本期《自然》《科学》《PNAS》精选

　　

12月4《Nature》

封面故事：“癌症干细胞”疗法受到质疑
人体肿瘤中的癌症干细胞，已在功能实验中被定义为当移植进免疫缺陷小鼠体内时能形成肿瘤和自我更新的细胞。实验证明，对若干肿瘤类型来说，这种细胞相对较少见。据此，研究人员总结出了一些基于一个“癌症干细胞模型”的治疗方法，该模型正是以这些干细胞为目标，而不是以整个肿瘤或整个细胞群为目标。新的研究工作表明，至少对人体黑素瘤来说，癌症干细胞模型可能并不适用。肿瘤形成潜力是黑素瘤细胞的一个共性。在这些实验中，研究人员从12位患者身上取来黑素瘤细胞，并进行异种移植分析，发现约四分之一的黑素瘤细胞可在小鼠身上形成肿瘤。这表明，一系列不同癌症细胞都有帮助肿瘤发展的潜力，从而也向专门针对“癌症干细胞”这一小细胞群的治疗方法提出了质疑。本期封面图片所示为黑素瘤细胞及从这种细胞形成的肿瘤。

干细胞的衰老问题
血液、表皮和精液中的成年干细胞，通过非对称分裂维持高度分异的短寿命细胞群，在每次分裂时产生一个可以自我更新的干细胞和一个正在分异的细胞。打破更新与分异之间的平衡，会导致过度增殖（及形成肿瘤）或干细胞耗尽（及组织退化）。Cheng等人利用果蝇雄性精细胞系作为模型，研究了组织衰老对非对称干细胞分裂的影响。正常情况下，生殖细胞中心体的取向精确地位于它们的小环境内，非对称干细胞分裂肯定可以进行。实验表明，干细胞取向随年龄的变化会阻止或延迟细胞分裂，造成精子生成量的减少。

高纬度地区上冻时期甲烷排放量突增现象研究
晚秋“肩膀”是高纬度地区大气甲烷季节性周期中的一个固定特点，但甲烷含量的这种突增来源是什么仍然不太清楚。现在，Mastepanov等人报告了在土壤开始上冻时对北极高纬度地区甲烷通量的测量结果。这一上冻时期的总排放量与在整个夏季所排放的甲烷数量大致相等。在一个大气化学和运输模型中，所观测到的初冬排放量突增使得模拟出的季节性周期与来自北纬60度以北地区的大气数据更加一致。这些结果表明，冻原地区与永久冻土相关的上冻时期甲烷量突增现象，可能是高纬度地区甲烷排放量季节性分布的一个重要的、但以前却没有发现的构成部分。

“潘氏鱼”的确有趾状放射鳍
早期的假设认为，四足动物（陆地脊椎动物）的足趾与鱼类的放射鳍同源，但根据发育研究结果，同时根据一种名叫“潘氏鱼”、与陆地脊椎动物密切相关的目前已经灭绝的鱼（这种鱼似乎没有末梢的趾状放射鳍）的鳍，这一观点似乎并不可靠。关于鱼类在它们演化史早期有同源足趾的证据很多，但“潘氏鱼”成为完全接受这一观点的一个障碍。现在，对一个经典“潘氏鱼”标本所做的一项电脑断层摄影（CT）研究表明，过去的解释是错误的，这种鱼的确有趾状放射鳍：进入鱼指（fish fingers）时代的大门已经打开。

脑-机接口设计研究
脑-机接口（Brain–machine interfaces）是治疗因脊髓损伤造成的瘫痪的一种很有希望的方法，该方法可将控制信号从大脑重新路由到肌肉。以前的研究工作表明，可训练猴子利用来自植入脑中的电极的信号来移动机械臂。现在，研究表明，猴子可学习利用从脑中单个神经元人工路由出的信号来移动一个暂时瘫痪的手腕，人们以前并没有将这些神经元与该运动联系起来。这一结果对于今后脑-机接口的设计可能会有重要意义，这种接口的设计传统上依赖于专门的神经元类群的活动。

志贺毒素大肠杆菌的致病机制
志贺毒素大肠杆菌能引起严重肠道疾病，其致病机制部分是由枯草杆菌酶（subtilase）细胞毒素调控的。现在，这种毒素的B-亚单元被发现对含有N-羟乙酰神经氨酸的聚糖有很高亲和力。这种糖类不是由人体合成的，而是作为饮食（如红肉和奶品等）一部分消化的，随后进入小肠和肾脏组织。具有讽刺意味的是，红肉和奶品（N-羟乙酰神经氨酸的丰富来源）也是最常被有毒细菌污染的食物。所以，通过饮食选择，人类可能会在将自己暴露于一种病原体的同时变得对其更加易感，因为他们的身体组织已变得对一种关键毒性因子非常敏感。

卵膜蛋白ZP3的ZP-N区域的晶体结构已被确定
哺乳动物受精过程（遵循两个物种都必需有特异性、且一个精子对一个卵子的准则）的第一步是，包裹卵子的膜（称之为卵膜）中的外壳蛋白与精子之间的识别。小鼠卵膜蛋白ZP3是精子的主要受体，而且其最保守区域(ZP-N)也见于具有一系列生物功能的数百种不同细胞外蛋白中。现在，ZP3的ZP-N区域的晶体结构已被确定。ZP-N采取一个免疫球蛋白一样的折叠方式，但与其他免疫球蛋白区域几乎没有相似之处，这使其成为这一超级家族的一个新亚型。除了使我们能够有机会以原子分辨率一瞥哺乳动物受精过程之外，ZP3 ZP-N的结构对于生殖医学研究、对于诸如非症候耳聋或肾脏和血管疾病等（这些疾病中也涉及含ZP-N的蛋白）的研究也有参考意义。

三苯氧胺抗药性的机制
三苯氧胺常用于乳腺癌治疗，但一部分患者会变得对治疗方法产生抵抗力，她们的癌症更可能复发。对乳腺癌中雌激素受体与ERBB2/HER-2通道之间的关系所做的一项研究，为了解三苯氧胺的作用机制及三苯氧胺抗药性的基础提供了线索。这项新的研究工作表明，乳腺癌中ErbB2的主动抑制需要Pax2，Pax2的减少引起由ErbB2驱动的抗三苯氧胺细胞的生长。

12月5日《Science》

血液细胞的新生
据12月4日的《科学》杂志报道说，一种被称作BCL11A 的特殊基因会通过抑制伽马球蛋白基因的表达而发挥作用，而伽马球蛋白对人类发育时的血液健康是必须的。这个发现很重要，因为BCL11A 蛋白可能会为人们提供治疗镰刀细胞性贫血及其它的血液病提供一种干预的标靶。伽马或倍塔球蛋白对通过血流来运输氧气都是必需的，但是伽马球蛋白的生产在正常的时候发生在胎儿发育的时候，而之后其表达被下调，而此时成人变异版的倍塔球蛋白的表达开始出现。这一球蛋白“基因转换”在健康人中是足够的，但是当遗传缺陷中断了倍塔球蛋白生产时就会发生像镰刀样贫血等血液疾病。在这种情况下，胎儿版的伽马球蛋白可作为替代物来工作，但它的基因在正常的情况下已经通过基因转换的过程而被关闭了。Vijay Sankaran及其同僚发现，BCL11A表达在成人红细胞中的下调会导致胎儿伽马球蛋白表达的增加。因此他们提出，当倍塔球蛋白的生产发生故障的时候，BCL11A可能可以用来重新激活伽马球蛋白的生产。

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Article #29: "Human Fetal Hemoglobin Expression is Regulated by the Developmental Stage-Specific Repressor BCL11A," by V.G. Sankaran; T.F. Meene; J. Xu; T.E. Akie; A.B. Cantor; S.H. Orkin; G. Lettre; J.N. Hirschhorn at Children's Hospital Boston in Boston, MA; V.G. Sankaran; T.F. Meene; J. Xu; T.E. Akie; A.B. Cantor; S.H. Orkin at Harvard Medical School in Boston, MA; V.G. Sankaran; S.H. Orkin at Dana-Farber Cancer Institute in Boston, MA; G. Lettre; J.N. Hirschhorn at Broad Institute of MIT and Harvard in Cambridge, MA; B. Van Handel; H.K.A. Mikkola at University of California, Los Angeles in Los Angeles, CA; S.H. Orkin at Howard Hughes Medical Institute in Boston, MA.

癫痫的一种细胞性的激活?
据12月4日的《科学》杂志报道说，研究人员已经找到了一种存在于神经细胞中的特别的离子通道，当这种离子通道过度活跃的时候会在脑子的海马回中引起一种“脉冲”活动，这与在癫痫发作的时候所经历的情况类似。这一发现可能会对癫痫和中风的治疗提供一种新型的治疗标靶。Roger Thompson及其同僚培养了海马回中的神经元，接着用全细胞膜片钳技术来激活这些离子通道并记录它们的活动。这种方法阻断了细胞中的依赖于电压激活的离子通道，使得研究人员可以观察并记录通过细胞的继发性的电流。他们发现，这种继发性电流中的一种（由蛋白Pannexin-1所形成的一种半通道）在当某种特别的叫做NMDAR的受体过度激活的时候，容易发生癫痫样的活动。研究人员说，人们需要对Pannexin-1半通道进行认真的研究以发现其在癫痫中所起的特别的作用，它可能最终会引领人们找到有效治疗某些神经系统疾病的途径。

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Article #26: "Activation of Pannexin-1 Hemichannels Augments Aberrant Bursting in the Hippocampus," by R.J. Thompson; R.L. Rungta; D.J. Hines; B.A. MacVicar at University of British Columbia in Vancouver, BC, Canada; M.F. Jackson; M.E. Olah; M.A. Beazely; J.F. MacDonald at University of Western Ontario in London, ON, Canada; R.J. Thompson at University of Calgary in Calgary, AB, Canada.

火星上的岩石提示存在周期性的气候:
   
  
  
据12月4日的《科学》杂志报道说，研究人员已经在火星上找到了沉积岩的周期性的分层，这与在地球上所见的相类似。这一发现揭露了在数千万年以来，火星表面情况变异的历史。Kevin Lewis及其同僚通过来自Mars Reconnaissance Orbiter上的摄像机所获取的的立体图像进行了分析，旨在用大约1米的解析度来观察这一分层情况。应用这一技术，研究人员在火星的Arabia Terra地区的多处地点的沉积层中发现了节律性的序列，它们对该星球古老的表面情况中的周期性变异提供了证据。这些分层中含有数种沉积物，它们中许多的厚度都超过10米，它们被组织成较大的单位。研究人员提出，在火星古老大气中的周期性的气候事件造成了沉积层中的这一交替性的模式，它们并非是由火山作用或撞击导致的成坑作用等突发事件所造成的。这一发现可能提供人们一个纪录火星岩历史的相对的计时器。

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Article #21: "Quasi-Periodic Layering in the Sedimentary Rock Record of Mars," by K.W. Lewis; O. Aharonson; J.P. Grotzinger; T. Suer at California Institute of Technology in Pasadena, CA; R.L. Kirk at U.S. Geological Survey in Flagstaff, AZ; A.S. McEwen at University of Arizona in Tucson, AZ.

免疫：学着爱你的母亲
据12月4日的《科学》杂志报道说，在孕妇体内，来自母亲的细胞会进入胎儿体内，而胎儿的免疫系统则会学着来容忍它们，而不是像日后攻击其它外来异物那样对它们发动攻击。这种耐受性至少会持续到成年期之初，这可解释为什么那些需要器官移植的患者容易对那些与他们母亲的组织相类似的组织有耐受性。科学家们长期以来就知道，发育中的胎儿免疫系统会对异物具有不同寻常的耐受性。可是，除此之外，人们对有关人类胎儿免疫系统却所知甚少。有些研究是在小鼠上进行的，但小鼠与人类免疫系统的发育速度不同，因此在子宫中对外来物质的反应也相当不同。Jeff Mold及其同僚如今报告说，他们通过研究人类组织发现，有令人惊诧的大量的孕妇细胞会进入胎儿的淋巴结。这些细胞在那里会诱导一群调节性的T细胞来抑制胎儿对母体细胞的免疫反应。与小鼠的免疫系统相反，人类胚胎的T细胞看来在受到母体抗原的刺激时非常容易成为调节性的T细胞。文章的作者报告说，在出生之后，这些调节性的T细胞会继续抑制针对母体细胞的免疫反应。

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Article #28: "Maternal Alloantigens Promote the Development of Tolerogenic Fetal Regulatory T Cells In Utero," by J.E. Mold; T.D Burt; M.O. Muench; K.P. Beckerman; M.P. Busch; T.H. Lee; D.F. Nixon; J.M. McCune at University of California, San Fransico in San Francisco, CA; J. Michaelsson at Karolinska Institutet in Stockholm, Sweeden; K.P. Beckerman at Albert Einstein College of Medicine in Bronx, NY.

12月2日《PNAS》

黑人和白人女性的子宫肿瘤生长各异

一项追踪子宫肿瘤（肌瘤）生长的研究表明，黑人和白人女性的子宫肌瘤生长模式不同。子宫平滑肌瘤——这是一种良性肿瘤——是美国女性接受子宫切除的主要原因。黑人女性比白人女性更容易出现肌瘤、面临更严重的症状，而且切除子宫的风险更高。为了确定黑人和白人女性的肌瘤生长是否有差别，Donna Baird及其同事利用MRI扫描跟踪了肌瘤1年的生长，从而计算肿瘤尺寸。这组科学家追踪了来自38位黑人女性和34位白人女性的262个肿瘤的尺寸变化，结果发现尽管来自这两组的大多数女性都有多个肌瘤，每个肿瘤的生长速率各不相同，而大尺寸的肿瘤并不必然意味着它的生长迅速。由于肌瘤通常在绝经之后缩小，该研究把重点放在了绝经之前的女性身上。35岁以下的黑人和白人女性的肌瘤生长速率并没有差异，但是超过35岁的黑人女性的这种肿瘤的生长速率并没有像白人女性那样减缓。这组作者说，尽管每一个肿瘤都是独立的，认识到黑人和白人女性的肿瘤生长轨迹不同有可能导致更加有针对性地治疗。

论文 #08-08188: "Growth of uterine leiomyomata among pre-menopausal black and white women," 作者Shyamal D. Peddada, Shannon K. Laughlin, Kelly Miner, Jean-Philippe Guyon, Karen Haneke, Heather L. Vahdat, Richard C. Semelka, Ania Kowalik, Diane Armao, Barbara Davis和Donna Day Baird

媒体联系人：Donna Baird，国立环境卫生科学研究所

National Institute of Environmental Health Sciences, Research Triangle Park, NC

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为中国男孩女孩性别比建模

一项新的研究显示，中国和其他亚洲国家的决策者有可能通过影响经济和文化价值从而改变他们地区的出生性别比不平衡的动态。在中国农村，出生的男孩比女孩更多，比例最高可达122：100，男孩相对于女孩的数量预计将上升。全球平均数字是105个男孩对100个女孩。这种不平衡增加是由于生男孩的经济和社会价值超过了生女孩。尽管违法，据信亚洲的许多父母利用产前超声波检查筛查他们的未出生孩子的性别并放弃女性胎儿。Mikhail Lipatov及其同事建立了一个数学模型从而帮助科学家设法理解随着时间推移经济和社会价值的共同演化。该模型有可能指导决策者设法恢复出生性别比的平衡。这组作者定义了一些量，代表了生男孩对生女孩的社会和货币价值，并假定父母的决定是基于累加和比较这些价值。对生男生女的选择在一定程度上是从父母那里继承来的，而这组作者研究了随着世代的推移这如何能够改变男孩/女孩出生比。他们还在几个个案研究中把这项研究和中国的政府政策联系了起来。

论文# 08-06747: "Economics and cultural transmission: The case of China's imbalanced sex ratio," 作者Mikhail Lipatov, Shuzhuo Li和 Marcus W. Feldman

媒体联系人：Mikhail Lipatov，斯坦福大学生物系

Department of Biology, Stanford University, Stanford, CA

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酒精损伤胎儿的路径

科学家发现了孕妇饮用酒精阻碍胎儿的脑的负责感觉输入和运动控制的神经元正常发育的分子路径。饮用酒精的孕妇增加了“胎儿酒精谱系障碍”的风险，该障碍包括几个脑区域不正常发育，特别是小脑。小脑是发现ADNP 浓度最高的一个脑区域。ADNP是来自星型胶质细胞的蛋白质，已知可以促进轴突和树突的生长并保护神经元不受伤害，包括不受乙醇的伤害。Suzhen Chen和Michael Charness发现乙醇抑制了ADNP对神经发育的积极影响。这组作者发现，仅仅10mM浓度的乙醇就阻止了神经元的生长——女性在饮用仅仅两杯酒精饮料之后1小时就能达到这个浓度。这组科学家对培养的小脑神经元进行了实验，从而证明ADNP促进的生长需要“Fyn激酶”的作用，这是一种信号传导分子，它能启动神经元长长的连接部分也就是轴突的生长。

论文 #08-07758: "Ethanol inhibits neuronal differentiation by disrupting activity-dependent neuroprotective protein signaling," 作者Suzhen Chen 和Michael E. Charness

作者利益冲突：Charness博士是Allon Therapeutics的科学顾问委员会成员并持有该公司的股票，该公司正在开发ADNP的一种缩氨酸衍生物NAP作为治疗药物。

媒体联系人：Michael Charness，弗吉尼亚波士顿卫生保健系统

VA Boston Healthcare System, West Roxbury, MA

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蚊子没有被病毒杀死的原因

在对“黄热病”蚊子（埃及伊蚊）和蚊子传播的辛德毕斯病毒的一系列实验中，Kevin Myles及其同事发现了导致人类急性疾病的病毒如何无法显著影响其宿主蚊子的健康。这组科学家发现尽管蚊子传播的病毒以类似的方式感染人类和蚊子，蚊子的低水平的“沉默”感染对于让该病毒在环境中传播是至关重要的。蚊子传播的辛德毕斯病毒病毒的遗传物质是RNA，而且这种病毒的宿主可以通过把它的RNA切成小片从而对抗感染。这些小分子干扰RNA（siRNAs）然后可以指导宿主的免疫系统进一步限制病毒的复制。这组科学家发现埃及伊蚊的siRNAs的产生对于这种昆虫感染辛德毕斯病毒之后的生存至关重要。他们用一种重组辛德毕斯病毒感染了蚊子，这种病毒拥有额外的基因用于抑制siRNAs的形成，结果他们发现实验蚊子迅速死亡，而感染了野病毒的蚊子的寿命正常。这组科学家说，SiRNAs为宿主和病原体提供了一个进化收益，帮助保持蚊子存活且能够传播这种病毒。

论文 #08-03408: "Alphavirus derived small RNAs modulate pathogenesis in disease vector mosquitoes," 作者Kevin M. Myles, Michael R. Wiley, Elaine M. Morazzani和 Zach N. Adelman

媒体联系人：Kevin Myles，弗吉尼亚理工学院暨州立大学昆虫学系

Department of Entomology, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VA

电话：540-231-6158

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温暖天气促进软骨生长

温暖的温度和动物长的肢体之间的联系可能是软骨生长改善的结果，而不是一种体温调节的适应。

论文#08-03319: "Temperature regulates limb length in homeotherms by directly modulating cartilage growth," 作者Maria A. Serrat, Donna King和 C. Owen Lovejoy

媒体联系人： Maria Serrat，康奈尔大学生物医学科学系

Department of Biomedical Sciences, Cornell University, Ithaca, NY

电话：607-253-3562

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减缓毒素抗性

只食用经过遗传改造的、制造毒素的玉米的甲虫迅速对这种毒素产生了抗性；在附近种植不产生这种毒素的玉米有可能帮助减缓这种抗性的出现。

论文 #08-05565: "Increased survival of western corn rootworm on transgenic corn within three generations of on-plant greenhouse selection," 作者Lisa N. Meihls, Matthew L. Higdon, Blair D. Siegfried, Nicholas J. Miller, Thomas W. Sappington, Mark R. Ellersieck, Terance A. Spencer和Bruce E. Hibbard

媒体联系人：Bruce Hibbard，密苏里大学植物科学系及美国农业部农业研究服务局

Division of Plant Science and USDA-ARS, University of Missouri, Columbia, MO

电话：573-882-6281

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学习的神经变化

猴运动皮层的神经元反映了这种动物在学习移动一个三维虚拟现实界面的光标的时候出现的行为变化。

论文 #08-08113R: "Functional network reorganization during learning in a brain-computer interface paradigm," 作者Beata Jarosiewicz, Steven M. Chase, George W. Fraser, Meel Velliste, Robert E. Kass和 Andrew B. Schwartz

媒体联系人：Andrew Schwartz，匹兹堡大学神经生物学系，McGowen研究所

McGowen Institute, Neurobiology, University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA

电话：412-383-7021

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运动生态学专辑

运动中的生态学

运动生态学是一个专门研究动植物的飞行、觅食、迁徙和散布的科学领域。12月9日出版的PNAS包括了12篇该学科的专门研究论文构成的一个专辑。该专辑的论文包括：对自由放养的非洲象的运动的一个高级数学分析（1）；对土耳其秃鹰的GPS研究，结果发现这种鸟严重依赖大气湍流（2）；提出鲑鱼和海龟利用磁场的记忆从而追踪繁殖地（3）；以及在爱沙尼亚、芬兰和中国进行的雷达追踪蝴蝶的研究（4）。

专辑编辑：Ran Nathan，耶路撒冷希伯莱大学进化、分类学和生态学系

Department of Evolution, Systematics, and Ecology, The Hebrew University of Jerusalem, Jerusalem, ISRAEL

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1. 论文 #08-01744: "Disentangling the effects of forage, social rank and risk on movement autocorrelation of elephants using Fourier and wavelet analyses," 作者George Wittemyer, Leo Polansky, Iain Douglas-Hamilton和 Wayne M. Getz

媒体联系人：George Wittemyer， 加州大学伯克利分校环境科学、政策和管理系

Department of Environmental Science, Policy and Management, University of California, Berkeley, CA

电话；510-643-1227

电子邮件： [e-mail]

2. 论文#08-01789: "The movement ecology of migration in turkey vultures," 作者 J.T Mandel, K.L. Bildstein, G. Bohrer和 D.W. Winkler

媒体联系人：James Mandell，康奈尔大学生态学和进化生物学系

Department of Ecology and Evolutionary Biology, Cornell University, Ithaca, NY

电话：484-269-2915

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3. 论文 #08-01859: "Geomagnetic imprinting: a unifying hypothesis of long-distance natal homing in salmon and sea turtles," 作者Kenneth J. Lohmann, Nathan F. Putman和 Catherine M. F. Lohmann

媒体联系人： Kenneth Lohmann，北卡罗来纳大学教堂山分校生物系

Department of Biology, University of North Carolina, Chapel Hill, NC

电话：919-962-1332 (白天), 919-593-7295 (晚间)

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4. 论文 #08-02066: "Tracking butterfly movements with harmonic radar reveals an effect of population age on movement distance," 作者 Otso Ovaskainen, Alan D. Smith, Juliet L. Osborne, Don R. Reynolds, Norman L. Carreck, Andrew P. Martin, Kristjan Niitepõld和Ilkka Hanski

媒体联系人：Otso Ovaskainen，芬兰赫尔辛基大学生物和环境科学系

Department of Biological and Environmental Sciences, University of Helsinki, Helsinki, FINLAND

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