作者:赵永新 江南 周炜 徐海涛 来源:人民日报 发布时间:2018/2/22 10:26:51
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我国科学家再获多项研究成果

 

《 人民日报 》( 2018年02月22日 01 版)

肺泡发育之谜揭开

本报北京2月21日电 (记者赵永新)日前出版的国际学术期刊《发育细胞》以封面文章的形式,发表了北京生命科学研究所汤楠实验室的研究论文。该研究在世界上首次采用活体成像技术,直观、实时地观测了肺泡的发育过程,提出了一个机械力和生长因子共同调控肺泡发育的全新模型。

肺泡的发育过程非常复杂,汤楠实验室经过3年多的持续努力,成功实现了对小鼠活体及体外培养胎肺的实时、动态成像,并经过8—10小时的连续实验,完成了对肺泡发育过程的实时观测。

业内同行认为,汤楠实验室的重要发现不仅为体内很多干细胞的增殖分化研究提供了新的思路,也为预防和治疗肺发育不全等相关疾病提供了重要参考。

抑郁症研究获重大突破

本报杭州2月21日电 (江南、周炜)新春佳节之际,我国医学科学研究领域传来佳讯,浙江大学胡海岚团队在抑郁症研究方面获重大突破。2月15日,《自然》杂志同期刊发该团队的两篇研究长文,揭示了快速抗抑郁分子的作用机制,推进关于抑郁症发病机理的认知,并为研发新型抗抑郁药物提供多个新的分子靶点。

现代社会,抑郁症已成为影响人类生活最严重的精神疾病之一,全球发病率达11%。该研究发现了大脑中特殊部位的特殊放电模式与抑郁症的关系,首次揭示了外侧缰核的特殊放电方式——簇状放电,是抑郁症发生的充分条件。

《自然》杂志评审人对这一系列重大突破给予很高评价,《自然》和另一顶级期刊《科学》还为这两项工作配发了评论文章。

量子芯片研制有新进展

据新华社合肥2月21日电 (记者徐海涛)记者从中国科学技术大学获悉:该校郭光灿院士团队近期在半导体量子芯片研制方面获得新进展,在国际上首次实现了半导体体系中的三量子比特逻辑门操控,为未来研制可扩展、可集成化半导体量子芯片迈出坚实一步。国际应用物理学权威期刊《物理评论应用》日前发表了该成果。

开发与现代半导体工艺兼容的半导体全电控量子芯片,是当前量子计算机研制的重要方向之一。该团队通过理论计算分析,成功实现了世界上首个基于半导体量子点体系的三电荷量子比特逻辑门,进一步提升了量子计算的效率。

《物理评论应用》审稿人认为,这项工作是半导体量子点量子计算方向的一个重要进展,将引起学界对该领域极高的研究热情。

我国科学家首次采用活体成像观测技术——

揭开肺泡发育的秘密

本报记者 赵永新

《 人民日报 》( 2018年02月22日 12 版)

俗话说“人活一口气”,氧气和二氧化碳在人体内的交换,就是通过数以亿计的肺泡和它们周边的毛细血管共同完成的。那么,在人体胚胎发育过程中,肺泡是如何形成的?羊水缺少和早产后使用呼吸机的胎儿,为什么容易落下肺功能发育不全的病根?

我国科学家的一项新发现揭开了谜底,为预防、治疗相关疾病提供了新的思路。日前出版的国际学术期刊《发育细胞》以封面文章的形式,发表了北京生命科学研究所汤楠实验室的研究论文。该研究在世界上首次采用活体成像技术,直观、实时地观测了肺泡的发育过程,并进一步阐明了肺泡上皮细胞的分化机制。

弄清肺泡发育过程意义重大

300年前,科学家们发现,在肺脏中存在无数个环形的蜂窝状空腔,从外界吸入的氧气和人体代谢中产生的二氧化碳,就是在这些空腔中完成交换的。“这些中空的囊泡,就是肺泡。”汤楠介绍说,就像我们平时看到的树干—树枝,气管分化为支气管,支气管经过20多级反复分枝,形成无数更细微的细支气管;在它们的末端膨大成囊,囊的四周有很多突出的小囊泡,这些小囊泡就是肺泡。

汤楠介绍,肺泡是由单层上皮细胞构成的,非常非常薄,最薄的地方只有40纳米左右。“构成肺泡的上皮细胞主要有两种:扁平的一型细胞和立方体状的二型细胞。其中,一型细胞主要行使气体交换功能;二型细胞除了分泌表面活性物质、降低肺泡的表面张力,同时还是成年肺泡的上皮干细胞,肺泡受损后可以增殖、分化为一型细胞,从而让肺泡再生。”

“肺功能发育不全、慢性阻塞性肺、肺纤维化、呼吸衰竭等疾病,都与肺泡关系密切。”汤楠说,“因此,搞清楚肺泡上皮祖细胞的分化过程和分化机制,对于肺泡研究和预防、治疗相关疾病至关重要。”

完成对肺泡发育过程的实时观测

汤楠介绍,尽管科学家们很早就认识到肺泡上皮细胞正常分化对人的生存和正常生活至关重要,但由于肺泡的发育过程非常复杂,对于肺泡祖细胞分化的具体机制仍知之甚少。经过3年多的努力,研究团队利用双光子显微镜,成功实现了对小鼠活体及体外培养胎肺的实时、动态成像,并经过8—10小时的连续实验,终于完成了对肺泡发育过程的实时观测。

经研究发现,在肺泡祖细胞开始分化之前,部分肺泡祖细胞会在成纤维细胞生长因子的诱导下,向基底侧伸出由肌球蛋白构成的伪足;随后这部分祖细胞的细胞体迁移到终末气管基底侧。随着胚胎的发育,肺的呼吸运动开始增强,羊水被吸入到终末气管中。这种呼吸运动对肺泡祖细胞产生机械力,从而导致没有迁移的那部分肺泡祖细胞被拉伸成扁平状并最终分化成肺泡一型细胞;迁移的那部分肺泡祖细胞则可以抵抗胚胎呼吸运动产生的机械力,并维持了这些细胞的立方体细胞形态,最终分化成肺泡二型细胞。

杜克大学细胞生物系系主任、美国科学院院士布瑞吉德·侯根专门为该论文绘制了肺泡形成以及肺泡上皮祖细胞分化的机制示意图,并撰写评论说:“肺泡的发育机制一直不清楚,一个主要原因是从来没有人实时观察过肺泡的发育过程。这项研究克服了这个障碍。研究通过观察到肺泡祖细胞在肺泡组织发育和分化过程中的改变,提出了一个机械力和生长因子共同调控肺泡发育的全新模型。”

为肺功能不全防治提供新思路

羊水减少和胎儿早产是人体胚胎发育和生育过程中的常见问题,由此导致的肺功能发育不全等疾病至今没有很好的解决办法。

早在1941年,波特博士等国外学者就发现羊水减少可导致严重的肺发育不全。“尽管羊水减少会导致胎儿脸部变形、手脚畸形等问题,但未能成活的胎儿大都会死于肺功能不全。”汤楠说,这就是临床上较常见的波特综合征。“据统计,在胚胎发育中,发生羊水不全的概率大约为8%。但是,羊水减少为什么会导致胎儿的肺功能不全?两者之间有怎样的联系?我们的发现为进一步揭示其中的原因提供了新的解决思路。”

与此同时,一些早产儿在肺泡上皮细胞分化完成前就出生了——这些早产儿出生后肺泡还没有发育好,无法进行正常呼吸。为了让这些早产儿活下来,临床上普遍上呼吸机。使用呼吸机会对胎儿的肺产生压力,这种压力与胚胎正常发育中的压力是不一样的,呼吸机使用不当也会造成终生肺功能不全。汤楠实验室的这一发现,对今后诸如此类疾病的合理预防和治疗提供了重要的参考依据。

干细胞是当前的研究热门,肺功能不全、肺纤维化、慢阻肺等相关疾病也缺乏有效的治疗方案。业内同行指出,汤楠实验室的重要发现不仅为体内很多干细胞的增殖分化研究提供了新的思路,也为预防和治疗相关疾病提供了重要的参考。

浙大团队在《自然》刊发两文

揭示快速抗抑郁分子作用机制

《 人民日报 》( 2018年02月22日 12 版)

本报杭州2月21日电 (江南、周炜)新春佳节之际,我国医学科学研究领域传来佳讯,浙江大学胡海岚团队在抑郁症研究方面获重大突破。日前,《自然》杂志同期刊发该团队的两篇文章,揭示了快速抗抑郁分子的作用机制,推进关于抑郁症发病机理的认知,并为研发新型抗抑郁药物提供多个新的分子靶点。

现代社会,抑郁症已成为影响人类生活的严重精神疾病之一,人们也逐渐认识到,抑郁症并不是简单的心理问题,而是大脑发生了病理性改变。传统理论认为,大脑中和情绪、活力相关的多巴胺、5羟色胺等单胺类递质的减少引起了抑郁症。目前的抗抑郁药物大都基于这一点来进行研发,但这些药物起效的时间往往非常缓慢,需要几周甚至几个月,而且只对20%—30%左右的病人有效。

近年来,科学界注意到,低剂量的氯胺酮会产生快速抗抑郁的效果,起效时间在一小时以内,并且可以在70%以上的难治性抑郁症患者中发挥作用。氯胺酮作用于大脑中的什么部位?它为何能快速起到抗抑郁的效果?这些疑问,困扰着科学家们。

此次,胡海岚团队在《自然》发表的研究长文中,首次揭示了大脑中外侧缰核的特殊放电方式——簇状放电,是抑郁症发生的充分条件。而低剂量的氯胺酮之所以会产生快速抗抑郁效果,正是因为其可以有效阻止这一脑区的簇状放电。但氯胺酮作为一种毒品,在临床上作为抗抑郁药物使用有很大局限,科学家一直在寻找更安全有效的抗抑郁药物。

在同期发表的另一篇论文中,胡海岚团队又揭示了另外一个快速抗抑郁分子靶点——存在于胶质细胞中的钾离子通道Kir4.1,对引发神经元的簇状放电至关重要。

基于此,胡海岚团队在研究中,陆续指出谷氨酸受体NMDAR、T—VSCCs、Kir4.1作为快速抗抑郁分子靶点的有效性,为新的抗抑郁症药物研发提供了新的可能。“虽然药物研发的道路很漫长,但是我们已经看见了曙光,并且迈出了第一步。”胡海岚说。

胡海岚团队2013年曾在《科学》杂志发表论文,揭示大脑外侧缰核“失望分子”βCaMKII在抑郁症中起关键作用。“本次研究我们发现了大脑中特殊部位的特殊放电模式与抑郁症的关系,并找到了可能更适合作为药物靶点的‘抑郁分子’。”胡海岚说。

《自然》杂志评审人对这一系列重大突破给予很高评价:“关于外侧缰核NMDA受体参与介导簇状放电和氯胺酮的抗抑郁作用的发现非常重要、创新,并且具有广泛的意义”,“这篇迷人的论文发现了一种不同寻常的神经元和胶质细胞的相互作用。”《自然》和另一顶级期刊《科学》还为这两项工作配发了评论文章。

 

 
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