科研进展--中国科学院广州分院

　　气候变化正在深刻地影响森林物候，尤其是在北半球。然而，树木径向生长如何响应物候变化仍有待探索。位于北半球的北方针叶林是地球上最大的生物群落之一，其树木生长动态对全球变化意义重大。因此，有必要分析树木生长对物候的具体响应过程，为更大尺度上碳汇潜力的准确评估和森林动态预测提供理论依据。森林生长与全球变化研究组博士研究生康剑在黄建国教授、丁晓纲教授、马倩倩副研究员的指导下，通过构建中亚地区树木年轮年表网络，以北纬49°为界将研究区划分为南北两部分。
　　基于VS模型的模拟结果表明，1959-2010/2016年树木生长季开始时间（SoGS）明显提前。其中，研究区北部SoGS与径向增长呈显著负相关，而南部则没有显著相关性。通径分析结果表明，南北之间的径向增长对更早的SoGS的响应并不一致。在北方，径向增长主要受益于低温限制的缓解，从而提高了累积增长率。而在相对干旱的南方，生长季早期的干旱胁迫通过降低累积生长速率抵消了温度对树木径向生长的积极影响。总的来说，提前的SoGS通过调节累积生长速率来影响树木的径向生长。
　　相关结果以“An earlier start of growing season can affect tree radial growth through regulating cumulative growth rate”为题发表在林学专业期刊Agricultural and Forest Meteorology上（IF5=6.9），森林生长与全球变化研究组博士研究生康剑为论文的第一作者，我园为第一作者单位，广东省林业科学院丁晓纲教授为论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、广东省自然科学基金的资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2023.109738
　　北方(a)和南方(b)的路径图，图中的数字表示标准化路径系数的平均值和标准误差
　　

2023-09-30

华南植物园揭示养分平衡调控土壤激发效应的微生物机制

大气氮沉降导致的土壤养分失衡，会对微生物介导的土壤碳循环过程产生重要影响。然而，养分平衡如何通过与微生物互作，进而影响土壤激发效应（即活性碳输入对土壤有机质分解速率的改变）尚缺乏机制性理解。中国科学院华南植物园恢复生态学任务团队基于广东鹤山森林生态系统国家野外科学观测研究站的长期养分添加控制实验平台，对长期养分添加的豆科和非豆科植物土壤进行了13C标记的葡萄糖培养实验，系统研究了土壤养分添加和植物类型调控土壤激发效应微生物学机制。研究发现：（1）葡萄糖的添加会加快土壤有机质的降解速率，导致正激发效应，而且不受养分添加和植物类型的影响；（2）养分添加对土壤激发效应的影响与植物类型密切相关：在非豆科植物土壤中，只有氮磷同时添加的情况才会导致比对照更高的正激发效应；而对于豆科植物土壤，磷添加和氮磷同时添加均可诱发更高的正激发效应；（3）借助DNA稳定同位素探针和高通量定量PCR技术，发现土壤激发效应与微生物碳利用率的提高密切相关，同时伴随着微生物群落活性、养分循环功能基因丰度和酶活性的提高。研究结果表明，土壤氮磷养分平衡对土壤激发效应影响，依赖于根际微生物群落的组成和功能。该研究揭示了植物与根际微生物群落互作在调控土壤碳循环对养分平衡的响应中的作用，从微生物的角度深化了土壤激发效应调控机制的理解，这对于预测未来气候变化导致的养分输入的不平衡，对区域森林生态系统的潜在影响具有重要的科学价值。
　　相关研究成果近期在线发表在国际学术期刊The ISME Journal（《国际微生物生态学学会杂志》）上。华南植物园恢复生态学任务团队李健博士（现为中国科学院城市环境研究所博士后）为论文的第一作者，刘占锋研究员和朱永官院士为论文的共同通讯作者，中国科学院城市环境研究所、中国科学院沈阳应用生态研究所、中国科学院生态环境研究中心、西澳大利亚大学、田纳西州立大学、巴塞罗那自治州大学和康奈尔大学等单位的研究人员参与了部分工作。本研究得到了国家自然科学基金和中国博士后基金等项目的资助。
　　论文链接：https://doi.org/10.1038/s41396-023-01523-9
　　养分平衡调控土壤激发效应的微生物学机制
　　

2023-09-30

华南植物园对实蕨属植物系统发育和生物地理学研究取得进展

实蕨属是一个泛热带属，主要分布于亚洲和大洋洲岛屿，具有匍匐或短直立的根茎，其叶片顶部常具芽胞，可着地生根行无性繁殖，并具有二形叶片，喜生于山谷水沟旁、密林下阴湿处或攀附于岩石或树干基部，是林下植被的重要组成部分。以前，基于形态学和分子生物学研究证实，当Mickelia被排除在外时， Bolbitis是单系，并确定Bolbitis有三个主要分支。然而，早期的研究是基于相对较少的样本，大多数亚洲物种没有包含在内。结果显示，实蕨属分为四大支：马达加斯加分支、非洲分支、美洲分支及亚洲分支，亚洲为该属的多样性中心（图。每个节点的饼图展示了不同祖先分布概率。
　　
　　实蕨属是一个泛热带属，主要分布于亚洲和大洋洲岛屿，具有匍匐或短直立的根茎，其叶片顶部常具芽胞，可着地生根行无性繁殖，并具有二形叶片，喜生于山谷水沟旁、密林下阴湿处或攀附于岩石或树干基部，是林下植被的重要组成部分。本属曾被归入实蕨科Bolbitidaceae、舌蕨科Elaphoglossaceae、藤蕨科Lomariopsidaceae中，目前被广泛接受为鳞毛蕨科Dryopteridaceae舌蕨亚科Elaphogloidae的一员。以前，基于形态学和分子生物学研究证实，当Mickelia被排除在外时，Bolbitis是单系，并确定Bolbitis有三个主要分支。然而，早期的研究是基于相对较少的样本，大多数亚洲物种没有包含在内。
　　中国科学院华南植物园植物科学研究中心王发国研究员等科研人员，以鳞毛蕨科实蕨属作为主要研究对象，共选取68种（代表了实蕨属85%的物种）169个样本的叶绿体片段（rbcL, rps4 & the rps4-trnS intergenic spacer, the trnL intron & the trnL-F intergenic spacer），采用贝叶斯法、最大似然法以及简约法构建全球实蕨属系统发育框架。结果显示，实蕨属分为四大支：马达加斯加分支、非洲分支、美洲分支及亚洲分支，亚洲为该属的多样性中心（图1）。
　　结合化石数据和地理分布数据，采用BEAST和RASP进行分歧时间估计及祖先分布区重建，显示实蕨属最早起源于非洲，并向亚洲扩散分布，并在近期（6.59–20.49 Ma）从亚洲经非洲向美洲扩散，形成了当下的泛热带间断分布的格局（图2）。进一步地，以亚洲实蕨属作为主要研究对象，分析其属内多样性形成的可能原因。亚洲实蕨属可分为6个高支持率的Subclade，分别是Heteroclitae subclade，Egenolfianae subclade，Sinuatae subclade，Quoyanae subclade，Bolbitianae subclade，Hekouenses subclade。这些Subclade内部的谱系/物种关系总体上得到了很好的解析，除了Heteroclitae subclade和Quoyanae subclade。其中，已有文献记载的两个杂交种分别来自于Heteroclitae subclade和Quoyanae subclade，结合实蕨属内的形态变异，我们推测自然杂交促进了东亚实蕨属内的多样化形成。
　　相关研究结果已近期发表在Molecular Phylogenetics and Evolution（）。该研究工作由中国科学院华南植物园、中国科学院昆明植物研究所、深圳市兰科植物保护研究中心、密苏里植物园等单位科研人员协作完成，并得到国家自然科学基金的资助。论文链接：http://dx.doi.org/10.1016/j.ympev.2022.107633
　　图1. 基于三个叶绿体片段(rbcL, rps4 & rps4-trnS, trnL & trnL-F)构建的实蕨属及其近缘类群的系统发育树。
　　图1（续）. 基于三个叶绿体片段(rbcL, rps4 & rps4-trnS, trnL & trnL-F)构建的实蕨属及其近缘类群的系统发育树。
　　图2. 实蕨属及其近缘类群的祖先分布区重建。每个节点的饼图展示了不同祖先分布概率。
　　

2023-09-28

Cell & Bioscience︱伽马交流电刺激治疗阿尔茨海默症

为电刺激治疗AD的临床策略和转化应用提供了新的实验依据
　　阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）是一类慢性中枢神经退行性疾病，主要表现为进行性的记忆力减退以及认知障碍，是造成痴呆的重要原因。关于AD病因的β-淀粉样蛋白（Aβ）级联假说认为，Aβ的积累在导致神经元功能障碍和细胞死亡的连锁反应中起着重要作用，从而导致AD患者认知能力下降。近年来采用包括多种生物物理刺激技术：超声、光、电、磁刺激等在内治疗技术，改善AD脑内Aβ超载的治疗研究，推动了延缓和预防AD导致认知功能缺失的治疗研究进展。其中具有代表性的研究采用闪光刺激一定程度调控AD模型小鼠脑电波的伽马振荡异常，改善受损的学习记忆功能。然而最新的研究报道反驳了这一发现，认为闪光刺激并不能调控脑电波伽马振荡，也无法减少AD小鼠脑内Aβ过量沉积或改善AD症状，甚至闪光刺激会引起实验小鼠的情绪排斥。这一研究争论，可能源于闪光刺激这种间接手段。而经颅或颅内交流电刺激则被认为可以直接将刺激电流递送入脑，通过对神经细胞活动的电刺激调节，实现清除Aβ和改善学习记忆功能的治疗目的。
　　近日，中国科学院深圳先进技术研究院刘倩副研究员与美国加州大学戴维斯分校Min Zhao教授，加州大学旧金山分校Theodore Zanto副教授合作在Cell & Bioscience上发表题为的“Intensity-dependent gamma electrical stimulation regulates microglial activation, reduces beta-amyloid load, and facilitates memory in a mouse model of Alzheimer’s disease”的文章。研究首先采用数字建模和有限元建模（FEM）计算了颅内伽马交流电刺激在深脑不同功能脑区的有效刺激电场分布和安全性评价。继而对5xFAD小鼠开展为期4周的程序式颅内伽马交流电刺激治疗，发现该治疗技术能够显著减少皮层和海马中的Aβ1-42沉积并激活小鼠皮层和海马中的小胶质细胞，促进5xFAD小鼠的学习记忆功能呈现以刺激强度依赖式改善。
　　结合该团队前期发表在Alzheimers Res Ther. 2020 12(1):89中的研究成果：颅内伽马交流电刺激能够增强5xFAD小鼠海马和室下区的神经发生，他们持续研究证实了伽马交流电刺激对中枢神经退行性疾病的神经新生和神经免疫激活作用，这些细胞响应可能推动了AD小鼠脑内Aβ的清除，从而实现学习认知和记忆功能的改善，为电刺激治疗AD的临床策略和转化应用提供了新的实验依据。
　　本研究由中国科学院深圳先进技术研究院刘倩副研究员作为第一作者，美国加州大学戴维斯分校的Min Zhao教授和加州大学旧金山分校的Theodore Zanto副教授为通讯作者共同完成。项目研究受到NIH、AFOSR MURI和DARPA研究资助。
　　Fig. Intensity-dependent gamma electrical stimulation regulates microglial activation,reduces beta-amyloid load and facilitates memory in a mouse model of Alzheimer’s disease.
　　文章链接
　　
　　

2023-09-15

IEEE T-MECH | 横着走、强肌肉，深圳先进院研发首款抗阻横向行走锻炼外骨骼

团队研发了国际首款面向横向行走步态的外骨骼，通过在横向行走时施加主动阻力力矩代替弹力带被动力矩，实现髋关节外展肌肉的精准高效锻炼，为抗阻横向行走锻炼提供了智能化新方法。
　　近日，中国科学院深圳先进技术研究院集成所智能仿生中心曹武警副研究员与香港中文大学、上海交通大学、东北大学科研团队合作，在外骨骼机器人领域取得新进展。
　　团队研发了国际首款面向横向行走步态的外骨骼，通过在横向行走时施加主动阻力力矩代替弹力带被动力矩，实现髋关节外展肌肉的精准高效锻炼，为抗阻横向行走锻炼提供了智能化新方法。研究成果以Development and Evaluation of a Hip Exoskeleton for Lateral Resistance Walk Exercise为题，发表在机电一体化领域顶级期刊IEEE/ASME Transactions on Mechatronics（JCR一区，影响因子：6.4）曹武警副研究员为第一作者，吴新宇研究员为通讯作者，中国科学院深圳先进技术研究院为第一单位。
　　髋外展肌肉肌力下降会导致骨盆平衡失调，引起髋部疼痛，并出现腰痛和膝关节痛等症状。抗阻横向行走是髋关节外展肌锻炼增强的重要方式，弹力带横向行走是抗阻锻炼增强髋关节外展肌最常用的康复运动之一。然而，弹力带横向行走锻炼有以下缺陷：在横向行走过程中，阻力不能主动调整，即锻炼强度不受控；锻炼肌肉受姿势、弹力带位置影响，阻力作用的步态相位时段不可控，即锻炼肌肉不精准；且当弹力带穿戴时，前行会受影响，即锻炼与自由前行不可兼得。当前研发的外骨骼都是针对直行步态，横向行走步态与直行步态完全不同，尚无外骨骼可以直接应用于抗阻横向行走锻炼解决上述问题。
　　团队研发了国际首款抗阻横向行走锻炼外骨骼，提出了自动适应不同身高与体重的多连杆机构构型，建立了考虑传递柔性与非线性摩擦力矩的外骨骼与人体耦合系统动力学模型，提出了阻力力矩模糊整定PID控制策略，通过穿戴测试实现了臀中肌与阔筋膜张肌肌肉激活度的提高。
　　为了验证所提控制策略的有效性，分别采用传统PID和模糊整定PID控制策略对外骨骼进行了力矩跟踪实验。结果表明所提出的模糊整定控制策略可以实现对阻力力矩的稳定跟踪，跟踪误差较小且具有更短的调整时间。
　　为了验证外骨骼对髋关节外展肌肉的锻炼效果，比较了不穿外骨骼、穿外骨骼不开电、弹力带和外骨骼主动抗阻(10、15、20 Nm)条件下臀中肌与阔筋膜张肌的肌肉激活度，结果表明：所提出的髋关节外骨骼在主动抗阻（10Nm）条件下，相比无外骨骼横向行走，臀中肌肌肉激活度增加约6倍，阔筋膜张肌激活度增加约16倍。
　　此外，团队基于肌电的横向行走步态识别研究Gait Recognition Based On sEMG And Deep Residual Shrinkage Network在国际机器人领域知名会议IEEE International Conference on Real-time Computing and Robotics （IEEE RCAR 2023）上获得最佳学生论文奖。团队硕士研究生罗明祥为第一作者，吴新宇研究员与曹武警副研究员共同指导学生完成。
　　该系列研究工作得到了国家自然科学基金杰出青年基金项目、中国科协青年人才托举工程项目、国家自然科学基金深圳联合基金重点项目、国家自然科学基金青年项目、深圳市自然科学基金面上项目等项目资助。
　　　　
　　外骨骼代替弹力带实现智能精准抗阻横向行走锻炼
　　
　　抗阻横向行走锻炼外骨骼系统及穿戴示意图
　　髋关节外骨骼控制框图
　　
　　不同控制策略下力矩跟踪效果
　　
　　不同横向行走条件下臀中肌和阔筋膜张肌的肌肉激活度
　　
　　IEEE RCAR 2023最佳学生论文奖证书
　　文章链接
　　

2023-09-26

广州健康院在2022年度广东省科学技术奖评选中再获佳绩

近日，广东省人民政府发布了《广东省人民政府关于颁发2022年度广东省科学技术奖的通报》，220个项目（个人）获奖。其中，中国科学院广州生物医药与健康研究获自然科学奖一等奖和青年科技创新奖各1项。
　　近日，广东省人民政府发布了《广东省人民政府关于颁发2022年度广东省科学技术奖的通报》，220个项目（个人）获奖。其中，中国科学院广州生物医药与健康研究院获自然科学奖一等奖和青年科技创新奖各1项。
　　姚红杰研究团队成果“细胞命运决定的多维染色质层级调控”获自然科学奖一等奖。该获奖成果从三链核酸结构R-loop（一维）、组蛋白修饰（二维）、染色质高级结构（三维）等层面对细胞命运决定中的作用机制进行研究，取得一系列原创性成果。揭示了R-loop与SOX2协同调控细胞多能性获得的分子机制；阐明了组蛋白H2A泛素化修饰在细胞多能性诱导和神经分化中的作用机理；解析了染色质架构蛋白CTCF结合靶序列的特异性，发现CTCF存在短的可变剪接体，并阐明其通过染色质环调控细胞凋亡的机制。项目在Cell Stem Cell、Science Advances、Nature Communications、Protein & Cell等学术期刊上发表论文5篇，研究成果被Cell、Cell Stem Cell、Nature Genetics、Nature Cell Biology等国际顶级期刊正面引用和评价，得到国内外同行广泛关注和认可，有效推动了本领域学科的发展。
　　陈捷凯研究员获青年科技创新奖。作为80后青年科学家，陈捷凯自2011年参加工作以来，围绕国家重大需求，在重编程、干细胞、生物计算等研究领域取得了一系列突出的原创成果。包括发现RNA m6A指导异染色质形成，揭示哺乳动物异染色质调控新机制；自主开发了SOT、scTE 、scDior等生物计算方法，在单细胞水平上“显微观察”每一个细胞的命运变化；优化并揭示体细胞重编程体系及普遍调控规律。这些成果获得了国内外同行的高度认可，推动了相关领域的发展。陈捷凯还是国家杰出青年科学基金项目获得者，国家重点研发计划项目负责人，并作为主要参与人荣获国家自然科学奖二等奖、中国科学院杰出科技成就奖，获授第一届中国科学院青年五四奖章、中国科学院优秀导师等多项荣誉。
　　

2023-09-25

广州健康院在三氧化二砷功能治愈艾滋病领域取得进展

艾滋病（AIDS）是由人类免疫缺陷病毒（HIV）感染引起的慢性传染病。联合国艾滋病规划署最新数据显示，截至2022年，全球约有8560万人感染HIV，4040万人死于艾滋病相关疾病，现仍有3900万艾滋病患者，且该数目依旧在逐年上升。现有的抗逆转录病毒疗法（ART）虽可有效控制血液中HIV病毒的复制，但却无法根除潜伏在免疫细胞中的HIV储存库，患者一旦停止ART治疗，HIV储存库迅速启动转录，造成血液病毒载量的升高，这也是艾滋病无法治愈，患者需要终生服药的原因。因此，亟需研制长期有效甚至完全控制艾滋病（功能性治愈）的新策略。
　　艾滋病（AIDS）是由人类免疫缺陷病毒（HIV）感染引起的慢性传染病。联合国艾滋病规划署最新数据显示，截至2022年，全球约有8560万人感染HIV，4040万人死于艾滋病相关疾病，现仍有3900万艾滋病患者，且该数目依旧在逐年上升。现有的抗逆转录病毒疗法（ART）虽可有效控制血液中HIV病毒的复制，但却无法根除潜伏在免疫细胞中的HIV储存库，患者一旦停止ART治疗，HIV储存库迅速启动转录，造成血液病毒载量的升高，这也是艾滋病无法治愈，患者需要终生服药的原因。因此，亟需研制长期有效甚至完全控制艾滋病（功能性治愈）的新策略。
　　中国科学院广州生物医药与健康研究院、中山大学公共卫生学院（深圳）、广州医科大学附属市八医院等合作，在该领域中取得了新进展，相关研究成果以“Arsenic trioxide-induced apoptosis contributes to suppression of viral reservoir in SIV-infected rhesus macaques”为题发表于国际知名学术期刊Microbiology Spectrum。
　　激活杀伤（shock and kill）策略被认为最有希望治愈艾滋病的策略，即通过使用储存库激活药物激活潜伏的HIV储存库，促进HIV原病毒转录和复制，以便更容易被免疫系统或抗病毒药物识别而清除。三氧化二砷（As2O3，砒霜的主要成分）作为一种有效治疗急性早幼粒细胞白血病（APL）的临床药物。研究团队使用三氧化二砷联合ART治疗猴艾滋病毒（SIV）急性感染猕猴，发现该疗法能够显著延缓艾滋病的疾病进展，甚至部分猕猴停药后长期未出现病毒反弹。同时，对三氧化二砷影响HIV储存库的机制进行探讨，发现三氧化二砷能够影响HIV生命周期的多个过程的基因表达，包括HIV进入细胞、转录起始、感染相关、宿主限制因子。重要的是，发现三氧化二砷具有特异性诱导储存库细胞凋亡的潜能。
　　研究团队前期在SIV慢性感染猕猴中，也发现三氧化二砷显著提升了ART治疗艾滋病的效果（Advanced Science. 2019）。总之，团队在SIV慢性感染猕猴和急性感染猕猴中评价了三氧化二砷对艾滋病的功能治愈效果，也对三氧化二砷影响储存库的机制进行探讨，发现三氧化二砷既能够激活储存库又能够诱导储存库细胞凋亡，同时发挥“shock”和“kill”的功能。该研究有可能提升现有抗艾滋病治疗的效果，对减少抗病毒药物的使用及长期服药的毒副作用以及降低经济负担等具有重大的意义。
　　广州健康院博士后何依籽、广州健康院博士吴春秀、博士研究生刘梓健为该论文的共同第一作者。广州健康院副研究员李平超、特聘研究员陈凌、中山大学公共卫生学院（深圳）教授孙彩军为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院青促会、中国博士后科学基金等的资助。
　　论文链接
　　三氧化二砷在SIV感染猕猴中的功能治愈效果
　　

2023-09-25

中国科学院广州能源研究所获3项广东省科学技术奖

近日，广东省人民政府发布了《关于颁发2022年度广东省科学技术奖的通报》，中国科学院广州能源研究所 “动力锂电池新型有机硅安全电解质材料开发及成果产业化”获技术发明奖二等奖，“地热发电及高效高集成梯级利用关键技术与应用”获科技成果推广奖，王屹研究员分别被授予青年科技创新奖。
　　近日，广东省人民政府发布了《关于颁发2022年度广东省科学技术奖的通报》，中国科学院广州能源研究所“动力锂电池新型有机硅安全电解质材料开发及成果产业化”获技术发明奖二等奖，“地热发电及高效高集成梯级利用关键技术与应用”获科技成果推广奖，王屹研究员分别被授予青年科技创新奖。
　　张灵志研究员作为第一完成人的“动力锂电池新型有机硅安全电解质材料开发及成果产业化”项目获广东省技术发明奖二等奖。该项目开发了新型多功能有机硅电解液材料体系，形成了简单、高效、环保、适合大规模生产的新合成工艺和技术，在锂电池电解液耐高压性能和安全性以及电解液/电极的界面稳定性等方面取得了重要研究成果，开发的新型有机硅氰基电解液突破了商业电解液高温，高压下易燃的安全性瓶颈。相关研究成果得到广东省应用型重大专项、中国科学院人才引进计划、国家基金等项目支持，发表SCI论文30余篇，被授权中国发明专利12件、美国发明专利3件。2013年依托项目成果年成立了广州中科立新材料科技有限公司，开展产业化转化，2015年被广州天赐高新股份公司收购，获500万股权收益。该项目技术成果已实现产业化，取得显著的经济效益，在电动汽车等战略性新兴产业关键储能电池技术和材料方面形成自主创新能力，带动了锂电池产业链上下游企业和地区的经济发展。
　　龚宇烈研究员作为第一完成人的“地热发电及高效高集成梯级利用关键技术与应用”项目获广东省科技成果推广奖。项目针对地热开发利用过程中存在的能源浪费严重、开发利用模式粗放、资源利用率低等突出问题，开展了中低温地热发电、两级吸收式地热制冷、高温热泵、梯级利用系统集成优化等关键技术的研发攻关，取得了立式径向轴流有机朗肯模块化发电等技术创新成果，建成了国内首套地热“发电-制冷-干燥-洗浴-热泵”五级综合梯级利用示范工程，实现了地热资源的高效利用，形成了地热高效开发利用的“丰顺模式”。
　　王屹研究员获广东省青年科技创新奖。王屹长期致力于天然气水合物开采基础理论和工程技术研究。参与建设了国际先进的“深海天然气水合物三维综合试验开采系统”，揭示了天然气水合物分解过程中相变-传热-渗流多场耦合机理；提出了天然气水合物分解优化理论和优化方法，为天然气水合物开采方案优化提供了理论基础和技术方法；建立了天然气水合物开采相似准则，阐明了天然气水合物开采物理模型与开采现场的关联机制。研究成果为中国海域天然气水合物试采工程提供了理论基础和技术支撑。主持10余项国家及省部级项目/课题，发表SCI论文100余篇，包括第一/通讯作者 SCI 论文54篇，篇均影响因子8.3，其中中国科学院一区40篇，他引2327次，Web of Science H 指数32。获国家技术发明二等奖（2018）、广东省自然科学奖一等奖（2019）和广东省技术发明奖一等奖（2014）等科技奖励。获得国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、广东省青年五四奖章、广东省高层次人才特殊支持计划科技创新青年拔尖人才、中国科学院青年创新促进会优秀会员、广州市珠江科技新星等人才项目及荣誉。被授权中国发明专利33件、美国发明专利6件、公开 PCT 专利18件。受邀担任6个国内外学术刊物的编委或客座编辑。
　　

2023-09-25

广州健康院揭示BCL11B与NuRD复合物共同调控T细胞命运的新机制

9月22日，中国科学院广州生物医药与健康研究院李鹏团队和刘兴国团队共同在国际学术期刊EMBO Journal上发表了题为“BCL11B and the NuRD complex cooperatively guard T-cell fate and inhibit OPA1-mediated mitochondrial fusion in T cells”的研究成果，揭示了人成熟T细胞中BCL11B可与NuRD复合物相互作用直接抑制NK细胞相关基因转录，还可间接通过代谢-表观遗传轴维持T细胞命运。
　　9月22日，中国科学院广州生物医药与健康研究院李鹏团队和刘兴国团队共同在国际学术期刊EMBO Journal上发表了题为“BCL11B and the NuRD complex cooperatively guard T-cell fate and inhibit OPA1-mediated mitochondrial fusion in T cells”的研究成果，揭示了人成熟T细胞中BCL11B可与NuRD复合物相互作用直接抑制NK细胞相关基因转录，还可间接通过代谢-表观遗传轴维持T细胞命运。
　　过继性细胞免疫疗法已成为放化疗之后的又一种有效控制肿瘤的手段。近年来，嵌合抗原受体（Chimeric Antigen Receptor, CAR）T细胞作为过继性细胞疗法的代表，对血液肿瘤表现出强劲的抗肿瘤效果，但在实体瘤的治疗上仍不尽人意。优化、改造免疫细胞是提高实体瘤的免疫治疗的新策略。李鹏团队前期研究发现，通过CRISPR/Cas9系统敲除人成熟T细胞中BCL11B可诱导其重编程为类NK细胞（induced T-to-natural killer cells，ITNK细胞）。ITNK细胞同时具有T细胞和NK细胞的表型和功能特征。在体内外具有更广谱和更强效的抗实体瘤活性。初步临床实验（NCT:03882840）结果也表明，患者自体诱导的 ITNK 细胞对复发难治的晚期实体瘤有一定疗效且不会引起任何严重不良反应。因此 ITNK 细胞可作为一种新的细胞来源用于肿瘤免疫治疗，但其强效抗肿瘤活性的分子机制仍不清楚。
　　本项研究发现BCL11B可直接与NuRD复合物关键亚基相互作用，抑制T细胞中NK相关基因的表达。敲除NuRD复合物关键亚基，包括MBD2、MTA2和CHD4均可将人成熟T细胞重编程为ITNK细胞，这些ITNK细胞与敲除BCL11B来源的ITNK细胞具有相似的转录本和抗肿瘤活性，为获得ITNK细胞提供了新的来源。
　　细胞代谢可影响T细胞的分化状态和功能。本研究发现，在T细胞中BCL11B可直接结合在线粒体内膜融合蛋白视神经萎缩1（optic atrophy1，OPA1）基因的TSS区并抑制其转录，敲除BCL11B可上调表达OPA1并介导线粒体融合。融合线粒体促进了ITNK细胞氧化磷酸化（OXPHOS）代谢水平，进而促进ITNK细胞重编程效率和抗肿瘤活性。代谢产物不仅可以作为代谢信号调控细胞生物大分子合成为细胞提供物质和能量，还可作为非代谢信号，通过组蛋白或DNA表观修饰调控基因表达。本研究进一步发现ITNK细胞OXPHOS代谢增强乙酰-CoA水平，高浓度的乙酰-CoA作为组蛋白乙酰化的底物，通过增加NK相关基因及细胞毒性相关基因位点的H3K27乙酰化修饰，促进相关基因的表达，提升ITNK细胞的抗肿瘤活性。
　　本项研究揭示了转录因子BCL11B在T细胞代谢中的重要作用，丰富了 BCL11B在T细胞中的生物学意义。同时，通过解析ITNK细胞的代谢-表观遗传轴，揭示了代谢重塑通过组蛋白表观修饰调控ITNK细胞抗肿瘤活性的分子机制，为进一步提升ITNK细胞临床治疗实体瘤效果提供了新策略。
　　中国科学院广州生物医药与健康研究院博士后廖芮、副研究员邬毅为该论文的共同第一作者。中国科学院广州生物医药与健康研究院李鹏研究员、刘兴国研究员为本论文的共同通讯作者。该研究成果得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。
　　论文链接
　　BCL11B与NuRD复合物共同调控T细胞命运的机制研究示意图
　　

2023-09-23

《PNAS》揭示中尺度涡对南大洋极端温度的增强效应

　　近日, 中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）詹海刚团队在中尺度涡影响海洋极端温度研究方面取得新进展。该研究给出了中尺度涡增强南大洋极端温度的观测证据，揭示了全球变暖背景下中尺度涡对南大洋极端温度的影响正在加剧。相关研究成果以何庆友副研究员为第一作者，詹海刚研究员为通讯作者，发表在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（PNAS，《美国科学院院刊》）上。
　　南大洋贯通全球三大洋盆，对全球海洋环流、生物地球化学循环和气候变化有重大影响。南极绕极流是全球海洋中最强大的洋流系统之一，其强烈的斜压不稳定性导致了活跃的中尺度涡活动。这些涡旋会改变海气界面的热交换以及热量在海洋中的再分配和储存，从而必然会对海洋极端温度产生影响。
　　海洋极端温度严重威胁海洋生物生存和生态系统稳定性。基于卫星观测的研究表明，随着全球变暖，海表极端高温（热浪）的发生频率、强度和持续时间均在不断增加。然而，在环境相对稳定且海洋生物资源最为富集的次表层，由于卫星难以直接观测，我们对于极端温度事件的发生和演变的认知还很有限。
　　研究团队分析了南大洋50多万条历史温盐剖面观测资料和卫星遥感中尺度涡数据，发现尽管反气旋涡（气旋涡）在海洋中的发生频率只有约10%，但发生在涡内的次表层极端高温（低温）比例却高达近50%（图1）。涡旋对极端温度的这种贡献随着深度和扰动温度的增加而增加，并且有着极大的区域差异性。最强的扰动集中在南极绕极流附近（图2），这可能与涡旋跨锋面移动引起的水体裹挟密切相关。
　　南大洋作为吸收人类活动产生的热量和二氧化碳的主要海域，是过去几十年里全球变暖最为显著的海域之一。南大洋变暖速率的南高北低，使南极绕极流锋面的不稳定性增强，从而导致涡动能增加。涡旋活动的增强以及海洋垂向层化强度的增加，使涡内平均温度扰动和极端温度扰动强度均显著增强，且后者速率比前者大一倍（图3）。这些结果表明，在变暖的海洋中，中尺度涡对极端温度的发生和增强的贡献有所增加。同时，涡内温度扰动的增强也意味着海洋温度变化幅度的加剧，这可能促进近表层热量跨梯度向下的混合与输运，从而减缓上层海洋变暖，并促进深层海洋增温。
　　该研究揭示了中尺度涡在驱动海洋次表层极端温度中的重要作用。随着全球变暖的持续，涡旋对海洋极端温度的增强效应还可能进一步加剧。这些研究结果可为我们理解和预测海洋极端温度及其对海洋生态系统和渔业资源的影响提供重要参考。
　　该研究由国家自然科学基金、广东省自然科学基金和中国科学院青年创新促进会项目等共同资助完成。
　　相关论文信息：
　　Qingyou He, Weikang Zhan, Shuqun Cai, Yan Du, Zhiwu Chen, Shilin Tang, and Haigang Zhan*, Enhancing impacts of mesoscale eddies on Southern Ocean temperature variability and extremes, Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023, 120(39), e2302292120, doi:10.1073/pnas.2302292120.
　　文章链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2302292120
　　图1. 南大洋中尺度涡内极端温度扰动概率分布。(a) 温盐剖面历史观测数据空间分布；(b-c) 观测剖面距涡中心距离概率和累积概率分布；(d) 400米深处温度扰动概率分布，其中蓝色、红色和灰色分别为落在气旋涡内、反气旋涡内和总的剖面数量；(e) (d)中温度扰动发生在气旋涡（蓝色）和反气旋涡（红色）内的比率；(f) 不同强度温度扰动发生在气旋涡（蓝色）和反气旋涡（红色）内的比率随深度的变化。
　　图2. 南大洋中尺度涡内温度扰动空间分布。(a-b) 400米深处反气旋和气旋涡内平均温度扰动；(c-d) 反气旋涡内95%分位数极端高温扰动和气旋涡内5%分位数极端低温扰动；(e-f) 极端高温扰动发生在反气旋涡内的比率和极端低温扰动发生在气旋涡内的比率；(g-h) 南印度洋（b中黑色方框）中尺度涡内平均温度扰动断面，灰色等值线为气候态平均温度；（i-j）涡内等密度面上平均位温扰动断面，灰色等值线为深度；(k-l) 南极绕极流区域（g中黑色短线）涡内沿等密面温度扰动分量和总的平均温度扰动对比，阴影为标准差，黑色实线为二者比率。
　　图3. 南极绕极流区域涡内温度扰动变化趋势。(a) 400米深处反气旋涡内平均温度扰动、95%分位数极端高温扰动、和极端高温扰动发生在反气旋涡内比率的时间序列，黑色实线为线性变化趋势；(b) 400深处气旋涡内平均温度扰动、5%分位数极端低温扰动、和极端低温扰动发生在反气旋涡内比率的时间序列；(c-f) 2006-2019年间气旋涡（蓝色）和反气旋涡（橙色）内平均温度扰动，等密面上温度扰动分量、极端低温和高温度扰动、极端温度扰动发生在涡内概率，以及温度扰动标准差线性变化速率，色块为95%置信区间；(h) 红色色块为所统计的南极绕极流区域。
　　

2023-09-22