《PNAS》八大热点文章

《PNAS》（美国国家科学院院刊）是与Nature、Science齐名，被引用次数最多的综合学科文献之一，PNAS收录的文献涵盖生物、物理和社 科学，主要内容包括具有高水平的前沿研究报告、学术评论、学科回顾及前瞻、学术论文以及美国国家科学学会学术动态的报道和出版。近期其最受关注的文章（生物类）如下：

Biparental Inheritance of Mitochondrial DNA in Humans

对于大多数哺乳动物来说，线粒体和线粒体DNA都是只通过母系遗传。尽管其他生物偶尔会经历父系遗传，但之前关于人类父系遗传线粒体的报道大多是因为污染或样本混淆。

然而，美国辛辛那提儿童医院的黄涛生博士和梅奥诊所的Paldeep Atwal博士称他们在三个家庭中发现了mtDNA双亲遗传。研究人员还在独立实验室中通过不同方法证实了他们的成果。

“这篇论文深刻地改变了人们对线粒体遗传的普遍看法，有望在线粒体医学领域开辟一个新天地，”研究人员在文中写道。

Microbiome interactions shape host fitness

来自卡内基科学研究所的科学家们通过研究发现，生活在胃肠道系统中的不同微生物之间所发生的相互作用或许对机体健康有着巨大且不可预测的影响，肠道微生物组是存在于人类机体中由成千上万种微生物组成的微型生态系统，人类肠道微生物组的多样性常常为科学家们分类并理解其对机体健康的影响带来一定挑战。

我们对细菌种类的经典看法就是，在非黑即白的环境中，细菌就是疾病的媒介，要么有，要么没有；这项研究中研究人员发现微生物组或许并非如此；特殊微生物群体所产生的效应或许依赖于其它微生物也存在的环境。长期以来科学家们对果蝇的研究发现，肠道菌群或会影响宿主的环境、生育力和长寿；1927年，研究人员发现，通过从实验室果蝇机体中简单地移除肠道菌群或许就能将果蝇寿命延长14%。

这项研究中，研究人员重复了相关实验，结果发现，当移除果蝇机体中特殊的微生物组时，其寿命大约会延长23%。但研究人员并不清楚其中有多少影响归咎于果蝇肠道中存在的单一微生物，以及多少归咎于其整体的微生物生态环境。研究人员对果蝇机体的肠道微生物组进行了深入剖析，同时更好地理解了这些微生物群体影响昆虫宿主的寿命。

Synergistic neuroprotection by coffee components eicosanoyl-5-hydroxytryptamide and caffeine in models of Parkinson's disease and DLB

来自Rutgers Robert Wood Johnson医学院的M. Maral Mouradian团队试发现，只有咖啡因和EHT联合时才能够提高催化剂PP2A的活性，从而有助于防止有害蛋白质在大脑中积聚。

他们认为，这两种化合物的结合有望成为减缓大脑神经衰退的一种治疗选择。M. Maral Mouradian强调，还需要进一步的研究来确定这一策略对于人类大脑的保护作用。

Testing the Empathizing–Systemizing theory of sex differences and the Extreme Male Brain theory of autism in half a million people

科学家们分别用衡量EQ、SQ、AQ （Autistic quotient，自闭症特质商数）和SPQ（Sensory perception quotient，感官知觉商数）的量表让纳入研究的人做自我评估，计算出EQ 、SQ 、AQ 、SPQ以及SQ与EQ之差D-score。该研究发现男女性别在EQ和SQ得分具有显著差异，且自闭症患者的大脑有EMB的倾向（图2）。过去人们对自闭症普遍存在误解，认为他们完全失去共情能力。该研究则发现，尽管自闭人群的认知共情很弱，他们的情感共情却是完整的，也就是说他们会关心别人。心理变态和反社会人格的人则不同，他们通常有完整的认知共情能力，但情感共情并不完整，因而其行为通常不顾及后果，甚至有些残忍。

此外，研究还发现，男性在自闭症特质评估中得分高于女性，且在STEM（科技工程与数学的总称）领域中工作的人的SQ和AQ也更高，反之亦然。这似乎可以解释男性通常在STEM领域有更优秀的表现。

Genetically encodable bioluminescent system from fungi

俄罗斯科学院的研究者及其英国、西班牙、巴西、日本和奥地利的同事们共同在PNAS发文，充分描述了真菌发光的机制。研究表明，真菌只利用四种关键酶就可以发光，而这些酶转移到其他生物体也可以使它们发光。

一些生物体由于体内特殊的化学反应而发光，这种现象被称为生物发光，例如萤火虫，水母和蠕虫等。科学家已经发现了数千种发光生物和大约40种发光的化学机制。其中只有少部分机制被系统研究过。

此项研究中，科学家发现了真菌中的一组合成荧光素的酶和荧光素酶。研究人员首先使用各种类型的细胞来测试荧光素酶的活性，包括人类癌细胞和爪状青蛙胚胎，结果在所有情况下，都获得了阳性结果：引入基因表达的荧光素酶在细胞中具有活性，使加入的荧光素氧化发光。

接着，为了研究真菌生物发光的过程，研究者将整个系统“拆解”成组件，结果真菌发光系统出人意料地简单。咖啡酸经酶1（hispidin synthase ，HispS）将咖啡酸转化为hispidin，经酶2（H3H）羟基化，生成3-hydroxyhispidin (真菌荧光素)。酶3 (luciferase，Luz)加入分子氧，产生一种内过氧化物，作为一种高能量的中间体，通过分解产生氧化荧光素(caffeylpyruvate)和光发射。氧化荧光素可以通过酶4（caffeylpyruvate hydrolase ，CPH）循环转化为咖啡酸。因此，在真菌细胞中进行咖啡酸循环的酶活性对于任何产生咖啡酸的生物体发光是必要且充分的。如果一种生物不含咖啡酸，也可以通过添加酶来诱导发光，研究者通过设计一种在黑暗中发光的酵母菌株已经证实。

研究者在真菌中发现了为生物发光创建遗传模块所需的成分，通过基因转移，几乎可以使任何生物体发光。该研究为基础研究开辟了新道路，例如真菌生态学或酶的光物理学。新系统可用于各种生物过程的可视化，例如跟踪癌细胞的肿瘤生长和迁移，以及开发新药物。

Profiling proliferative cells and their progeny in damaged murine hearts

在心肌梗塞（日常这称为心脏病发作）期间，部分心肌的血液供应被切断了，结果造成了部分心肌死亡。因为心脏是维持血液循环的中心泵，它供血不足会出现危及生命的情况。

因此心血管疾病的流行是一个全球性的现象，目前这种疾病患病率不断增长，尚无有效的治疗方法解决心肌细胞损失这一关键问题，一些科学家们希望干细胞移植可以成为新的治疗方法。

但是二十年来，研究人员和临床医生一直在寻找心脏干细胞，这些干细胞应该存在于心肌中，可以在心肌梗塞后修复心肌。多个研究小组声称对心脏干细胞进行了鉴定，但这些说法都没有得到证实。此前的新闻譬如 "US governments halts heart stem-cell study"之类的都说明了心脏干细胞的存在及其对成人心脏的意义仍然存在争议。

为了解决这场争论，荷兰乌德勒支大学Hubrecht研究所，阿姆斯特丹大学医学中心，伦敦高等师范学院（ENS）等处的研究人员专注于分析小鼠心脏中是否具有干细胞最广泛和最直接的的细胞功能——细胞通过细胞分裂替代丢失组织的能力。在心脏中，这意味着在心脏病发作后任何能够产生新的心肌细胞的细胞都被称为心脏干细胞。

Hans Clevers领导的研究小组使用先进的分子和遗传技术，在心肌梗死之前和之后生成了所有分裂心脏细胞的细胞图谱。

肿瘤干细胞大牛PNAS解答长期争议：成人心脏不含干细胞

Inosine, but none of the 8-oxo-purines, is a plausible component of a primordial version of RNA

“RNA世界”的理论认为生命的起源是RNA，但具体的材料是什么尚未有定论。最新研究指出含有肌苷（I）而不是鸟嘌呤（G）的RNA具有高复制能力。

Maps of subjective feelings

2014年PNAS的一篇关于人体情绪地图的文章（Bodily maps of emotions）令人印象深刻，研究指出外界刺激致使人们情绪发生变化时，身体总能先一步做出反应，由此芬兰的科学家根据人们在经历某些情绪时的反应，绘制了人体的“情绪地图”。

时隔四年，这一研究组又发表了相对应的另外一篇文章：“Maps of subjective feelings”，揭示了我们的主观感受如何映射为五大类：积极情绪，消极情绪，认知功能，躯体状态和疾病，这些主观感受伴随着强烈的身体感受。

我们人体不断的经历着瞬息万变的主观感受，只有在睡眠和深度昏迷时才会停止，这些感受与机体生物性功能密切相关。

最新这项研究在线分析了超过1000个个体，他们首先通过通过100个情绪状态评估了个体的自身和感官感觉，以及他们如何控制自己的情绪，然后研究人员再分析这些感觉的相似性，已经情绪对身体的影响。

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