图1INTRODUCTION•✦研究介绍✦•研究背景Background      mRNA疫苗的首次出现可以追溯到20世纪末和21世纪初，但其在疫苗领域的实际应用和突破性进展主要集中在近年来，特别是在应对COVID-19大流行时期。目前，mRNA疫苗在各个领域的研究进展迅速，为传染病、肿瘤等疾病的治疗和预防带来了新的机遇和希望。　　近日，国际顶刊《Science》发布了一篇来自美国Harvard, MIT和麻省总院附属下的Ragon研究所的Facundo D. Batista 团队、William R. Schief 团队联合Scripps 研究所Andrew B. Ward 团队的研究论文，展示了又一重磅的mRNA疫苗，为mRNA疫苗技术在HIV预防中的应用开辟了新天地。（图1）研究意义Significance　　研究人员旨在利用mRNA技术诱导生成针对多种HIV亚型至关重要的广谱中和抗体（bnAbs）前体，为种系细胞靶向激活（germline targeting，GT）和递进式免疫策略在HIV疫苗开发上的可行性提供了证据。通过动物模型，研究者成功诱发了对HIV bnAbs的特异性免疫反应，开辟了开发有效HIV疫苗的新策略。KEYWORDS•✦关键名词✦•生发中心（Germinal Centers,GCs）      是脾脏和淋巴结中B细胞受抗原刺激后发生增殖、分化和抗体类别转换的特殊微环境。在适应性免疫反应(特别是在体液免疫)中扮演着至关重要的角色：1B细胞的亲和力成熟：在GCs内，B细胞通过与抗原的持续接触、T细胞的帮助以及与其他B细胞的竞争，经历体细胞超突变（Somatic Hypermutation, SHM）和抗体可变区的亲和力成熟，从而产生对抗原具有更高亲和力的抗体。2B细胞的选择和分化：GCs提供了一个环境，使得具有高亲和力BCR（B细胞受体）的B细胞得以存活和增殖，而低亲和力的B细胞则被淘汰。此外，GCs还促进B细胞向浆细胞或记忆B细胞的分化。3免疫记忆的形成：GCs有助于形成长期免疫记忆，其中记忆B细胞可以在再次遇到相同抗原时迅速响应，而浆细胞则负责产生大量的抗体以应对当前的感染。4抗体类别转换：在GCs，B细胞还可以经历抗体类别转换（Class Switch Recombination, CSR），改变其产生的抗体类型（如从IgM转换为IgG），以适应不同的免疫需求。RESULTS•✦研究结果✦•一、N332-GT5三聚体蛋白有效激活BG18前体      BG18是针对HIV-1病毒包膜蛋白（Env）上V3环上的甘露糖结构的一种人源化抗体。这种抗体能够有效地中和多种HIV病毒株，是一种bnAbs。研究者利用人源化小鼠模型BG18 gH，来研究疫苗免疫原N332-GT5蛋白三聚体诱导激活的免疫生物学。　　通过流式细胞术分析，发现在未免疫的小鼠中，17.4%的naïve B细胞能够特异性结合N332-GT5，远高于野生型(WT)小鼠。此外，通过表位特异性Fab与GT5和其前身GT2的解离常数(Kd)测量，发现GT5与Fab的结合亲和力远高于GT2。这表明人源化的naïve B细胞在BG18gH小鼠模型中能够结合GT5，并且具有更高的亲和力。通过采用转移的CD45.2 KI BG18gH或WT小鼠到CD45.1 WT动物中，研究者们进一步证实了GT5三聚体蛋白能够特异性地激活BG18 iGL前体，并且这种激活在低频率的BG18前体中也能高效发生。（图2）图2二、N332-GT5蛋白三聚体驱动BG18前体亲和力成熟　　研究者们发现，通过GT5三聚体蛋白免疫的BG18gH小鼠在16和42天检测点时，血清IgG滴度显著高于对照组。通过负染色电子显微镜多克隆表位图谱(nsEMPEM)分析，发现BG18和WT小鼠的血清多克隆抗体(pAb)都接近GT5的V3-糖蛋白表位，但采用了不同的结合姿态。　　此外，通过冷冻电镜EMPEM(cryoEMPEM)获得的高分辨率结构表明，BG18 pAbs通过长的HCDR3与GT5蛋白在V3环底部的保守Gly-Asp-Ile-Arg (GDIR)基序接触，而WT pAb-GT5的相互作用集中在V1环和工程化的糖蛋白空缺处。　　研究者们还观察到在GCs中，GT5免疫后42天的B细胞展示了持续的体细胞超突变(SHM)，这表明GT5三聚体蛋白不仅激活了稀有的BG18gH前体，还促进了它们的亲和力成熟。（图3）图3三、增强免疫原B11和B16　　研究者们设计了两种增强免疫原B11和B16，它们旨在最小化与V1环直接的鼠抗体的交叉反应。　　研究发现，在N332-GT5启动后，BG18类前体抗体获得了对B16和B11增强剂的可检测亲和力，尽管这些亲和力增益远小于GT5。在GT5三聚体蛋白免疫后56天，小鼠接受了5mg的B11或B16三聚体蛋白增强免疫，分析在增强后65天进行。增强后的GCs比仅启动的动物大几倍。这表明B11和B16增强剂能够显著增加GCs的大小，同时保持BG18前体的参与。（图4）图4四、B11和B16促进BG18gH B细胞发生广泛的SHM　　研究者们在B11和B16蛋白增强后35天(即启动后77天)分离了B11和B16 CD45.2结合物，用于B细胞受体(BCR)测序。观察到在CDRs中积累的突变，并且通过增强的SHM推动了增强细胞在第77天的显著多样化。这种多样化导致了大约一半的Fab测量出在B11增强后对B11的亲和力增加，以及在B16增强后对B16的类似部分Fab的亲和力增加。（图5）图5　　其中，"Fab"指的是抗体的抗原结合片段（Fragment of antigen binding），是抗体识别并结合特定抗原表位的关键部分。Fab片段可以作为免疫反应的一部分，通过与抗原结合，调节免疫细胞的活动，影响免疫应答的强度和类型，抗体的特异性主要取决于Fab片段的可变区结构。五、N332-GT5前体激活机制      gp151是指的HIV-1病毒包膜糖蛋白 (Env)的gp120和gp41两个亚基。在疫苗开发中，gp120或gp140常被用作免疫原，目的是激发宿主产生针对HIV-1病毒的中和抗体。研究人员使用先前报道的膜结合gp151三聚体格式，进行了10mg GT5膜结合三聚体mRNA的免疫实验，并在14、28和56天检测点分析了响应。     GT5-mRNA疫苗产生了强大的GCs，这些GCs一直持续到56天检测点。GCs由大量CD45.2 BG18gH B细胞组成，这些细胞在56天时有所下降。大约一半的CD45.2s在所有分析日期的GCs中是表位特异性结合物。通过mRNA作为膜锚定免疫原传递的GT5触发了强烈且持久的体液反应，其免疫原性与蛋白三聚体相似，但可能更可取。它产生了持久的GCs和类似的突变图谱，且负染色电子显微镜多克隆表位图谱（nsEMPEM）结果表明与碱基的脱靶结合较少，这是疫苗设计中的一个积极结果，有助于确保疫苗引发的免疫应答尽可能接近理想状态。（图6）图6六、mRNA启动-mRNA增强方案效果　　在确定了B11和B16蛋白三聚体作为GT5后增强免疫原的有效性以及GT5 mRNA启动相对于GT5蛋白三聚体的免疫原性之后，接下来的研究是发掘膜锚定三聚体对mRNA递送的启动-增强方案的反应，研究人员建立了与蛋白增强剂相同的高频受体模型。发现在增强后的第58天和第78天，增强的GCs比仅启动的动物大得多，并且维持到第78天。因此，mRNA-LNP是引物-增强方案的有效替代递送系统。（图7）图7　　为了表征mRNA引物- mRNA增强序列驱动的多样性，研究人员在增强后36天(即第78天)分离了CD45.2+ B细胞表位特异性结合物，用于单细胞BCR测序。发现LC的使用被限制在一组小鼠κ链中。HCs表现出比GT5 mRNA启动单独时更高的SHM频率，并且CDRs富集了氨基酸突变。此外，已知的bnAb HCDR1突变之外，其他极性和带电残基的突变在HCDR1中也很常见。研究人员还测试了两个在B11 mRNA增强后36天分离的抗体(B11_d78.08和B11_d78.10)，它们对B11有很高的亲和力，测试了它们中和V1环修饰的假病毒的能力。这些抗体能够中和两种V1修饰的假病毒，但它们不能中和WT BG505_T332N病毒，表明mRNA增强的抗体是功能性的，但还没有获得中和完全原生假病毒所需的SHM质量，原生假病毒的中和将需要进一步的BCR修饰。（图8）图8DISCUSSION•✦研究讨论✦•　　HIV的遗传多样性以及广泛中和抗体（bnAbs）的共同进化事件是疫苗开发的主要障碍，此次研究不仅证实了mRNA疫苗平台的强大功能和应用灵活性，也为将来的医疗突破带来希望。　　在这项研究中，研究人员评估了GT免疫原N332-GT5的效力，还评估了它的首次增强免疫原候选物B11和B16。无论是以蛋白质三聚体还是mRNA-LNP的形式传递，GT5都可以有效地启动免疫反应。且mRNA-LNP与蛋白质三聚体相比，可能减少了对非目标表位的结合，表明mRNA-LNP可能是解决HIV疫苗开发中一些主要挑战的有效策略，强调了其在HIV疫苗开发中的潜力，并指出了未来研究的方向。参考文献[1] Zhenfei Xie et al. ,mRNA-LNP HIV-1 trimer boosters elicit precursors to broad neutralizing antibodies.Science384,eadk0582(2024).DOI:10.1126/science.adk0582PROFILEFacundo D. Batista麻省理工学院和哈佛大学拉贡研究所的第一任副主任和科学主任，也是麻省理工学院生物学的第一位 Phillip T. 和 Susan M. Ragon 教授。　　2016 年加入了 Ragon 研究所，开始了一项新的研究计划，将他在 B 细胞和抗体反应方面的专业知识应用于疫苗开发。他在该研究所的部分工作涉及对具有人源化BCR的小鼠进行基因工程。使用 CRISPR/Cas9 进行了重大技术创新，大大简化建造动物模型的流程，这些动物模型可用于候选疫苗的快速临床前测试。END文案 | 姜笑南排版 | 姜笑南发布｜姜笑南世界生命科学大会RECRUIT关注我们，获取生命科学学界前沿｜促进更多的学术交流与合作业界前沿｜促进更快的产品创新与应用政策前沿｜促进更好的治理实践与发展

图1INTRODUCTION•✦研究介绍✦•研究背景Background　　肠道细菌因其直接影响宿主生理，在人类健康和疾病中发挥重要作用，一直是生命科学研究的热门领域。最近的研究表明，肠道细菌组成、宿主表型和与性和应激相关的类固醇激素水平之间存在相关性。但肠道细菌化学修饰类固醇的方式以及由此产生的代谢物如何影响宿主健康仍不清楚。　　近日，哈佛医学院A. Sloan Devlin等人在《Cell》发表论文《Gut bacteria convert glucocorticoids into progestins in the presence of hydrogen gas》。表明肠道细菌产生的主要气体氢气（H2）可以促进肠道微生物组的高度还原性代谢和次生代谢物的产生，揭示了肠道细菌将一类宿主产生的类固醇转化为另一类具有不同生物学功能的类固醇的机制。（图1）研究意义Significance　　此次研究重点是糖皮质激素转化为孕激素的肠道细菌。先前已有报告表明，肠道中黄体酮的形成依赖于微生物群。研究人员探究了肠道微生物群如何进行还原性21-去羟基化并将人胆汁中丰富的糖皮质激素(特别是THDOC)转化为黄体酮，特别是四氢黄体酮(THPs)。发现人类肠道细菌Gordonibacter pamelaeae 和 Eggerthella lenta将3α5αTHDOC转化为THPs。还发现氢气的产生是促进21-去羟基化的必要和充分条件。　　研究人员使用比较基因组学以及同源和异源表达来鉴定THP产生菌株中的一个基因簇，该基因簇在体外和体内共同定殖GF小鼠中负责21-去羟基化活性。此外，发现含有该基因簇的细菌在妊娠后期升高。总之，这些研究揭示了肠道细菌转化类固醇的机制。为未来研究细菌孕激素产生如何影响宿主生理，特别是在怀孕期间和怀孕后的工作奠定了基础。（图2）图2METHODS•✦研究方法✦•本文综合运用了细菌培养、分析化学、基因组学、转基因表达、动物实验和统计分析等多种方法，系统地研究了肠道细菌将皮质醇转化为孕激素的机制。RESULTS•✦研究结果✦•一、THPs的产生与富集　　研究人员开发了一种基于超高效液相色谱(UHPLC)的UHPLC-MS/MS串联质谱方法。该方法能够分离皮质激素和黄体酮异构体，可以在生物样品中分别定量THDOC和THP异构体。　　SPF雄性小鼠对比发现，GF雌性小鼠粪便中THPs的总水平显著降低。通过对人胆汁进行靶向皮质激素谱分析，从平均浓度推测，3α5αTHDOC可能通过21-去羟化转化为孕激素3α5αTHP或异孕酮。　　为了验证肠道细菌是否能将3α5αTHDOC转化为THPs，研究人员分别用小鼠和人的相关粪便样本与3α5αTHDOC共培养，结果表明，小鼠和人类肠道细菌都可以21-去羟基化3α5αTHDOC产生孕激素。（图3）图3　　孕晚期孕妇粪便中的THP水平比男性和未怀孕女性粪便中的THP水平高出两个数量级，同时可检测到黄体酮和孕烯醇酮。（图4）图4二、21-去羟基化3α5αTHDOC的细菌　　研究人员试图从人类粪便微生物群落中分离和表征21-去羟基化的细菌物种。首先发现21-去羟基化活性依赖于培养基中精氨酸(Arg)的存在。通过粪便菌群的培养和正交试验，获得了可以催化21-去羟化反应的菌株，Gordonibacter pamelaeae DSM 19738。　　随后，发现将Gordonibacter pamelaeae DSM 19738与肠道共生菌E. coli Nissle 1917 (EcN)一起培养可显著提高其活性，而EcN本身不能21-去羟基化。　　还发现多个Eggerthella lenta菌株在与EcN共培养中也产生了不同水平的THP。说明E. lenta同样可以21-去羟基化3α5αTHDOC，且该活性是由EcN诱导的。（图5）图5三、EcN诱导21-去羟基化的潜在机制　　参考先前文献，研究人员通过实验证明了氧化还原电位的差异与21-去羟基化活性相关。但添加氧化还原剂或者氧化酶的方法，并不会导致21-去羟基化。　　在孵育48小时后对E. lenta 14A和EcN单培养物和共培养物进行了扫描电子显微镜(SEM)成像，观察到共培养物中的21-去羟基化作用。共培养过程中，E. lenta 14A与EcN之间没有明显的物理相互作用，说明两种细菌之间的诱导21-去羟基化并不需要接触。　　研究人员将真空过滤和注射器过滤（保留气体）的EcN单培养48 h的无菌上清液加入E. lenta 14A。发现只有注射器过滤的上清液才能诱导大肠杆菌21-去羟基化。这提示可能是EcN产生了一种气体，从而产生了相应的作用。　　　进一步实验证实，该气体就是氢气(H2)。在含H2的厌氧环境下,E.lenta即使单独培养也表现出强的21-去羟化活性；而缺乏产H2能力的E.coli突变株则不能诱导E.lenta的21-去羟化。　　另外，在pamelaeae或E.lenta 14A和EcN共培养中，检测到增效产氢，表明协同效应可能是共培养条件下21-去羟化大幅增强的原因。研究人员还量化了人类粪便群落中H2气体的产生，与此前报道相符，人类微生物群落可以是H2气体的净生产者，并进行21-去羟基化。（图6）图6四、支持21-去羟基化的基因簇　　比较基因组学分析，发现所有21-去羟化菌株都含有四个基因簇Elen_2451 - Elen_2454。进一步的研究发现，Elen_2453被标注为一个依赖于钼的钼酸盐氧化还原酶，并表明该酶可能是该簇中的主要酶单位。在簇中的其他基因中，Elen_2452被注释为4Fe-4S铁硫结合域蛋白，可以作为电子载体将电子传递给氧化还原酶；Elen_2451被标记为甲酸脱氢酶家族附属蛋白FdhD；Elen_2454被标记为一个SPFH结构域带7家族蛋白。　　同源和异源表达研究验证了该基因簇在赋予21-去羟基化活性中的作用。Elen_2451 - 2453编码的蛋白质能够使非生产者G. uro进行21-去羟基化，而Elen_2454对于该生物体的21-去羟基化活性必不可少。（图7）图7五、21-去羟基化菌群在孕妇中富集　　宏基因组测序显示，怀孕受试者粪便中菌群丰度有所提高。差异属水平丰度的组成分析表明，Gordonibacter是怀孕供体样本中唯一显著富集的属，而Bacteroidetes门成员Bernardetia在非怀孕供体粪便中的丰度更高。在差异丰度的补充测试中，通过基于装配的分类分析确定的Eggerthella和Gordonibacter属的总水平在孕妇中明显高于非孕妇。还发现，Elen_2451-2454同源物的归一化基因丰度在妊娠供体的粪便中明显更高。此外，THPs浓度与Elen_2451-2454同源物的丰度呈正相关。这些数据表明，在怀孕后期，含有Elen_2451-2454簇的细菌水平较高，微生物组可能有助于在晚期孕妇的胃肠道中观察到高水平的THPs。（图8）图8六、体内验证实验　　研究人员将妊娠供体P7的粪便微生物群移植(FMT)到雌性GF小鼠中。随着时间的推移，可以观察到THPs的微生物产量持续增加。体内实验表明，孕妇体内的微生物群足以在胃肠道中产生THPs。　　当含21-去羟化基因簇的E.lenta菌株在与E.coli共定殖无菌小鼠肠道后，也可诱导粪便中THP水平升高。将GF小鼠与生产者E. lenta 14A(含簇菌株)和EcN或非生产者E. lenta A2(缺乏簇菌株)和EcN共定殖，得到的数据为Elen_2451-2454基因簇负责21-去羟基化活性的假设提供了额外的支持。（图9）图9DISCUSSION•✦研究讨论✦•　　通过对21-去羟基化的探索，研究人员发现了氢气在促进肠道细菌次级代谢中的作用。在此之前，很少有报道讨论氢气如何影响肠道微生物代谢。不过，氢气是如何促进21-去羟基化的，这是一个有待于进一步研究的问题。研究人员提到，未来的研究需要在严格的厌氧条件下使用纯化的酶复合物来确定氢气促进21-去羟基化的确切机制。　　另外，产生的代谢物3α5βTHP，也被称为依他诺酮，是GABAA受体的正变构调节剂和甘氨酸受体的负变构调节剂。具有麻醉和抗焦虑作用。虽然不是目前的治疗药物，但也可能潜在地影响宿主的神经系统。　　更广泛地说，这项研究可能会激发未来研究细菌类固醇代谢对宿主的影响。该数据为人类肠道微生物组作为一个额外的内分泌器官的假设提供了更多的支持——肠道细菌产生生物活性代谢物，并影响激素稳态和宿主信号传导过程。参考文献[1] Gut bacteria convert glucocorticoids into progestins in the presence of hydrogen gas.McCurry, Megan D. et al.Cell, Volume 0, Issue 0PROFILEA. Sloan Devlin哈佛医学院生物化学和分子药理学系的副教授　　于 2016 年秋季加入哈佛医学院生物化学和分子药理学系。目前的工作重点是利用有机化学、分析化学、生物化学、微生物学、细胞生物学和无菌动物模型体内实验方面的专业知识来了解人类肠道细菌如何促进健康和疾病。END文案 | 姜笑南排版 | 姜笑南发布｜姜笑南世界生命科学大会RECRUIT关注我们，获取生命科学学界前沿｜促进更多的学术交流与合作业界前沿｜促进更快的产品创新与应用政策前沿｜促进更好的治理实践与发展

图2INTRODUCTION•✦研究介绍✦•研究背景Background　　2024年5月24日，最新一期《Science》中有关大脑的专题，为我们展现了PsychENCODE联盟的研究者们在人类精神疾病研究中取得的一系列最新进展。（图1）图1　　与压力有关的疾病源于遗传易感性和压力暴露之间的相互作用，发生在整个生命周期中。渐渐地，这些相互作用导致人类基因组中的表观遗传修饰，塑造基因和蛋白质的表达。先前的死后脑部研究试图以单组学方式阐明创伤后应激障碍 （PTSD） 和重度抑郁症 （MDD） 与神经典型对照 （NC） 的分子病理学，揭示基因组重叠、性别差异以及免疫和中间神经元信号转导参与。然而，如果没有综合系统方法，理解这些普遍和衰弱疾病的分子基础的进展就会受到阻碍。　　　专题中一篇名为《Systems biology dissection of PTSD and MDD across brain regions, cell types, and blood》的文章，研究了PTSD和MDD的分子病理学，通过整合多区域、多组学分析，揭示了遗传易感性和压力暴露之间的复杂相互作用。（图2）研究意义Significance　　研究人员创建了一个患有 PTSD 和 MDD 和 NC 的个体的大脑多区域、多组学数据库，研究包括杏仁核中央核 （CeA）、内侧前额叶皮层 （mPFC） 和海马齿状回 （DG）三个大脑区域在转录组学、甲基组学和蛋白质组学水平的分子改变。还对超过50,000名英国生物样本库参与者的脑血交叉进行了分析，并与PTSD和MDD的全基因组关联研究结果的精细映射相结合，以区分风险因素和疾病过程。研究数据表明，这两种疾病存在相同和特异的分子病理学，并提出了潜在的治疗目标和生物标志物。（图3）图3METHODS•✦研究方法✦•本文采用了一种综合的系统生物学方法1组学分析：对样本进行了转录组学、甲基化组学和蛋白组学分析，包括基因表达、外显子表达、剪接位点表达、转录本表达、CpG甲基化、蛋白和肽段表达。2统计分析：使用多种统计方法分析组学数据，包括差异表达分析、甲基化差异分析、蛋白质组学差异分析、通路富集分析、多组学因子分析、基因网络分析等。3基因组关联分析：结合PTSD和MDD的全基因组关联研究（GWAS）数据，探究疾病风险和疾病过程基因的交集。RESULTS•✦研究结果✦•一、PTSD和MDD的多区域、多基因组特征　　研究人员对疾病组和NC的细胞类型进行荟萃分析，揭示了两种疾病的多区域、多组性的改变(PTSD，图4；MDD，图5)。图4图5　　大多数通过5%错误发现率(FDR)水平的差异基因表达(DGE)信号在PTSD和MDD的mPFC中都被发现，其中差异表达基因(DEGs)和外显子最为显著。　　在其他脑区，PTSD在DG存在甲基化差异，而MDD在CeA存在甲基化差异。同时，与MDD相比，PTSD的差异表达蛋白(DEPs)和肽略少。两种疾病都存在免疫相关通路的改变，但具体通路和细胞类型存在差异。通过计算PTSD和MDD中FDR显著的不同基因，这些发现得到了进一步证实。二、组学相关性　　在主要的PTSD和MDD分析中，发现在基因、蛋白、MDD肽和外显子跨区域对、CeA-DG对上的PTSD外显子、DG-mPFC对上的PTSD肽和CeA-DG对上的MDD CpGs上存在中度相关性。　　研究人员又进行了亚分析，以区分生理性别和儿童期创伤或自杀死亡的病例。分析显示，性别差异在MDD中更为明显。MDD的男性特异性分析与MDD的主要分析显示强烈相关性。　　此外，在这两种疾病中，儿童期创伤和自杀在两种疾病中都驱动了分子变异，对儿童创伤和自杀的分析显示出与各自的主要分析有很强的相关性。在所有这些分析中，蛋白质和多肽的相关性最低。　　这些观察结果证实了这些因素在整体疾病效应中的作用，并表明不同的多组学特征可能是女性PTSD和MDD发病过程的基础。此外，还强调了表观遗传数据在区分两种疾病方面的重要性(见图4G和图5G)。三、多区域、多组学特征的功能标注　　为了确定疾病相关途径，研究人员基于基因本体(GO)跨组学进行了基因集富集分析(GSEA)。根据每个模态的显著性对途径进行排序，揭示了两个性状中组学层的聚类。在大脑区域内，组学之间的通路显示不存在或弱相关性。不同的组学信号参与不同的途径，并且在组学中，基于转录组学的途径往往在区域和性状之间最为保守。　　转录组学和蛋白质组学特征的空间标注，突出了破译细胞类型特异性的重要性。（图6）图6四、从多区域、多组特征中优选顶级基因和通路　　研究人员整合了基因组特征、大脑区域和性状中的FDR显著信号，共计4469个基因(2677个PTSD、2970个MDD和1178个共享基因)。根据以下三个标准中的至少一个来对这个基因库中的顶级基因进行优先排序:i)多区域，ii)多组，iii)多性状重叠。得到367个合格的基因，被称为“顶级基因”。　　这些基因以及相关通路在多个区域、多个层面上都显示出与疾病的显著关联。这为理解这两种复杂疾病的分子机制提供了深入的见解，并为疾病的诊断、治疗和预防提供了潜在的靶点。五、多区域、多因子视角　　研究人员还揭示了基于RNA的上调、蛋白质的下调免疫相关途径的跨越区域和疾病。这些富集的通路涉及TNF受体超家族的成员，即顶级基因TNFRSF1A，该基因在神经细胞中受GC调控。　　研究还提出了一些潜在的治疗靶点和生物标志物，包括免疫调节剂、神经递质调节剂等。这些发现为疾病的诊断、治疗和预防提供了重要的信息。六、细胞类型特异性　　多组学分析揭示了神经元和非神经元细胞类型在这两种疾病中的明显参与。DEG突出免疫和ECM通路，主要在非神经元外皮质层和轻脑膜。在MDD中，蛋白质的改变在富含神经元的深层更为突出，而甲基化途径的改变影响了两种疾病的神经元过程。此外，snRNA-seq分析显示，神经元和非神经元细胞类型的转录组学都发生了显著变化，揭示了以前未报道的变化。潜在的细胞类型特异性途径显示了区分两种疾病的潜力。DISCUSSION•✦研究讨论✦•　　遗传易感性和下游生物学之间的动态相互作用贯穿整个生命周期。该调查揭示了童年创伤对与这两种疾病相关的风险位点的持久影响，重度抑郁症和创伤后应激障碍与神经退行性疾病有共同的机制通路。　　数据表明，系统生物学方法对于理解应激相关疾病(如PTSD和MDD)背后的脑回路分子改变的复杂性是必要的。将来自多个大脑区域的多组学与其他分子数据相结合，可以确定特定的基因和调控机制。在开发信息丰富的生物标志物和发现潜在的治疗策略时，捕捉这些细微差别至关重要。参考文献[1] Nikolaos P. Daskalakis et al. ,Systems biology dissection of PTSD and MDD across brain regions, cell types, and blood.Science384,eadh3707(2024).DOI:10.1126/science.adh3707PROFILEKerry J. Ressler麦克莱恩医院/哈佛医学院　　Ressler博士的实验室专注于转化研究，将动物模型中的分子神经生物学与人类对情绪的基因研究联系起来，特别是恐惧和焦虑症。他发表了 350 多篇手稿，从恐惧处理的基本分子机制到了解情绪如何在动物模型和人类患者的大脑中称为杏仁核的区域编码。END文案 | 姜笑南排版 | 姜笑南发布｜姜笑南世界生命科学大会RECRUIT关注我们，获取生命科学学界前沿｜促进更多的学术交流与合作业界前沿｜促进更快的产品创新与应用政策前沿｜促进更好的治理实践与发展

Fig.1INTRODUCTION•✦研究介绍✦•研究背景Background共价靶向放射性核素治疗是癌症治疗的一个新兴领域，即放射性药物将强效放射性核素输送到肿瘤并进行局部照射，解决未满足的临床需求，改善癌症患者的预后。目前，治疗的放射性药物在实现可持续的肿瘤靶向并将其快速地从健康组织中清除方面，仍然是一个重大挑战。因此，开发一种有选择性地将放射性药物固定在肿瘤靶蛋白上的靶向结扎策略，将是一种理想的解决方案。（Fig.2）Fig.2　　2024年5月22日，北京大学/昌平实验室的刘志博教授团队，在《Nature》上发表了一篇关于核药物设计的文章，这是《Nature》近50年来发布的首篇放射性核素治疗领域的论文。（Fig.1）研究意义Significance　　研究人员旨在开发一种共价靶向放射性配体(CTR)，由此提出了一种通过硫(VI)氟化物交换(SuFEx)化学基团的链接器来增强放射性药物肿瘤靶向性的方法。　　这种策略能够选择性地将放射性药物固定在肿瘤特异性蛋白上。当改造过的放射性药物与肿瘤特异性蛋白结合时，会经历一个从结合到连接的转变，并通过“点击”SuFEx反应与蛋白质中的酪氨酸残基实现更容易地共轭。（Fig.3）Fig.3      研究结果显示，采用这种方法改造的药物与蛋白质的共价结合率超过80%，且在6天内几乎没有解离。在实验小鼠中，SuFEx改造的药物相比于原始药物，肿瘤吸收率增加了257%，肿瘤保留率提高了13倍。同时，健康组织中的吸收物质能迅速被清除。初步成像研究显示，这种方法能够比其他方法识别出更多癌症患者的肿瘤病灶。　　此外，采用SuFEx技术改造的针对纤维母细胞激活蛋白（FAP）抑制剂（FAPI）和针对前列腺特异性膜抗原（PSMA）的放射性配体，均显示出增强的治疗效果。由于SuFEx弹头可以连接到潜在的广泛蛋白质，因此这种策略可能被扩展应用于其他癌症治疗靶点。METHODS•✦研究方法✦•经典方法1分子对接和分子动力学模拟：使用分子对接软件GOLD和分子动力学模拟软件AMBER研究FAPI与FAP的结合模式。2放射性标记：使用放射性核素68Ga和177Lu对小分子进行放射性标记，用于PET/CT成像和治疗。3体外结合实验：使用竞争性结合实验和SDS-PAGE分析评价FAPI与FAP的结合。4细胞摄取和保留实验：使用荧光标记的小分子，评价FAPI在细胞内的摄取和保留。RESULTS•✦研究结果✦•CTRs增加肿瘤对放射性配体的摄取01　　出于应用广泛性考虑，研究人员选择成纤维细胞激活蛋白(FAP)，作为开发CTR的靶标。CTR设计的一般工作流程如图所示。（Fig.4）Fig.4　　首先使用GOLD软件（一款分子对接程序）确认 FAPI 修饰的起始点。FAP活性位点的微环境，包含高度亲核的Y450和邻近的Y210，由此研究人员的注意力转向了硫(VI)氟交换(SuFEx)潜在弹头，它与多种氨基酸(包括酪氨酸20)表现出反应性。据报道，它们的接近性与反应性赋予了它们在到达目标之前具有高稳定性和生物正交性，这使它们能够用于小分子抑制剂、蛋白质和其他生物分子。　　安装SuFEx后，经构效关系预测选定反应性更高的FAPI-SF(1)，并对其进行了177lu放射性标记。在体外实验中，与FAP孵育后表现出快速且不可逆的共价结合。在荷瘤小鼠体内正电子发射断层扫描和计算机断层扫描(PET/CT)成像显示，装载SF后的FAPI肿瘤摄取明显大于普通FAPI。且清除迅速，主要通过肾脏系统发生，在其他主要器官的积累几乎可以忽略不计。（Fig.5）Fig.5　　这第一次尝试表明共价放射配体策略是有前景的。然而，稳定性实验表明，超过50%的FAPI-SF在磷酸盐缓冲盐水中被水解，这表明SF对此存在过度反应性，导致不理想的脱靶。CTR-FAPIs 与 FAP不可逆结合02　　研究人员随后开始寻找具有较低反应性但更高的体内稳定性和更好的肿瘤靶向性的替代FS弹头。　　合成了两种新的CTR-FAPIs，具有吸电子酰胺取代FS的FAPI-pFS 以及 FAPI-mFS，具有理想的稳定性，并用68Ga或177Lu进行放射性标记。体外试验显示，FAPI-pFS和FAPI-mFS与FAP具有高效且稳定的不可逆共价结合。（Fig.6）Fig.6　　研究人员提出可以通过活性蛋白质组学的方法来识别FAP上的其他潜在反应性氨基酸残基，对现有的次优SuFEx弹头进一步改进，从而开发出与FAP结合更紧密、更不易脱落的SuFEx弹头，提高FAPI的肿瘤靶向性和疗效。　　他们用聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）纯化了natLu-FAPI-pFS(其中上标“nat”表示天然或非放射性)或natLu-FAPI-mFS连接蛋白复合物，用于胰蛋白酶裂解，并收集了相应的串联质谱，下图列出具有代表性的修饰残基。　　在SuFEx反应后，Y210和Y450被natLu-FAPI-pFS或natLu-FAPI-mFS修饰为Lu-FAPI-pFS-Y210-FAP和Lu-FAPI-mFS-Y450-FAP配合物。分子动力学(MD)模拟进一步证明了这些连接的稳定性。　　研究人员还在单循环模式下进行了表面等离子体共振(SPR)，进一步对比分子-靶标相互作用动力学。其结合速度以及解离速率均表现出优势。　　对孵育后细胞中提取的总蛋白进行了SDS-PAGE放射自显影分析。所示FAPI-pFS和FAPI-mFS与细胞上的FAP有效且牢固地形成共价键。且共价结合可以有效地增加放射配体的细胞摄取和保留。另外，研究人员还通过外排实验检测FAPI的细胞保留情况。FAPI-pFS和FAPI-mFS的半衰期比FAPI-04的半衰期长13.9倍。（Fig.7）Fig.7　　后续研究人员还合成了荧光探针FAPI-AF488-mFS来辅助验证实验结果，通过可视化细胞摄取和外排，表明SuFEx工程可以增加FAPI及其衍生物的细胞摄取和保留。然而，CTR-FAPIs 是否可以利用肿瘤对FAP靶向放射配体(如FAPI-04)的摄取，从而在动态血液循环的荷瘤小鼠中有效地锚定FAP，至此尚不明晰。PET影像学对比03　　通过其高选择性以及高度亲水性和多电荷螯合剂的作用(例如DOTA)，确认细胞内靶标脱靶的可能性不大。　　还通过人血清和小鼠血液培养以及尿稳定性试验，表明SuFEx工程，特别是mFS，可能不会在健康组织中引起脱靶共价结合。　　在相同的荷瘤小鼠中对[68Ga]Ga-FAPI-04和[68Ga] GA - FAPI - pFS(或[68Ga]Ga-FAPI-mFS)进行了头部PET/CT成像。注射后1小时，[68Ga]Ga-FAPI-pFS和[68Ga] Ga-FAPI-mFS的肿瘤摄取明显高于FAPI-04 ，最大SUV (SUVmax)分别增加92%和257%，且清除是快速的，主要通过肾脏系统进行。体外生物分布显示，[68Ga]Ga-FAPI-mFS的肿瘤摄取明显高于[68Ga]Ga-FAPI-pFS和[68Ga]Ga-FAPI-SF，但主要器官的总体摄取较低。这些结果表明FAPI-mFS可用于后续的TRT。　　将FS水解为硫酸氢制备出FAPI-mHS。[68Ga]Ga-FAPI-04、[68Ga]Ga-FAPI-mHS和[68Ga]Ga-FAPI-mFS的荷瘤小鼠PET/CT成像研究，显示[68Ga]Ga-FAPI-mFS摄取率最高，提示共价结合SuFEx是增加肿瘤摄取的关键。　　且在荷瘤小鼠体内可以观察到肿瘤中FAPI-mFS与FAP的共价结合，这是有希望的临床前数据。在随后的临床研究中，与FAPI-04相比，FAPI-mFS的确在甲状腺髓样癌患者中的PET/CT成像中能够识别出更多的肿瘤病灶。（Fig.8）Fig.8CTR通过提高保留率来增强FAP-TRT04　　在FAPI-mFS治疗的长期药代动力学研究中，[177Lu]Lu-FAPI-04和[177Lu]Lu-FAPI-mFS在荷瘤小鼠中的生物分布，证明了FAPI-mFS在肿瘤中的良好靶向性和滞留性。　　根据生物分布，通过OLINDA软件计算[177Lu]LuFAPI-mFS治疗HT-1080-FAP肿瘤的有效剂量为890 mGy MBq−1。小鼠实验以及肿瘤摄影证实了[177Lu]Lu-FAPI-mFS的明显抗肿瘤作用。这些发现表明，治疗性的 CTR-FAPI 在小鼠中具有良好的耐受性，强调了这种治疗策略的生物学安全性。（Fig.9）Fig.9CTR的适用性05      α-发射器225Ac 是放射性核素治疗的重点研究方向之一，其优越的疗效已在临床得到证实。研究人员研究了FAPI-mFS在靶向225Ac治疗中的潜力。　　通过对来自唾液管癌患者的异种移植物模型(SDC-PDX模型)的免疫组织化学分析以及PET/CT成像，显示FAPI-mFS仍显著增加肿瘤摄取。并且在[225Ac]Ac-FAPI-mFS治疗的PDX小鼠组中观察到明显的肿瘤抑制。（Fig.10）Fig.10　　此外，研究人员还评估了[225Ac]Ac-FAPI-mFS治疗的潜在副作用：　　1、靶向225Ac治疗可在治疗后的最初几天引起急性体重减轻，但小鼠在一周后恢复。康复率可能与治疗剂量有关。　　2、全血细胞计数和血液生化检查显示，225Ac治疗后白细胞和血小板计数下降，这并不严重，是其他放射配体治疗常见的副作用。　　3、血红素和伊红(H&E)染色分析表明，高剂量[225Ac]Ac-FAPI-mFS可能导致肝脏和肾脏急性但可恢复的损伤。　　据报道，在SuFEx反应中可引起不可逆结合的残基包括赖氨酸、酪氨酸和组氨酸，这表明广泛的靶标可能与SuFEx形成共价键。作为概念验证，研究人员将这种CTR策略应用于设计[177Lu]Lu-PSMA-617 (Pluvicto)，其靶向前列腺癌细胞上的前列腺特异性膜抗原(PSMA)。不出意料，设计出的组合物实验结果与上类似。DISCUSSION•✦研究讨论✦•　　在这项研究中，研究人员发现放射配体的肿瘤靶向性和药代动力学可以通过使用SuFEx工程连接体进行全面优化。实验结果表明，在荷瘤小鼠中，SuFEx工程的小分子偶联物，如FAPI- mFS，与原始FAPI相比，可以在肿瘤积累增加近13倍，其余的通过肾脏系统迅速排出。且试点蛋白口袋筛选表明，活性残基广泛应用于许多临床重要靶标。这一强有力的策略将有望使研究人员和制药行业开发出具有小分子、多肽、适体或抗体片段的肿瘤靶向偶联物。参考文献[1] Cui, XY., Li, Z., Kong, Z. et al. Covalent targeted radioligands potentiate radionuclide therapy. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07461-6PROFILE刘志博北京大学 化学与分子工程学院北京大学 北大-清华生命科学联合中心教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者研究兴趣：1、活体化学及其驱动的蛋白激活及药物释放；2、罕见病的影像诊断探针及临床转化研究；3、中子捕获治疗药物及其辐射生物学效应;4、新型医用核素的生产工艺研究与临床应用。END文案 | 姜笑南排版 | 姜笑南发布｜姜笑南世界生命科学大会RECRUIT关注我们，获取生命科学学界前沿｜促进更多的学术交流与合作业界前沿｜促进更快的产品创新与应用政策前沿｜促进更好的治理实践与发展

INTRODUCTION•✦研究介绍✦•研究背景Background       气候变化正广泛地影响人类健康，尤其是对那些患有神经系统疾病或精神疾病的个体。现有研究揭示了由此引发的复杂且负面的影响，特别是在极端温度适应性和昼夜温差的剧烈变化方面。因此，深入理解和预测未来气候变化对神经系统健康的影响至关重要，这对于促进相关政策制定是必不可少的。       近日，英国伦敦大学学院一项发表于Lancet Neurology的综述指出，气候变化可能会对神经系统疾病患者产生负面影响，加剧患者病情。METHODS•✦研究方法✦•文献研究法Literature Review作者通过对1968年至2023年间全球发表的332篇相关论文进行分析，描述气候变化对19种不同的神经系统疾病的影响，包括中风、偏头痛、阿尔茨海默病、脑膜炎、癫痫等。年度发文量2004年后显著增长2015年，巴黎协定是气候政策中的一个关键事件，为全球温度的安全上升设定了界限。2004年之前，探讨气候变化对神经系统疾病潜在影响的文章数量非常低，之后显著增长。图1. 本个人观点中纳入文章的发表年份地区发文量易受气候影响地区发文少Notre Dame–Global Adaptation Index (ND-GAIN) 脆弱性得分使用了来自45个核心指标的74多个变量，用以衡量自1995年至今182个联合国国家的气候变化脆弱性。在这篇个人视角文章包含的332篇文章中（包括补充材料），有308篇报告了特定国家的数据。红色圆圈表示报告某国家气候变化影响的文章数量。美国和中国发表了最多的与气候和神经精神疾病相关的文章，分别有67篇（美国）和65篇（中国）。大多数其他研究集中在整个欧洲气候变化的影响上。来自南美洲、非洲以及南亚和东南亚国家的文章数量较低，然而这些地区被预测为最容易受到气候变化影响的地区。灰色表示没有可用数据。图2. 具体国家易受气候干扰影响的程度和本个人观点中纳入文章的来源FINDINGS•✦研究发现✦•一、气候变化影响神经系统健康的机制      气候变化具有普遍且系统性的后果。特别是，温度升高通过多种机制对神经系统健康产生影响。一是高温挑战机体将体温保持在一个狭窄范围内的能力，这对于维持生命重要功能至关重要。体温调节是一个复杂的生理过程，它需要平衡体内产生的热量和通过不同机制散发到环境中的热量。在极端高温环境下，这种平衡被打破，可能导致严重的健康问题。二是高温直接影响分子层面的功能，尤其是离子通道的功能。在神经系统中，信号和通信的基本特性需要离子通道门控以响应电化学刺激。构成离子通道打开和关闭基础的构象转变（其平衡决定离子通量）通常急剧地依赖于温度。主动跨膜转运对温度也有很高的敏感性。高温对离子通道、突触和轴突功能的直接温度效应导致神经系统并发症的程度尚不完全清楚。对于大多数疾病而言，其潜在机制尚未得到充分研究，但基于目前对人体如何受热影响的理解，气候变化相关驱动因素（如，更高的温度）与病理生理学的产生或破坏之间存在合理的联系。二、气候变化与神经系统疾病的关联性研究1.中风       气候变化对中风的影响尤为显著，特别是在中低收入国家，与中风相关的残疾负担日益加重。此外，老年人群由于多种因素如感知温度能力下降、体温调节问题以及慢性疾病和药物使用等，对气候的变化更为敏感。       研究显示，气候变化可能会增加中风的发生风险及其后果，但现有的数据呈现出复杂且双向的趋势：一些研究指出高温和湿度极端化会增加缺血性中风的发病率，而其他研究则发现低温与中风入院率上升有关。总体而言，环境温度升高、热浪以及昼夜温差或极端温度的变化似乎都与中风的风险增加有关，特别是在寒冷的天气或持续低温条件下。此外，气温上升还可能进一步提高中风后的死亡率和再次发病的风险。2.偏头痛       气温升高与偏头痛的发作之间存在关联。既往一项研究显示，环境温度每上升5°C，患者因偏头痛入院的风险增加7%-15%。此外，气温的波动不仅影响偏头痛的发作，还与其严重程度、持续时间和发作频率有关。然而，现有的研究通常规模有限，并且可能没有充分考虑其他天气因素，如日照和污染，这些因素在气候变化的背景下可能会加剧。总体而言，气候条件的恶化（包括气温升高、极端天气模式和污染加剧）可能会导致两种类型的影响：已经患有偏头痛的人发病频率增加，以及偏头痛的总体发病率激增。3.阿尔茨海默病      患有痴呆症的人对极端天气的危害特别敏感，这可能是因为他们的认知障碍限制了他们适应环境变化的能力。此外，这种敏感性可能因为身体虚弱、多病状态以及精神药物的使用而进一步加剧。研究显示，较大的温度变化、炎热的天气和热浪都可能导致与痴呆症相关的住院和死亡率增加。然而，影响是复杂的，可能是双峰的，并受当地因素影响。4.脑膜炎       识别对气候敏感的传染病对于减轻未来流行病和大流行的影响至关重要。由于迁移、社会动荡、饥荒、战争和城市化，气候变化的社会人口后果将影响许多感染的发生率，这些问题还因卫生设施、清洁水源、营养和医疗保健供给的既有不足和加剧的不足而复杂化。将全球脑膜炎数据与温度变异性（即与最低脑膜炎发病率相关的最大局部温度和观察到的绝对最大局部温度之间的差异）结合显示，温度变异性每增加一个对数单位，全球脑膜炎风险增加4.8%；低碳排放情景将与未来显著降低的脑膜炎发病率相关。5.癫痫       大多数癫痫都可能因气候变化而加剧，如对睡眠剥夺的敏感性，在大多数气候变化情景下，引起或加重癫痫发作或癫痫的感染范围可能会扩大。大多数关于癫痫的研究都是小规模的或轶事式的。数据显示了一种双峰关系。与较冷的天气相比，热浪和较暖的天气都与发热性惊厥或癫痫的住院率增加有关；其他研究报告称低温增加了急诊室就诊的风险，或者关联可以忽略不计。较高的相对湿度和较低的大气压力也与增加的发作风险相关。       此外，气候变化还对多发性硬化、精神障碍等多种神经系统疾病具有复杂的影响。DISCUSSION•✦研究讨论✦•总结与展望Conclusions and future direction 全球变暖对神经系统疾病的管理提出了新的挑战。患者可能需要改变自我管理策略，如采用新疗法、避免炎热天气下锻炼、增加水分摄入以及调整活动节奏以应对疲劳。这些适应性行为及其背后的心理、人际和情绪调节技巧对于减轻气候变化对神经系统健康的负面影响至关重要。同时，护理与医疗专业人员也需改进对患者的支持与管理方法。因此，有效应对这一挑战需要为患者、其家属、护理人员及健康和社会护理系统内提供者设计和实施综合的干预措施。为了更科学地应对气候变化对神经系统的潜在影响，开发精准、系统的疾病导向模型变得至关重要。这些模型将提供对未来气候模式及其对神经系统影响的预测，随着对当地温度和湿度变化的理解逐步深入，对应的健康预测模型也需要进一步细化，确保其预测结果能够针对神经系统疾病患者的个性化需求，为他们提供直接且实用的信息。参考文献Sisodiya SM, Gulcebi MI, Fortunato F, et al. Climate change and disorders of the nervous system. Lancet Neurol. 2024;23(6):636-648. doi:10.1016/S1474-4422(24)00087-5PROFILESanjay M Sisodiya伦敦大学学院Queen Square神经科学研究所临床与实验癫痫学部       一位专注于复杂癫痫的临床科学家。他的博士学位是癫痫的定量成像，在他的整个职业生涯中，他一直从事临床工作，这使他的工作以临床为导向。他在临床上看到的大多数人都患有难以治疗的癫痫，除了癫痫发作外，还有许多合并症。他对这些疾病的遗传学和精准治疗方法感兴趣。     他领导或参与了大型国际财团，如EpiPGX、ENIGMA-Epilepsy和Epi25，以新的、强有力的方式推动研究议程。最近，他正在研究气候变化将如何影响癫痫。END文案 | 刘涛排版 | 刘涛审核 | 夏诞发布｜姜笑南世界生命科学大会RECRUIT关注我们，获取生命科学学界前沿｜促进更多的学术交流与合作业界前沿｜促进更快的产品创新与应用政策前沿｜促进更好的治理实践与发展