活化转录因子4（ATF4)是一个应激反应基因，它的表达会被缺氧、氨基酸缺乏、内质网应激、氧化应激等应激因素上调。此前Steffen等发现，酵母蛋白GNC4激活可使酵母生命周期延长，而在哺乳类中ATF4是GNC4的直接同源蛋白。受此启发，黎孟枫、孙妍等深入研究了ATF4在衰老过程中的作用。他们发现ATF4在HSCs中高表达，但随着小鼠年龄增加其表达在HSPCs中逐渐减少。有趣的是，年轻ATF4-/-小鼠的HSCs呈现出衰老样表型，造血系统表现出明显的衰老样改变，如免疫表型的HSCs比率数目增多、造血前体细胞体内外克隆形成能力降低、造血重建功能下降、具有重建功能的HSCs数量减少、HSCs自我更新能力减弱以及髓系偏移等，均提示ATF4可能参与调控造血系统的衰老过程。

该团队利用ATF4条件性基因敲除小鼠 (ATF4fl/fl; Scl-Cre-ERT) 进一步证明ATF4作为内源性调控因子影响HSCs，而ATF4-/-成体骨髓微环境并不影响HSC的行为。他们还发现，在生理性衰老进程中，无论是HSC数量改变、造血重建功能降低还是髓系偏移，ATF4-/-老龄鼠HSC对比野生型老年鼠，其衰老样改变更加显著，说明ATF4调控HSC衰老具有年龄依赖性的特征。

在分子机制层面，该团队发现ATF4-/- HSCs 的ROS水平高于野生型HSCs；使用N-乙酰-L-半胱氨酸（NAC）进行实验性治疗的结果显示，NAC清除活性氧可修复ATF4-/- HSC衰老样的改变，如维持HSCs数量和细胞周期的稳定，阻止细胞分化的障碍和减少造血重建的缺陷。那么ATF4又是如何调控HSCs内ROS生成的呢？研究者进一步揭示低氧诱导因子HIF1α可能是ATF4的一个潜在靶基因， ATF4通过与HIF1α启动子结合调控HIF1α表达，而在ATF4-/-Lin-细胞中过表达外源性HIF1α可减少ROS的产生，从而阻止产生过多增殖状态的HSC，由此纠正ATF4-/- BM移植后的造血重建障碍。

最后，这项研究还发现敲除ATF4可显著延缓MLL-AF9癌基因驱动的白血病的发生发展，且显著影响白血病干细胞的干性，这提示ATF4在白血病的发生发展过程中也可能起到重要作用。

本研究首次报道了ATF4可参与成体干细胞 (HSCs) 衰老进程的调控及其分子机制，这为抗衰老策略的研发提供了新的实验依据和思路。

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中药小分子结构多样性丰富，毒副作用相对较低，是良好的药物发现来源。澳门大学路嘉宏团队长期聚焦于天然小分子自噬调控剂的发现和药理活性研究，建立了包含生物碱，黄酮，萜类等多类型化合物的天然小分子的化合物库。团队首次研究建立了一种新的AI技术用于药物筛选:机器学习药物分子的一维，二维与三维信息。预训练的数据来自ChEMBL和ZINC的共一千九百万小分子数据。预训练表征模型综合考虑了分子的各个维度的信息，其中包括了一维的序列信息（SMILES），二维的分子拓扑相似性和三维的空间信息等。AI算法模型的开发和验证由杭州德睿智药团队负责。通过AI虚拟筛选，团队顺利从澳门大学中药小分子化合物库中共3724个天然小分子化合物中，初筛出18个天然小分子化合物，并通过实验最终发现山萘酚和丹叶大黄素两个化合物可在安全剂量范围改善线虫和小鼠AD模型的记忆与认知障碍，减轻AD病理表型。药物研发耗资巨大，周期漫长，失败率高。通过AI进行药物的虚拟筛选不仅可以加速中间步骤，而且大幅度降低研发成本，同时提高药物筛选精确性。该研究前期应用AI高效低成本筛选，后期进行传统湿实验室验证(细胞，线虫和小鼠)提高筛药准确性，两部分的结合可以大大加速药物的研发速度和增加研发的成功率。这种设计思路不仅可以应用在阿尔茨海默病的药物发现中，还可以应用到其他疾病的药物发现。

该研究获得国际同行正面评价。国际阿尔兹海默症研究权威、美国麻省理工学院大脑与认知科学系教授蔡立慧(Li-Huei Tsai, MIT)指出:“此研究使用前沿的机器学习算法成功发现新神经元线粒体自噬诱导剂，应用计算机筛选候选药物，再使用细胞、秀丽隐杆线虫和表达人类 P301L Tau 蛋白的小鼠模型的多个系统中验证，最终发现2种小分子化合物山奈酚和丹叶大黄素。值得注意的是，这些线粒体自噬诱导剂能有效改善神经元功能，减少了 AD 相关病理变化，并在动物模型中增强了学习记忆能力。因此，该研究通过计算机药物筛选，并通过多系统验证，从而确定了有效的线粒体自噬诱导剂。此外，他们的研究说明了线粒体自噬在神经元的保护作用和改善记忆功能方面的治疗价值。”

论文第一作者为温州医科大学第一附属医院副主任医师谢成龙、澳门大学博士生庄旭旭、德睿智药科技有限公司创始人牛张明和奥斯陆大学博士生艾瑞雪。通讯作者为方飞博士和路嘉宏博士。其中，AI算法模型的开发和验证由德睿智药团队负责。

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受体结合是病毒入侵的关键步骤。 与 SARS CoV 类似，SARS-CoV-2 使用其刺突 (S) 蛋白来识别宿主受体 ACE2。 S 蛋白的 C 端结构域 (CTD)，也称为受体结合结构域 (RBD)，负责 ACE2 识别，是宿主范围的重要决定因素。 此外，S 蛋白是中和抗体的主要靶标。 S 蛋白的突变，尤其是 RBD，可能导致免疫逃逸并破坏当前疗法和疫苗的功效。

由于持续的全球传播，SARS-CoV-2 不断演变成新的变种。有证据表明传染性增加、疾病严重、康复者或疫苗的抗体中和作用降低以及逃避检测风险较高的变体被归类为关注变体 (VOC)。目前，世界卫生组织（WHO）已经公布了五种VOC，分别是Alpha、Beta、Gamma、Delta和最近确定的Omicron。

研究报告称，VOC，尤其是 Beta 变体，在使用大多数临床可用的单克隆抗体治疗时会发生免疫逃逸。也有报道称，目前针对先前 VOC 的许可疫苗的保护效力受损，但效力降低的程度相当轻微。 Delta VOC 被证明具有更高的传播率，这可以通过其更高的复制率和 S 介导的进入来解释。

与自然免疫占优势时出现的其他 VOC 不同，Omicron 是在普遍接种 SARS-CoV-2 疫苗的情况下出现的。 基因组测序表明 Omicron 携带异常多的突变，尤其是在 S 蛋白（23 个氨基酸替换）及其 RBD（15 个氨基酸替换）上。 推定的分析表明，一些突变与增强的病毒传播、传染性和免疫逃避有关。 最近的研究表明，Omicron 可以从恢复期患者的中和抗体和血清或接种了辉瑞疫苗 BNT162b2 的人群中大量逃脱。 揭示 VOC 受体识别的分子机制对于了解 Omicron 对感染、传播和免疫逃逸的影响至关重要。

在这项研究中，检查了几种 VOC，包括 Alpha、Beta、Gamma、Delta 和 Omicron，并证明 Omicron 变体 RBD 与 hACE2 的结合具有与原型相当的亲和力。 然后该研究确定了与 hACE2 复合的 Omicron RBD 的晶体和冷冻电镜结构，并确定了关键残基对受体识别的作用。 此外，该研究解决了 Delta RBD-hACE2 复合物的晶体结构。 该研究结果提供了关于 Omicron 和 Delta VOC 的重要分子信息，并可能为开发针对主要 Omicron 变体的新型预防/治疗方法提供指导。

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SARS-CoV-2 Omicron 变种 (B.1.1.529) 由于其多重突变可能对传播性和免疫逃避产生影响，因此受到世界的极大关注。与野生型相比（WT），Omicron在其刺突蛋白上携带多达30个单点突变、3个缺失突变和1个插入突变。引人注目的是，在 Omicron 受体结合域 (RBD) 中观察到 15 个突变，其中 10 个位于人类血管紧张素转换酶 2 (ACE2) 和大多数单克隆抗体 (mAb) 直接相互作用的受体结合基序 (RBM) 中。

作为比较，目前主要的变异 Delta (B.1.617.2) 在其 RBM 中只有 2 个突变（L452R 和 T478K），有时还有额外的 K417N 和 E484K 突变。因此，Omicron 变体可能会显著影响对 ACE2 的结合亲和力和当前可用 mAb 的有效性。因此，Omicron突变体引起了广泛关注，许多国家都采取了入境限制措施，以防止其迅速传播。然而，Omicron 的传染性和免疫逃避风险尚未得到适当评估。

WT SARS-CoV-2 的刺突蛋白有 1273 个氨基酸，其 RBD 由残基 319-541 组成，RBM 由残基 437-507组成，目前占优势的 Delta 变体只有 4 个突变。 RBD (RBDDelta )突变远小于 Omicron RBD (RBDOmicron)。可以看出，RBDOmicron 的 15 个突变并不是均匀分布在 RBD 中，而是集中在其 RBM 中，有 10 个残基，即 N440K、G446S、S477N、T478K、E484A、Q493K、G496S、Q498R、Y505H。通过检查 Bloom 等人报道的单个突变对 ACE2 结合亲和力的影响，发现 9 个 RBDOmicron 突变（S371L、S373P、S375F、K417N、G446S、E484A、G496S、Q498R、Y505H）应该降低ACE2结合亲和力，而其他 6 个突变（G339D、N440K、S477N、T478K、Q493K、N501Y）应增加结合亲和力，导致预测其传播性和潜在免疫逃避风险的挑战。因此，本文采用分子动力学 (MD) 模拟和 ELISA 生物测定来研究 WT/Delta/Omicron RBD 和 ACE2/mAb 之间的结合亲和力。

在实验上，该研究通过使用非竞争性 ELISA 方法分别测量了人 ACE2 对 RBDWT、RBDDelta 和 RBDOmicron 的亲和力常数 (Kaff )。 ACE2-RBDWT、ACE2-RBDDelta 和 ACE2-RBDOmicron 的确定Kaff 值分别为 6.01 ± 3.02 × 107、26.91 ± 0.46 × 107 和0.37 ± 4.66× 107 。从统计上看，Delta 变体明显强于 WT 和 Omicron，而 WT 和 Omicron 之间没有显著差异。

为了评估 Omicron 变体的潜在免疫逃避风险，通过基于 MD 模拟的 MM/GBSA 方法计算了 5个 mAb 和 WT/Delta/Omicron RBD 之间的结合亲和力。值得注意的是，RBDOmicron 对两种已推出的单克隆抗体 的结合亲和力要弱得多，表明 Omicron 对两种 mAb 免疫逃避的风险很高。

为了在分子和原子水平上探索 RBD 和 ACE2 之间相互作用机制的细节，根据 MD 轨迹将结合自由能分解到每个突变的残基上，发现RBDOmicron 中残基498、493、505和496的能量贡献比WT弱，而Omicron中Y501的能量贡献远强于WT中的N501。相反的作用使 RBDOmicron 和 ACE2 之间相互作用的变化非常复杂，但最终导致 RBDOmicron-ACE2 与 RBDWT-ACE2 的结合亲和力相似。

总之，MD 模拟和 ELISA 生物测定结果都表明，与野生型 SARS-CoV-2 相比，Omicron 变体对人 ACE2 具有相当的结合亲和力，但比 Delta 变体弱得多。 因此，如果传播能力主要取决于结合亲和力，Omicron 变体可能具有与 WT 病毒相似的感染能力，但比 Delta 温和。 此外，MD 模拟表明，新变种 Omicron具有很高的免疫逃避风险。 因此，Omicron 的高免疫逃避风险可能使其易于传播，因此应密切关注 Omicron。

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前列腺癌 (PCa) 是一种常见的男性癌症，也是西方国家癌症相关死亡的主要原因。局部前列腺癌可以通过根治性前列腺切除术治愈。然而，一旦肿瘤移出腺体，无法治愈的转移性疾病是不可避免的。 PCa的转移是导致患者死亡的主要原因，大大降低了患者的寿命和生活质量。对于晚期转移性 PCa 患者，目前的治疗选择有限且无效。因此，确定转移性 PCa 的新生物标志物和治疗靶点是临床上的当务之急。

环状RNA（circRNA）是单链、共价闭合的RNA分子，由pre-mRNA反向剪接形成，最初被认为是剪接错误的副产物。然而，许多研究表明，circRNA 是基因表达的重要调节因子，并通过充当 microRNA (miRNA) 海绵、RNA 结合蛋白 (RBP) 结合分子、转录调节因子或蛋白质翻译模板参与肿瘤发生的多个生物学过程。

据报道，circRNA 在调节细胞发育、分化和代谢方面具有多种功能。尤其有研究称，circRNA的异常表达与癌细胞在远处器官的侵袭、迁移和转移有关。例如，circCSNK1G3 通过与 miR-181 相互作用促进 PCa 细胞生长。 CircNOLC1 通过海绵 miR-647 促进 PCa 进展。 CircRHOBTB3 通过 miR-654-3p 抑制胃癌生长。 CircACTN4 通过与 FUBP1 复合来促进乳腺癌的进展。 CircSPARC 通过招募 FUS 促进结直肠癌的进展。这些数量巨大的报告表明，circRNA 可能作为诊断和治疗的理想生物学靶点，包括 PCa。然而，多种circRNAs及其在PCa转移中的特异性生物学作用值得探索。

在该研究中，发现了一个来自 ZNF652 外显子 4 和 5（circBase ID：hsa_circ_0003258）的 circRNA，是 PCa 中的一种新型致癌基因。该研究发现 hsa_circ_0003258 在 PCa 组织中显著上调，并与 PCa 细胞的转移有关。从机制上讲，hsa_circ_0003258 直接与 RNA 结合蛋白 IGF2BP3 相互作用，增强组蛋白去乙酰酶 4 (HDAC4) mRNA 的稳定性，从而导致 PCa 的侵袭性。此外，hsa_circ_0003258 可能通过海绵 miR-653-5p 上调 Rho GTPase 激活蛋白 5 (ARHGAP5) 的表达以促进肿瘤进展。这项工作表明 hsa_circ_0003258 在 PCa 进展中的重要作用。

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免疫检查点阻断(ICB)能够通过破坏共抑制T细胞信号通路来增强抗肿瘤免疫，代表了癌症治疗模式的一个划时代的转变。然而，对这些疗法的显著反应仅限于少数NSCLC患者，因此需要额外的治疗策略。为了促进下一代免疫疗法的合理设计，首先了解ICB诱导的肿瘤排斥反应的分子和免疫机制至关重要。既往研究报道，PD-1通路阻断可逆转慢性病毒感染过程中终末衰竭的Texp细胞的功能失调状态，为ICB治疗的广泛假设机制。然而，随着对这个问题的集中研究，新出现的证据表明，终末Tex细胞的表观遗传稳定性很难改变，并可能限制这种再生。

最近的观察也支持了这一观点，表明新渗透的克隆型在癌症治疗中发挥着主要作用，而不是已经存在的克隆型。此外，多项研究已经将临床结果与Texp细胞联系起来，包括干细胞样细胞和随后转化为晚期Tex亚群的短暂性细胞，但在人类癌症治疗期间，终末Tex和Texp细胞如何响应抗PD-1治疗产生的反应仍是未知的。因此，有必要进一步的深入研究。

以往旨在阐明ICB治疗机制的肺癌研究主要集中于整体肿瘤组织的全外显子组测序，但这些策略在理解ICB的免疫反应的细胞基础方面是有限的。单细胞RNA测序(scRNA-seq)是一种解析复杂生物系统细胞多样性的强大方法，但目前肺癌的scRNA-seq分析主要集中在on-treatment-naïve tumors，这主要是由于在多个治疗时间点获得高质量的人类肿瘤样本的困难。最近的一项肺癌研究分析了治疗后肿瘤中的新抗原特异性T细胞，而这些细胞在治疗后的时间变化仍然难以捉摸。

为了解决这些局限性，在这项研究中，该研究利用scRNA-seq分析来综合表征抗PD-1联合化疗后分离的肿瘤活检组织样本中T细胞的时间动态，并发现PD-1治疗后反应性肿瘤中，会积累以共抑制分子低表达和GZMK高表达为特征的耗竭性 T 细胞前体细胞。总之，这项研究能够更好地解释以PD-1为基础的治疗的基本机制。

北京大学生命科学学院博士生刘宝琳，百奥智汇胡学达博士以及解放军总医院丰恺超博士为该论文的并列第一作者。北京大学生物医学前沿创新中心、北京未来基因诊断高精尖创新中心张泽民教授和解放军总医院韩为东教授为共同通讯作者。

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本研究首先通过病理染色和电镜在新冠患者皮肤组织中发现了SARS-CoV-2病毒颗粒的存在，证实了新冠病毒能够直接感染皮肤组织。进而，通过定量蛋白质组学的方法构建了新冠患者皮肤的蛋白质组学图谱，并发现了表皮发育、神经系统、血液循环系统、和包括细胞外基质、焦点黏连、桥粒、黑素小体等多处皮肤重要组织微环境的生物学过程受到了严重影响。

接下来，研究利用hiPSC获得了均匀的上皮囊肿，逐步分化hiPSC产生颅神经脊样细胞和间质细胞的不对称结构。通过连续培养依次获得具备表皮细胞、神经细胞、基质细胞、成纤维细胞、肌肉细胞和血管内皮细胞等多种细胞类型的高级皮肤形态和包括角质、内根鞘、皮层、真皮鞘、玻璃膜、髓质、外根鞘、毛球、毛干、立毛肌、赫氏层、亨氏层、黑素细胞等完整结构的毛囊系统。同时，也发现了参与骨骼组织和细胞骨架以及富含脂质和能量代谢等蛋白的产生。此外，该皮肤类器官显示了皮肤组织的15种主要胶原蛋白、31种糖蛋白，10种蛋白多糖以及多种重要的可溶性生长因子，说明研究团队构建的皮肤类器官能够近似模拟皮肤组织的结构和细胞功能。

研究团队通过SARS-CoV-2体外感染皮肤类器官，发现SARS-CoV-2主要针对KRT17+细胞，对KRT71+和PDGFRα+细胞靶向作用较少。病毒感染导致毛囊表皮形态消失，细胞增殖能力下降，研究发现该现象是由于SARS-CoV-2感染使得毛囊周围表皮细胞核的H2A.X磷酸化而导致双链DNA断裂，从而引起DNA损伤和氧化应激而损伤毛囊干细胞。进一步，研究团队发现毛囊周围的神经元细胞和雪旺样细胞相继被感染，而神经内分泌细胞、小胶质细胞、星形胶质细胞、卫星细胞等多种神经细胞类型的细胞形态和功能蛋白均受到严重影响。

此前，冷泠与马洁研究团队一直致力于利用大数据科学应用至转化医学的研究中，共同开发表皮类器官/全层类器官及相关数据库的开发，尤其注重外胚层（皮肤和脑）来源组织器官的疑难重症与罕见病的相关问题。在之前的研究中，共同合作首次从新冠肺炎的临床样本出发系统性地从分子水平上揭示了在COVID-19患者肺组织和肝组织发病过程中起关键作用的致病机制，医学干预策略和药物靶点选择提供了科学依据；基于解析COVID-19患者预后血液标志物，并延续前期在肺组织和肝组织损伤病理机制的研究成果，建立器官损伤与血液标志物预测相关性系统，为普通型感染者和无症状感染者的治疗效果和健康预测提供了科学依据。相关研究结果部分以封面亮点形式已经发表在2020年10月以及2021年1月和6月的Signal Transduction and Targeted Therapy杂志上。在本研究中，合作团队利用新冠肺炎的皮肤样本以及体外类器官感染模型揭示了两个问题：1、SARS-CoV-2能够直接感染皮肤的毛囊和神经系统；2、SARS-CoV-2感染导致的皮肤不同结构病变的致病机制。后续，研究团队将继续利用类器官感染模型进行药物筛选方面的工作。此外，本研究中构建的皮肤类器官包括皮肤的表面（表皮和真皮）和深层（软骨和皮下脂肪）结构，这可能使其成为其他皮肤病研究的理想模型，对于临床表型复杂的难愈性疾病和罕见病，使用具有完整组织结构和细胞类型的皮肤类器官进行致病机制研究和临床治疗在未来的临床应用有着广大的应用前景。

中国医学科学院北京协和医院冷泠副研究员、张抒扬教授，中科院武汉病毒所王曼丽研究员和华中科技大学同济医学院周亦武教授为共同通讯作者，国家蛋白质科学中心（北京）马洁副研究员、硕士生李晓，中科院武汉病毒所刘佳副研究员和中国医学科学院北京协和医院研究助理高敦芹为论文共同第一作者，

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