要闻2022年度“生命科学与医学部十大研究进展”揭晓

liukai · 发表于 2023-12-27 09:42:45

　　1. 项目名称：数据驱动的蛋白质从头设计人工智能药物设计https://www.neotrident.com/创腾科技专注于生命科学和材料科学信息化解决方案20余年，已助力国内千余家研发机构/企业提效降本、提升合规水平。我们为用户提供ELN电子实验记录本在内的实验过程管理、研发数据挖掘与深度利用、分子模拟与人工智能AI建模的一站式、多场景数字化智能化解决方案。

　　主要完成人：刘海燕，陈泉，黄斌，许洋，胡秀红，李厚强，刘宇枫，张璐，王炜伦

　　项目简介：刘海燕团队长期深耕计算结构生物学领域，十余年持续积累攻关，建立了一条全新的蛋白设计路线。基于数据驱动原理建立用人工神经网络表示的统计能量模型，首次实现并实验验证能够在氨基酸序列待定的前提下连续广泛地搜索主链结构空间，自动产生有高可设计性的主链结构，通过此设计路线成功设计多个具有自然界不存在的全新结构的人工蛋白。团队还在国内外率先用深度学习方法实现了高实验成功率和高结构精度的氨基酸序列从头设计。以上研究在蛋白质设计这一前沿科技领域实现了关键核心技术的原始创新，为按需设计工业酶、生物材料、生物医药蛋白等功能蛋白奠定了坚实的基础。相关成果分别于2022年2月和7月发表在《Nature》和《Nature Computational Science》上。

　　2. 项目名称：光促进幼年脑发育的神经机制

　　主要完成人：薛天，鲍进，胡佳希，史逸铭

　　项目简介：婴儿在成长发育早期与外部世界的信息交互（尤其是视觉）对促进大脑高级认知功能的发育十分重要。本项目发现光通过 ipRGC激活视网膜至下丘脑神经环路，提升了脑脊液中的催产素浓度，进而促进了幼年大脑的突触生成及成年后小鼠的学习能力。该项目的特色：全面解析了发育早期光感受促进脑高级认知区域神经元突触发育的分子、细胞和神经环路机制。本项目的创新点：揭示幼年光感受对成年后脑高级认知能力的影响，受到国内外的广泛关注，研究成果以“Melanopsin retinal ganglion cells mediate light-promoted brain development”为题于2022年8月发表在《Cell》杂志。《Cell》杂志在同期将本工作作为亮点推荐，并特邀领域内专家撰写点评；《Cell Research》等杂志也对本工作做了重点报道。该成果提示公共卫生研究应关注新生儿发育所处的光环境，探索适合新生儿大脑发育的护理环境。

　　3. 项目名称：介导肿瘤免疫抑制的神经内分泌新通路及治疗新靶点

　　主要完成人：周荣斌，江维，胥月丽，颜家贤，唐任宏

　　项目简介：以PD1抗体为代表的免疫检查点治疗取得了举世瞩目的疗效，但其适应的肿瘤谱和治疗响应率仍不尽人意，需要从新的角度揭示肿瘤免疫抑制机制并寻找新的免疫治疗路径。该项目另辟新径，发现机体感应应激反应的神经中枢“下丘脑-垂体轴”可分泌α-MSH激素活化其表达于骨髓造血前体细胞上的受体MC5R，诱导髓系造血和免疫抑制细胞产生以维持肿瘤免疫抑制微环境。阻断α-MSH-MC5R路径可以逆转肿瘤免疫逃逸并抑制肿瘤生长，甚至使PD-1抗体无效肿瘤转化为敏感肿瘤。该研究揭示了一条介导肿瘤免疫抑制的新的神经内分泌通路（下丘脑-垂体-骨髓（HPB）轴），并提示MC5R为潜在的肿瘤免疫治疗新靶点。该成果在《Science》杂志以“First Release”的形式在线发表题为“Pituitary hormone α-MSH promotes tumor-induced myelopoiesis and immunosuppression”的研究论文，报道了下丘脑-垂体轴及其产生的激素α-MSH在介导肿瘤诱导的髓系造血和免疫抑制中的关键作用。靶向MC5R的小分子药物已经实现成果转化（合同金额1.15亿）。

　　4. 项目名称：声音镇痛的神经机制

　　主要完成人：张智，周文杰，唐皓迪

　　项目简介：慢性疼痛的临床治疗远不能满足患者需求，尚缺乏有效的治疗手段和药物。张智课题组聚焦疼痛的多系统调控研究，期望从多系统的角度发现镇痛新方案。最近研究发现，特定强度的声音具有镇痛效应，解析了听觉和痛觉系统结构上的连接和调控方式，并揭示其介导音乐镇痛的机制，成果以“Sound induces analgesia through corticothalamic circuits”为题发表于《Science》杂志，这些研究将为临床应用音乐治疗疼痛、情绪和睡眠等疾病提供理论基础。此外，张智课题组发现疼痛可以降低饮食，解析了痛觉系统和饥饿感觉系统的神经投射结构，阐明了疼痛环境下饮食欲望降低的新机制，研究成果于2022 年发表于《Nature Metabolism》杂志。以上工作均从临床现象出发，动物实验探究机制，对镇痛的药物靶点和物理治疗途径的研发具有重要的科学和临床研究价值。

　　5. 项目名称：急性基底动脉闭塞血管内治疗临床研究

　　主要完成人：胡伟，刘新峰

　　项目简介：急性基底动脉闭塞所致的脑卒中最为凶险，致死致残率高达70%。国际上对该病治疗存在巨大争议，有效治疗手段匮乏。本项目主要完成人胡伟历时5年开展ATTENTION研究，发现血管内治疗方式较药物治疗可显著改善此类患者预后，降低致死致残率，相关成果分别于2022年5月和10月发表在医学界顶级期刊《Circulation》和《The New England Journal of Medicine》上。本项目先后采用多中心队列和高质量随机对照试验的方法，牵头并率领全国几十家中心，全球首次发现并证实发病12小时内血管内治疗能够明显提高急性基底动脉闭塞患者预后。降低死亡率。该项目产生了轰动全球的划时代成就：改变国际卒中救治现状，有望改写指南；改变世界对我国卒中诊疗现状的认知；对中国卒中研究的发展起着巨大的推动作用。

　　6 项目名称：植物生长素极性运输的分子机理

　　主要完成人：孙林峰，刘欣

　　项目简介：孙林峰团队利用冷冻电镜技术首次揭示了植物生长素极性运输蛋白PIN1的高分辨率三维结构，系统阐释了该蛋白运输生长素和被特异性小分子抑制的机制，解决了困扰该领域上百年的关键科学问题，为理解植物生长发育、向光性和向重力性生长等关键生命过程奠定了基础，也为未来设计开发针对该蛋白的新型除草剂和生长调节剂、服务农业生产提供了重要帮助。PIN1蛋白的结构解析是依托中科大生物医学科学“双一流”学科建设搭建的高端冷冻电镜平台产出的重要成果，为未来平台相关技术的深入提升和广泛应用提供了重要参考。相关成果以“Structural insights into auxin recognition and efflux byArabidopsisPIN1”为题于2022年8月发表在《Nature》杂志。

　　7. 项目名称：空间转录组分析算法系统性评估

　　主要完成人：瞿昆，黎斌，张文，郭闯

　　项目简介：作为2022年《Nature》杂志评选的七大值得关注的技术之一，空间转录组技术可以在保留细胞空间位置信息的同时解析细胞的全转录组信息，是深入解析组织器官内细胞的生物学功能的强大工具。然而目前技术上无法真正实现单细胞分辨率，因此生物信息学家设计多种算法整合空间转录组与单细胞转录组数据，来预测单细胞精度的全转录组信息。在此项研究中，瞿昆课题组收集45对同一组织来源、基于多种技术类型的空间转录组与单细胞转录组数据集并构建32个模拟数据集，设计多项指标，从准确性、鲁棒性、计算资源耗时等多维度系统性评估16种空间组学整合算法的性能，从中总结最佳算法的共同特征，为研究人员进一步提升算法性能奠定了基础，同时帮助研究人员为处理自己的数据选择最佳的分析工具。相关成果于2022年在《Nature Methods》杂志发表题为“Benchmarking spatial and single-cell transcriptomics integration methods for transcript distribution prediction and cell type deconvolution”的文章。

　　8. 项目名称：酒精和大麻协同导致运动失调的神经机制

　　主要完成人：熊伟，邹桂昌，夏菁

　　项目简介：精神活性药物如酒精和四氢大麻酚Δ9-tetrahydrocannabinol (THC)，被广泛报道通过靶向中枢神经系统导致运动失调。大量国际研究报道，大麻和酒精经常会被同时使用，导致更加严重的运动障碍。美国国家公路交通安全管理局（National Highway Traffic Safety Administration of the United States）曾发表声明称，混合使用酒精和大麻会导致比单独使用酒精或者大麻产生更严重的运动障碍，造成更多恶性交通事故。虽然大麻和酒精的联合使用引起的毒性强化已引起社会广泛关注，但这种协同强化的神经机制仍不清楚。熊伟教授课题组在《Nature Metabolism》期刊在线发表了题为“Combined alcohol and cannabinoid exposure leads to synergistic toxicity by affecting cerebellar Purkinje cells ”的研究论文。该研究揭示了酒精和大麻素化合物靶向小脑浦肯野细胞突触前的大麻素受体CB1R和突触外的甘氨酸受体esGlyR从而协同导致运动失调的神经机制，并提出开发基于esGlyR的新型药物，为临床治疗酒精和大麻滥用提供了新的思路。

　　9. 项目名称：新型抗生素递送系统防止肠道菌群紊乱及相关疾病

　　主要完成人：朱书，王育才，张国荣，汪沁

　　项目简介：抗生素在治疗细菌性感染、拯救无数人的同时，也导致大量的副作用，包括诱导肠道菌群紊乱、慢病以及抗性基因积累导致超级细菌产生。本工作利用菌群主要分布在肠道后端及葡萄糖转运体(SGLT1)分布在肠道前端的特点，首次开发了一种葡萄糖修饰的纳米颗粒包载的抗生素递送系统(PGNPs-ABX)。PGNPs利用表面的葡萄糖分子靶向小肠前端高表达的SGLT1，实现抗生素在近端小肠空间被快速吸收；PGNPs-ABX能够更有效的治疗肺部和血液中的细菌感染，且无明显毒副作用；通过口服PGNPs-ABX，很好的保护了小肠和大肠的共生菌群，避免了肠道菌群紊乱和菌群紊乱导致的肥胖，以及耐药菌株、耐药基因的积累。这种新型的口服抗生素给药方式，有望解决口服传统抗生素带来的副作用以及增加部分抗生素的生物利用度差的问题。朱书教授与王育才教授团队在《Nature Biomedical Engineering》期刊上发表了题为“Glucosylated nanoparticles for the oral delivery of antibiotics to the proximal small intestine protect mice from gut dysbiosis”的文章。该研究开发了一种新型口服抗生素递送载体，该载体能够高效促进抗生素的口服吸收，同时有效降低抗生素对肠道菌群稳态的破坏。该研究成果已申请国家及PCT发明专利。

　　10. 项目名称：代谢酶ENO1调控肝癌的新机制

　　主要完成人：张华凤，张通

　　项目简介：肿瘤的代谢重编程是其主要特征之一，ENO1是糖酵解途径重要的代谢酶，其异常表达驱动多种癌症的发病。近期，我们发现ENO1能够抑制铁离子调节蛋白（IRP1）的表达来调节铁离子稳态，进而影响HCC的进展。机制上，ENO1作为RNA结合蛋白招募CNOT6促进IRP1 mRNA的降解，导致转铁蛋白Mfrn1的表达受到抑制，最终抑制线粒体中铁离子诱导的铁死亡现象。通过体内外实验并结合临床病人样品的分析，我们发现IRP1和Mfrn1作为抑癌基因发挥作用。这一研究阐明了ENO1/IRP1/Mfrn1调控轴在癌症发病中的重要作用，揭示了ENO1的非经典功能以及IRP1、Mfrn1抑癌基因的角色，为后续癌症的临床靶向治疗奠定了理论基础。相关研究结果以“ENO1 suppresses cancer cell ferroptosis by degrading the mRNA of iron regulatory protein 1”为题于2022年发表在《Nature Cancer》杂志上。