产的植物可能会有用。

植物已形成了几种方式来适应磷有限的环境，其中一些涉及改变叶绿体膜脂质的组成，从而使得吸收磷的能力增强。这一过程被称为脂质重塑。Kazuki Saito及其同事采用“代谢组分析”方法来对脂质重塑进行详细研究，识别出一个新的关键脂质分子GlcADG，它保护植物防止发生磷耗尽。本文作者提出，GlcADG对于维持磷的水平并不是必不可少的，而是有可能帮助创造尽可能最好的条件，让细胞器在不利的、磷供应有限的环境中正常发挥功能。

DOI：10.1038/ncomms2512

http：//www.nature.com/ncomms/journal/v4/n2/full/ncomms2512.html

5、海洋科学：鲨鱼的明亮“光剑”专刺捕食者的眼睛

Marine science： Sharks’ glowing ‘lightsabers’ are for predators’ eyes only

本期Scientific Reports报告，一种小型深水鲨鱼被发现具有异常的生物发光现象。天鹅绒肚黑腹乌鲨（灯笼鲨）背部有发光器官，与其起防卫作用的、矿化的刺状突起相邻，这项研究表明，它可能是阻遏捕食者的一个机制的构成部分。

同很多其他深水生物一样，天鹅绒肚黑腹乌鲨(Etmopterus spinax)腹下能连续发光，以匹配阳光的下沉，这个过程被称为“反照”(counterillumination)。黑腹乌鲨的腹下覆盖着数千个微小的发光器官，它们能发出持续时间很长的、蓝绿色的光。Julien Claes及其同事报告说，这种鲨鱼还能从其背鳍的前部边缘发出一种光，紧贴其刺状突起后面形成显眼的光弧。本文作者利用视觉模拟发现，黑腹乌鲨的潜在捕食者能在几米外探测到由这种鲨鱼背部发出的光，而其主要猎物“缪氏暗光鱼”(Mueller's pearlside)却只能在短距离内做到这一点。这说明，黑腹乌鲨的背部生物发光也许起一种警告信号的作用，来阻遏前来的捕食者（可能是通过将其刺状突起本身照亮来吓唬捕食者的），而又不会影响其捕食猎物。

作者谨慎指出，这些发光器官的功能仍是假设性的，但他们的发现表明，警告性发光和反照（两个明显矛盾的策略）有可能同时出现在一种生物中。

DOI：10.1038/srep01308

http：//www.nature.com/srep/2013/130221/srep01308/full/srep01308.html

6、医学研究：吸烟与阿尔茨海默氏症之间的关系

Medical research： The smoking truths about Alzheimer’s disease

本期Nature Communications上发表的一项研究显示，吸“二手烟”的阿尔茨海默氏症转基因小鼠模型表现出更多的疾病异常。这些发现为了解阿尔茨海默氏症的一个潜在环境风险因素提供了新认识。

阿尔茨海默氏症是西方国家老年人中最常见的老年痴呆症类型。关于尼古丁对阿尔茨海默氏症病理的潜在影响，有很多来自动物研究的矛盾报告。人类流行病学研究曾表明，吸烟也许会增加患阿尔茨海默氏症的风险。然而，迄今还没有研究工作直接关注吸烟对阿尔茨海默氏症病理的影响。Claudio Soto及其同事发现，让转基因小鼠接触香烟所发出的烟（吸“二手烟”），会增加大脑中一些异常的严重程度，而这些异常则是阿尔茨海默氏症的典型特征，如神经炎症以及淀粉样蛋白斑块和有缺陷Tau蛋白的积累等。

本文作者承认，还需要进一步的研究来阐明造成阿尔茨海默氏症病理中相关疾病的机制以及同样效应是否也见于人类等。不过，他们的结果突显了吸烟是一个重要的环境风险因素，不仅对于阿尔茨海默氏症是这样，而且对于其他蛋白折叠疾病也可能是这样。

DOI：10.1038/ncomms2494

http：//www.nature.com/ncomms/journal/v4/n2/full/ncomms2494.html

7、成像：抗癌药物的作用过程观察

Imaging： Watching anti-cancer drugs in action

本期Nature Communications上发表的一项研究报告了对药物在活动物体内、在亚细胞层面分布情况所做的观察。这些发现可帮助提高我们对药物怎样在体内扩散和工作的认识。

当前描述药物在体内分布的模型不具备细胞分辨率，无法解释单细胞行为的差异——这种差异可能是由遗传性质或相邻细胞间的相互作用造成的。利用一个将活体内成像和模拟相结合的方法，Ralph Weissleder及其合作人员分析了抗癌药物“Olaparib”的一个荧光类似物在小鼠肿瘤细胞内的分布随时间所发生的变化。本文作者将他们的发现与人体中类似情况进行了对比，提出他们的工作可提供有关“Olaparib”为什么在最近的临床试验中无效的线索。

作者认为他们的高分辨率方法可应用于其他药物，并且也会有助于了解各种不同疾病背景下的药物作用。

DOI：10.1038/ncomms2506

http：//www.nature.com/ncomms/journal/v4/n2/full/ncomms2506.html

8、材料：用于病毒识别的合成材料

Materials： Synthetic materials for virus recognition

本期Nature Communications报告了制备能够识别病毒的合成纳米颗粒材料的一个策略。这些有机-无机复合材料在超低浓度的水中能选择性识别病毒颗粒，并且有可能导致在病毒生产、诊断和最终在治疗方面的应用。

能够识别小分子的材料已有广泛报道，但病毒的识别却比较难，因为它们比较大。Patrick Shahgaldian及其同事利用病毒本身作为模板，然后在病毒周围生成一层有机硅。将病毒除去后留下一个印记，它具有选择性结合该病毒所需的正确大小和形状。正是这一创建模板的过程导致了这种材料的高性能和高选择性。

DOI：10.1038/ncomms2529

http：//www.nature.com/ncomms/journal/v4/n2/full/ncomms2529.html

9、科学家研发药物降低醉酒小鼠血液酒精浓度

It takes two

据发表在3月《自然—纳米技术》上的一项研究称，科学家发现将两种以上的酶用聚合物薄外壳包裹后使用，可降低醉酒小鼠血液中酒精浓度。这表明这种含有酒精氧化酶和催化酶的人工合成纳米复合物或能提供一种防止饮酒过度导致的肝脏受损的方法。 过度饮酒会导致器官受损甚至引起社交问题的产生。虽然目前有一些预防醉酒的方法，但其效果还未经验证。而许多胶状解毒剂又是针对过量用药开发出来的，这样的解毒剂对于过量饮酒可能没什么足够的效果。

Yunfeng Lu等人研制出一种稳定的酶纳米复合物，这种复合物是将酒精氧化酶和催化酶装入一种薄聚合物外壳，以试验预防醉酒和解酒的效果。为了测试其预防醉酒的作用，研究人员让小鼠同时服用酒精和该纳米复合物，发现在喂食后45分钟时，小鼠体内的酒精浓度下降了10.1%，90分钟时，酒精浓度下降31.8%，3小时后，下降36.8%，而如果只喂食其中一种酶给小鼠（不论是否包裹聚合物外壳），下降比率则要小很多。为了研究其解酒效果，研究人员在小鼠醉酒30分钟后注射了该复合物，发现与让小鼠同时服用酒精和纳米复合物相比，小鼠体内的血清丙氨酸转氨酶（一种可用于监测和判断肝脏健康的酶）降到了最低水平，血液中酒精浓度的下降程度也最显著。

DOI：10.1038/nnano.2012.264

http：//www.nature.com/uidfinder/10.1038/nnano.2012.264
10、神经科学：加快阅读速度的训练可提高阅读理解能力

Neuroscience： A read for speed

据本期Nature Communications上发表的一项研究，能帮助加快阅读速度的一个训练计划可提高有诵读困难症的成年人的阅读理解能力和流利程度。该训练据说能将患有诵读困难症的读者的表现提高到与一般读者相当的水平，并且还让研究人员得出这样一个结论：与阅读相关的过程，比如说认知处理（过程），在成年时期是具有可塑性的。

患有诵读困难症的人与正常人相比阅读速度慢、准确性差。人们曾提出，阅读缺陷的补救措施到成年时期效果较差，因为儿童时期之后大脑的可塑性降低了。Zvia Breznitz及其同事对一个电脑化的阅读加速训练程序进行了试验，参加试验的110名大学生（其中55人患有诵读困难症）被要求在规定时间内完成阅读任务。他们发现，该程序使患有诵读困难症的成年读者和正常成年读者的阅读技能都有所提高，患有诵读困难症的读者的表现与没有接受训练的正常读者的表现相似。这种提高在训练之后保持了六个月。作者报告说，没有重要时间限制的相同训练被证明对学生是无效的。

他们提出，加快阅读速度的训练对两组人来说都能帮助缩小阅读能力之间的差别，因为它能使在阅读中被激活的大脑系统之间实现更好的同步。不过他们也指出，还需要进行成像研究来进一步验证这一理论。这种训练是否会对患诵读困难症的儿童产生相似效果也还有待确认。

DOI：10.1038/ncomms2488

http：//www.nature.com/uidfinder/10.1038/ncomms2488

11、神经科学：大脑怎样适应失聪

Neuroscience： How the brain adapts to deafness

本期Nature Communications上一项研究表明，对聋人来说，通常参与处理语音的大脑区域能适应处理手语所提示的信号。该研究发现，失声使这一大脑区域的一边发生变化，而手语体验则改变另一边。这些结果表明，这一大脑区域能因应不同输入信号改变其功能、同时维持其处理语言的能力。

对先天性聋人来说，神经弹性（或称可塑性，即大脑响应于某些事件而发生的重组）已在颞上回皮层(STC)中被观察到，该皮层是与听觉和语音处理相关的一个大脑区域。Velia Cardin及其同事利用“功能核磁共振成像”(fMRI)来区分在听力和手语能力方面有差别的个体之间皮层变化的不同。他们发现，左侧STC的弹性效应有一个语言起源，是由手语体验决定的，而右侧STC的弹性是由感觉能力的丧失决定的。

这些发现表明，尽管发生了适应性变化，但STC能保持其在感觉层面和认知层面所进行的计算的性质。

DOI：10.1038/ncomms2463

http：//www.nature.com/uidfinder/10.1038/ncomms2463

12、动物学：灵长类动物“欺骗爱情”的行为

Zoology： Love cheat primates revealed

本期Nature Communications上发表的一项研究，首次记录了生活在自然环境中的灵长类动物的战术欺骗行为。

在野生的“狮尾狒”中，争夺交配对象的竞争是始终存在的，并且对该物种的适应性会产生巨大影响。曾有人提出，为了使自己的生殖成功率最大化而“欺骗”其交配对象的个体，会改变其行为以避免被发现，但很少有证据来支持这种欺骗行为。利用对埃塞俄比亚一个野生“狮尾狒”种群的长期观测数据，Aliza Le Roux及其同事对这一假设进行了分析评估。“狮尾狒”已知能发出可以随意控制的交配叫声，而Le Roux的研究小组发现，某些雄性和雌性会控制它们交配时的叫声，同时密切关注作为其群体头领的雄性的位置，以试图掩盖其“不忠”行为。虽然隐瞒信息被认为是一种比主动伪造信号更简单的欺骗形式，但本文作者提出，这种根据听众不同量体裁衣地发出声音的方式意味着，生殖欺瞒可能是战术性的。

除了加深我们对不同行为策略的成本与好处的认识外，这项研究工作中所发现的“狮尾狒”欺骗行为的存在，还使我们能够进一步分析它们社会行为的认知基础和研究其他认知技能，如更高层次的意向性等。

DOI：10.1038/ncomms2468

http：//www.nature.com/ncomms/journal/v4/n2/full/ncomms2468.html

13、唾液酸受体或有助阻断流感病毒传染

Blocking influenza hemagglutinin

宿主细胞膜上的唾液酸受体与一种特定病毒蛋白质之间的相互作用可作为天然抗体的标靶以阻断流感病毒传染，3月，《自然—结构与分子生物学》杂志报道的这项发现为研究治疗药物如何模拟相同的相互作用提供了潜在可能。 Ian Wilson， James Crowe等人获取了三种不同中和抗体的X射线图，每种抗体都与H2N2病毒株中的病毒血凝素蛋白（HA）相结合。所有这三种抗体都嵌入到HA受体结合位点中的空洞里，其所使用的机制相同，并与一种在所有流感病毒株中存在的残基发生接触。

先前研究已认为唾液酸类似物可作为潜在的流感抑制剂，但研究结果收效甚微。结合之前的研究体系，这次研究为利用小型蛋白或小分子复合物开发新的抑制剂提供了新方向。

DOI：10.1038/nsmb.2500

http：//www.nature.com/nsmb/journal/v20/n3/full/nsmb.2500.html

14、生物科学：两个鼻孔比一个好

Biological sciences： Two nostrils are better than one

本期Nature Communications上发表的一项研究论文报告，美国东部鼹鼠用两种不同机制来近距离和远距离定位气味。这些发现为那些强烈依赖于其嗅觉的哺乳动物的嗅觉处理方式提供了新认识。

在很多感觉系统中，来自一个以上输入点（如两只眼睛）的刺激是准确定位目标所必需的。然而，虽然对很多感觉系统来说是如此，但关于这一理论是否也适用于嗅觉系统一直都有很多争议。Kenneth Catania用失明的美国东部鼹鼠来验证这一理论，其方法是：用食物引诱这些动物，并堵住一个鼻孔的输入，或用开口的塑料管使（信号）输入发生交叉。他发现，堵住一个鼻孔会使实验动物转向另一个开着的鼻孔，即便这个鼻孔是远离食物方向的。这种行为表明，它们是被“拉”向开着的鼻孔的。然而，有点儿意外的是，交叉鼻孔（信号）输入使鼹鼠远离食物，尽管它们最终仍然找到了食物。

作者提出，至少对视力很差的动物来说，嗅觉信号的处理需要两个策略：一个用于长距离，另一个用于嗅觉信号梯度相对较大的短距离。他们得出结论认为，与听觉和视觉相似的是，这些信号在脑中的集成在决定刺激所在位置中起关键作用。

DOI：10.1038/ncomms2444

http：//www.nature.com/ncomms/journal/v4/n2/full/ncomms2444.html

15、害怕情绪并非只产生于杏仁核

Neuroscience： A different kind of fear

据3月《自然—神经科学》上的一项研究发现，杏仁核并不是导致人害怕与惊慌的唯一大脑区域。这项研究结论之所以令人吃惊，是因为数十年来，针对人类和动物的研究已证明杏仁核在害怕情绪中起着很重要作用。

Jon Wemmie等人对三名大脑杏仁核受损、没有体验过害怕的罕见病患进行了测试。在吸入二氧化碳后，这三名患者呼吸受到刺激，产生害怕情绪并出现了恐慌性攻击行为。其中一名患者小时候体验过害怕，这是其第二次产生害怕的感觉。先前针对该病患以及有类似问题的病人的研究表明杏仁核受损导致病人在各种害怕刺激实验以及威胁生命的创伤事件中，失去了害怕的感觉。Wemmie等人的这项研究表明杏仁核并不是产生害怕情绪所必须的组织结构。

研究人员仍不清楚为何唯独二氧化碳能在杏仁核缺失的情况下刺激产生出害怕的情绪。但是，大多数能引起害怕的事物都是通过视觉与听觉的方式被投射至杏仁核，从而被感受到。相反，高浓度的二氧化碳是被脑干中的受体感受到并导致一系列生理变化的产生，从而可能刺激到包括杏仁核在内的其他大脑区域。

DOI：10.1038/nn.3323

http：//www.nature.com/uidfinder/10.1038/nn.3323

16、科学家发现可去除金离子毒性的细菌

Striking gold

《自然—化学生物学》杂志报道了一种细菌，可将金离子转化为金粒子。该项研究解释了这种顽强的细菌是如何在特定环境下存活并为制备金粒子提供了新方法。

目前已知代尔夫特食酸菌能生存于金块中，但其如何抵抗金离子产生的毒性却是个未知。Nathan Magarvey等人发现该细菌分泌的一种分子能将金离子聚集一起生成较大的金，失去毒性。他们将该细菌分离出来进行生物信息分析后发现，这种分子名为肽类代尔夫肌动蛋白A。

Magarvey等发现这种蛋白类似于传统的嗜铁素——一种能与离子相结合的分子——实验发现其确实能够吸附离子。但这种蛋白分子能与金离子反应的额外功能，以及该细菌所存在的特殊环境，让人欣喜地认识到这种细菌能让一种常见分子去除掉自然环境下金离子的毒性。

DOI：10.1038/nchembio.1179

http：//www.nature.com/nchembio/journal/vaop/ncurrent/full/nchembio.1179.html