四川大学Nature子刊揭示炎症新机制

四川大学Nature子刊揭示炎症新机制

2016年08月28日讯 人类基因组只有不到2%是蛋白编码基因，其余98%过去被视为无功能的“垃圾DNA”。如今大家都很清楚，这些非编码DNA在基因表达调控中起到了必不可少的作用，决定着基因表达的时间、地点和方式。

MicroRNA（miRNA）是长约22nt的非编码RNA，在胚胎发育、细胞分化和器官生成等重要过程中承担着关键性的调控功能。这些短RNA在天然细胞中大量存在，它们能与靶基因的mRNA配对并阻碍其翻译，在转录后水平上调控目标基因的表达。

四川大学和North Dakota大学的研究团队最近在Nature Microbiology杂志上发表文章，在细菌诱导的炎症中揭示了一种miRNA的分子机制。文章的通讯作者是四川大学华西医院的黄灿华（Canhua Huang）教授和North Dakota大学的吴敏（Min Wu）教授。黄灿华教授的主要研究方向是系统生物学筛选药物靶标，病毒诱发癌变的分子机理。吴敏教授在基因表达调控、传染病致病机理、DNA损伤修复及基因工程研究等方面均有卓著成绩。

研究人员发现，miR-301b会在肺部感染中扩大炎症应答，咖啡因能抑制miR-301b的效果，并由此增强呼吸道免疫。研究显示，LPS处理或绿脓杆菌感染会通过TLR4/MyD88/NF-κB通路诱导miR-301b表达。咖啡因能负调控cAMP/PKA/NF-κB通路，由此减少miR-301b的表达。

进一步研究表明，miR-301b的作用靶标是c-Myb。c-Myb正调节抗炎症的细胞因子IL-4和TGF-β1，负调控促炎症的细胞因子MIP-1α和IL-17A。抑制miR-301b可以增加c-Myb的转录，使中性粒细胞浸润水平升高，进而缓解小鼠的感染症状。这项研究指出，miR-301b是炎症应答的一个新控制子，代表着炎症平衡中的一个新机制。

前不久，黄灿华教授的研究团队对乳腺癌进行了深入研究。他们发现广谱抗寄生虫药物伊维菌素（Ivermectin）能够阻断乳腺癌细胞的重要通路，并由此诱导抑制细胞生长的自噬。乳腺癌是女性中最常见、也最严重的恶性肿瘤之一，其发病率一直在不断增加。这种恶性肿瘤通常发生在乳腺上皮组织，会严重影响女性的身心健康乃至危及生命。

严重细菌感染会引起一连串的炎症和细胞死亡，导致可能危及生命的脓毒症。康涅狄格大学（UConn）的研究人员在Cell杂志上发表文章，揭示了革兰氏阴性菌触发这种危险反应的惊人机制。他们的研究表明，细胞很可能是被细菌吓死的。我们知道，被细菌入侵的细胞会爆裂自毁，把细菌和炎症性物质一起吐出来。如果细胞自杀事件发生失控，脓毒症就离我们不远了。UConn研究团队认为，这些自杀的细胞并没有真的被入侵，它们只是误解了细菌发出的信号。

脓毒症（sepsis）是指创伤、感染等一系列因素导致机体产生过激的炎症反应，会对机体产生严重的危害，是临床危重患者的主要死亡原因之一。这种疾病死亡率高而且发病机制复杂，一直是全世界重症医学研究的难点和热点。浙江大学和匹兹堡大学的研究团队对脓毒症进行了深入研究，揭示了雌激素磺基转移酶（EST或SULT1E1）在脓毒症炎症反应中的重要作用。这一成果发表在Nature Communications杂志上，文章的通讯作者是浙江大学的曾苏（Su Zeng）教授和匹兹堡大学的谢文（Wen Xie）教授。

Nature子刊：海底微生物是如何在120度的高温下生存的？

地表以下的海洋沉积物被认为蕴含了地球上很大一部分微生物。之前有一支考察队钻取了南海海槽俯冲带的沉积物岩芯，为的是研究这种生境中存在哪些极端生命。研究人员发现，虽然这里最深处的沉积物温度高达 120 C ，但仍有一个很小的微生物种群生机盎然，不过，这些生物的生存机制并不清楚。

2022年1月25日，美国加州大学洛杉矶分校的研究团队在 Nature Communications 期刊发表了题为：Rapid metabolism fosters microbial survival in the deep, hot subseafloor biosphere 的研究论文。

该研究显示， 较高的能量代谢率 或使一个微生物种群能够生活在海床下1千多米深、温度最高有120 C的沉积物中 。研究结果或有助于阐释生物在被认为生命可承受的最高温度下的生存策略。

基于之前的研究， Tina Treude 等人在高度无菌的操作条件下开展了灵敏的放射性示踪实验，看看这些微生物是如何在这些沉积物中活下来的。

他们发现， 生活在深处、炙热沉积物中的微生物有着极高的能量代谢率 ，与之前在深海海底发现的代谢很慢的微生物形成了鲜明反差。作者认为， 这个微生物种群必须在这种极端环境下保持很高的代谢率，才能提供它们修复高温造成的细胞损伤时所需的能量，而沉积物中的有机物受热会为它们提供丰富的营养物质。

作者认为，他们的这项研究结果对于我们理解地表以下的沉积物环境以及生命能存在的最高温度具有重要意义。

论文链接 ：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-27802-7

光催化“万金油”！Nature子刊，提升产氢性能只需复合这种纳米片

第一作者：Jingrun Ran, Hongping Zhang, Sijia Fu

通讯作者： 乔世璋

通讯单位：澳大利亚阿德莱德大学

论文DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-022-32256-6

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高性能、低成本的光催化剂是实现大规模太阳能制氢的关键。本文报告了一种液体剥离方法来制备 NiPS3 超薄纳米片。该纳米片可作为一种多功能平台，能够极大地改善各种光催化剂（包括 TiO2、CdS、In2ZnS4 和 C3N4）上的光催化产氢性能。与纯 CdS 相比，NiPS3/CdS 异质结具有最高的改进因子（~1,667%），实现了极高的可见光诱导制氢速率（13,600 μmol h-1g-1）。这种更好的性能归因于强关联的 NiPS3/CdS 界面确保了有效的电子-空穴解离/传输；以及 NiPS3超薄纳米片上丰富的原子级边缘 P/S 位点和活化的S 位点，促进了氢的析出。这些发现通过最先进的表征和理论计算来证明。该工作首次证明了金属磷硫属化物可作为一个通用平台的巨大潜力，能极大地提高不同光催化剂的性能。

背景介绍

不可再生化石燃料的大量消耗导致全球能源短缺、环境污染和气候变化。因此，寻找可再生、清洁和无碳的能源至关重要。太阳能光催化水分解产氢 (H2) 被认为是一种有前途、廉价且环境友好的技术，其可利用阳光生产绿色 H2 燃料。然而，迄今为止开发的光催化剂效率低、稳定性差、价格高，严重制约了光催化工艺的大规模应用。因此，寻找高活性、稳定和廉价的光催化剂对于实现工业规模的太阳能制氢具有重要意义。高性能光催化剂的合理设计和制备，不仅需要从原子级尺度理解结构/组成-活性关系，还需要精确而深刻地理解光催化剂中的光生电子-空穴的动力学和热力学。结合原子分辨率像差校正扫描透射电子显微镜 (AC-STEM) 和理论计算，研究人员可以提供关于光催化剂的结构/组成-活性关系的原子级阐释。特别是，通过上述方法可以准确地揭示光催化剂中存在的各种原子级反应位点，例如单原子、边缘位点和缺陷。另一方面，光生电子和空穴的分离/迁移在确定整体光催化性能方面起着关键作用。因此，必须采用各种先进的表征，例如超快瞬态吸收光谱 (TAS)、瞬态表面光电压 (SPV) 光谱、瞬态光致发光 (PL) 光谱和原位 X 射线光电子能谱 (XPS)，对光生电子/空穴的动力学和热力学进行时间分辨研究，特别是在光催化剂表面。此外，将上述两种策略结合起来，同时评估光催化剂的原子级结构/组成-性能关系和时间分辨电荷载流子分离/转移机制，是具有重要意义的。

图文解析

图1. NiPS3 UNS的理论预测、表征和应用。a NiPS3 单层 (100) 边缘的 HER 活性 P、S2 和 S3 位点。b NiPS3单层 (010) 边缘的 HER 活性 S 位点。c 在 NiPS3单层的 (1-30) 边缘处的 HER 活性 P1、S2、S3 和 S8 位点。d 在 NiPS3单层的 (100) 边缘、(010) 边缘或 (1-30) 边缘的活性位点上，遵循 Volmer-Heyrovsky 路径的 HER 吉布斯自由能图。e 在NiPS3 单层的 (100) 或(1-30) 边缘的活性位点上，遵循 Volmer-Tafel 路径的 HER 吉布斯自由能图。NiPS3 UNS 的 f 基面和 g 边缘的原子分辨率HAADF-STEM 图像。h NiPS3 UNS 的（基于同步加速器的）Ni L2,3-edge XANES。i TiO2、NiPS3/TiO2、CdS、NiPS3/CdS、In2ZnS4、NiPS3/In2ZnS4、C3N4和 NiPS3/C3N4在约 17.0 vol% 三乙醇胺水溶液中的光催化产氢速率。

图 2. 20.0N 的形貌、微观结构和化学成分。a TEM 图像和 b HRTEM 图像。在 20.0 N 中，c NiPS3 UNSs 和 d CdS NPs的原子分辨率 HAADF-STEM 图像。e 20.0N的EDX 光谱。f 20.0N 的 Ni L2,3-edge EELS 光谱。g 20.0N 的 HAADF-STEM 图像，和 20.0N 中 h Cd、i S、j Ni 和 k P 元素的相应元素mapping图像。注意：将不同体积的 NiPS3 UNSs 乙醇溶液（5.0、10.0、20.0 和 30.0?ml）分别添加到研钵中，在室温下通过机械研磨与 50?mg CdS NPs 复合。所得的光催化剂分别标记为 5.0N、10.0N、20.0N 和 30.0N。纯 CdS NPs 表示为0.0N。

图 3. NiPS3/CdS 系统中的强电子相互作用。a NiPS3UNS、20.0N 和 30.0N 的高分辨率Ni 2p XPS 光谱。b0.0N、20.0N 和 30.0N的基于同步加速器的S L-edge XANES。c NiPS3 UNS 和 20.0N 的 Ni L2,3-edge EELS 光谱。d CdS（200）晶面和e NiPS3（002）晶面沿z轴方向的平均电位分布。f NiPS3/CdS系统的微分电荷密度图。金色和青色等值面分别表示净电子积累和耗尽区域。考虑到在 17 vol% 三乙醇胺水溶液中的溶剂化效应，计算了功函数和微分电荷密度图。

图 4. NiPS3/CdS体系的光催化产氢活性和载流子动力学。a 在~17.0 vol% 三乙醇胺水溶液中使用可见光照射（λ?>?400?nm）的0.0N、5.0N、10.0N、20.0N、30.0N 和 NiPS3UNSs 的光催化产氢速率。0.0N 和 20.0N 的b稳态和 c 瞬态 PL 光谱。c 插图显示了 0.0N 和20.0N 的拟合电荷寿命。用 400?nm 激光脉冲激发后，乙醇溶液中 d 0.0N 和 e 20.0N 的二维伪彩色 TA 光谱。f 0.0N 和 g 20.0N 在不同泵-探针延迟时间下的 TA 光谱。h 0.0N 和 20.0N 的归一化衰减动力学和拟合线，基于约 516 和约 514?nm 处的GSB 峰。i 0.0N 和 20.0N 的归一化衰减动力学和拟合线，基于 ~480 和 ~474nm 处的ESA 峰。

图 5. NiPS3/CdS 系统中的电荷载流子动力学。0.0N 和 20.0N 的a瞬态和 b 稳态 SPV 光谱。c 在黑暗和光照下进行的 0.0N 的 CPD 测试。NiPS3UNSs 的高分辨率 d Ni 2p、e P 2p 和 f S 2p XPS 光谱，分别在光照打开和关闭的情况下测量。20.0N的高分辨率g Ni 2p、h Cd 3d 和 i S 2p XPS光谱，分别在光照打开和关闭的情况下测量。

图 6. NiPS3/CdS体系的表面催化反应和光吸收。a 0.1?M KOH 水溶液中，0.0N、20.0N、NiPS3UNSs 和 20 wt% Pt/C 的电化学 HER 活性。b NiPS3/CdS 的俯视原子结构，显示了 Ni、P 和 S 位点。c 在 NiPS3/CdS 体系中的NiPS3 基面的 Ni、P 和 S 位点上，遵循 Volmer-Heyrovsky 路径计算的 HER 自由能图。d 在NiPS3/CdS体系中的NiPS3 基面的Ni、P和S位点上，遵循 Volmer-Tafel途径计算的HER自由能图。e 0.0N、5.0N、10.0N、20.0N 和 30.0N 的 UV-Vis 漫反射光谱。f 分别在氙灯照射 (λ?>?400?nm) 和630-nm LED 下，在约 17.0 vol% 三乙醇胺水溶液中测量 20.0N 的光催化产氢速率。考虑到 17 vol% 三乙醇胺水溶液中的溶剂化效应，进行了所有的Gibbs 自由能计算。

图 7. NiPS3/CdS体系中的光催化产氢机理示意图。在NiPS3/CdS体系中，可见光激发（λ?>?400?nm）、光生电子和空穴的分离/迁移、以及表面催化反应的示意图。

总结与展望

基于上述结果，本文首次报道了一种简便的液体剥离技术，来合成具有超薄厚度（~3.16?nm）的2D NiPS3。合成后的 NiPS3 UNS 可作为通用平台，用于提高各种光催化剂（包括TiO2, CdS, In2ZnS4 和 C3N4）的光驱动产氢性能。与原始 CdS相比，所制备的 NiPS3/CdS 复合物显示出最高的光催化产氢 (H2) 活性（13,600?μmol?h-1?g-1），最大增强因子约为 1667%。NiPS3/CdS 的性能大幅提升有两个原因：（1）NiPS3 UNS 和 CdS NPs 之间的电子耦合界面明显促进了电荷载流子的分离/传输。特别是，光生空穴向 CdS NPs 表面的传输显著增强，这是由牺牲电子供体三乙醇胺收集的。因此，CdS NPs 上剩余的光生电子可以有效地迁移到 NiPS3 UNSs 以产生 H2；(2) 在NiPS3 UNSs中，大量的原子级P/S边缘位点和活化的S位点极大地促进了H2的析出反应。这些发现得到了理论计算和高级表征的支持，例如原子分辨率 AC-STEM、瞬态 PL 光谱、瞬态SPV 光谱、超快 TAS 和原位 XPS。该研究不仅展示了 MPCx 家族作为一个通用平台的巨大潜力，可用于极大地提高各种半导体光催化剂的光催化产氢活性，更重要的是，通过了解光催化中的原子级结构/组成-活性相关性和电子-空穴动力学/热力学，实现了光催化剂的合理设计/制备。

Nature子刊：直接观察到金属纳米粒子在碳载体形成和稳定

通过快速高温合成方法在碳载体上直接生成超小纳米粒子，为可规模化的纳米制造和稳定的多元素纳米粒子合成提供了新机遇。然而， 纳米颗粒在高温加工过程中分散和稳定性对机理的影响，仍是一个谜 。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-20084-5

衬底-负载纳米颗粒，由于其在生物医学、能源储存和催化剂等领域的广泛应用而引起了工业界的极大兴趣。碳是最常用的导电衬底，自然也很丰富。 这种材料具有从零到三维的多种独特形态，可用于锚定纳米颗粒，并可按比例放大形成所需结构 。到目前为止，已经发展了多种方法来合成碳负载纳米颗粒，然而，如何获得尺寸和分散性均匀的纳米颗粒仍然是一个挑战。或许，可以通过引入分散剂或表面活性剂来达到这一目的。然而，溶剂合成残留物的副作用可能是有问题的。近年来，高温干法合成技术已成功用于制备纳米颗粒，包括纯金属、多组分合金甚至单原子。该方法在合成过程中不需要添加剂，不仅降低了合成的复杂性，而且实现了“清洁”的合成策略。

尽管高温焦耳加热法具有通用性和简单性，但在高温加工过程中形成粒径小、分散良好、不聚集的纳米颗粒的机理尚不清楚。 一些原子模拟，已经尝试研究金属纳米颗粒与石墨基面或缺陷基面之间的相互作用。然而，高温的影响在模拟中没有考虑。在这种情况下，这一点更为重要，因为在焦耳加热过程中，在如此高的温度下，纳米颗粒会团聚，从而降低它们的表面能量。然而，对于纳米颗粒在高温下在碳衬底上的稳定性还缺乏了解。纳米尺度的原位表征技术，特别是原位透射电子显微镜(TEM)已经显示出在前所未有的高空间分辨率下，监测各种纳米尺度材料的动力学过程的能力。

在此，研究者利用电偏压原位TEM装置，模拟高温冲击方法，并研究在此过程中纳米颗粒在碳载体上的形成和稳定性。研究发现，金属纳米颗粒的形成与非晶态碳转化为高缺陷湍层石墨同步相变(T-石墨)有关。分子动力学(MD)模拟表明：缺陷T-石墨为纳米颗粒的形成提供了许多成核位点。此外，纳米粒子部分嵌入并扎根于边缘平面，导致支架上具有较高的结合能。纳米粒子与T-石墨基体之间的相互作用增强了纳米粒子的锚定作用，并为纳米粒子提供了良好的热稳定性。

图1 电焦耳加热原位透射电镜观察Pt纳米颗粒在H2PtCl6负载的CNF上的形成。

图2 焦耳加热过程中含盐非晶CNF的结构评价。

图3 焦耳加热过程中原始非晶CNF演化的TEM和EDS分析。

图4 应用~40μW输入功率对碳纤维的焦耳加热过程进行了有限元分析。

图5 单元素和多元素纳米粒子在焦耳加热S-CNFs上的HRTEM和STEM表征。

图6 具有边缘平面的T-石墨存在下Pt团簇的形态推导。

图7原位退火法研究纳米铂在CNF载体上的热稳定性。

综上所述，研究者工作提供了纳米颗粒在非晶碳载体上的直接可视化，并阐明了非晶碳在电焦耳加热过程中超快暴露于极高温度下的石墨化细节。焦耳热在非晶碳纤维上的原位TEM研究表明，在焦耳热过程中，CNFs由于非晶-晶态相变发生体积膨胀，这也与碳载体上金属纳米颗粒的形成和稳定有关。这些发现为碳载体上金属纳米颗粒的高温快速合成及其稳定性的起源，提供了机理上的理解。（文：水生）

不运动也能瘦？Nature子刊：科学家开发出“燃脂”分子，不节食就能减肥

如果要问世界上最难走的路是什么，我认为，那一定是减肥的路。俗话说，一口吃不成一个胖子，但是一口接一口却可以。幸福的肥胖总是来得格外容易，然而悲剧的是，每块肉都有它的脾气。

节食不健康，运动又太累，减肥产品坑太多，难道就没有更好的减肥办法吗？最近，《 Nature Communications 》发布的一项报告表明，距离吃货们实现 “吃着”就能瘦 的梦想已经不远了。

弗吉尼亚理工大学的研究人员发现，一种被称为 “BAM15”的线粒体解偶联剂 具有抗肥胖的功效。小鼠在口服该物质之后， 即使不减少食物摄入量、不进行任何运动，也能够达到降低体脂的效果 ，并且该物质无明显毒副作用。

燃脂分子的发现之旅

线粒体被称为细胞的“动力车间”，能够将有机物中储存的化学能释放出来供细胞利用。而解偶联剂能够降低线粒体的效率，让氧化释放出来的能量仅以热量的形式发散，从而使线粒体消耗更多的能量。

几十年前，科学家们曾考虑过使用另一种解偶联剂二硝基苯酚(DNP)?制作减肥药。肥胖患者 每天口服300mg DNP，每周能够减重2~3磅。 然而，由于有效剂量和有毒剂量“挨”得太近，稍不注意就会酿成事故，因此 1938年FDA禁止将DNP用于人类。

不过，科学研究就是一个不断探索的过程。在发现DNP这条路走不通之后，“倔强”的科学家们就开始寻找其他的有效燃脂分子，BAM15就是其中之一。

“减肥神药”的种子选手

BAM15是一种亲脂的弱酸性线粒体质子体。此前，研究人员发表在《 Molecular Metabolism 》的一篇文章已经证实，该物质能够在较大的剂量范围内使用而不产生明显的副作用。于是，在这项新研究中，研究人员对BAM15的效果及其剂量、安全性等进行了验证。

大多数减肥药品会给身体发送停止进食的信号，不过这种方法十分容易反弹，导致患者吃得更多，胖的更快。从小鼠实验中来看， BAM15似乎是一股“清流”，能让人在不控制饮食的同时达到减脂效果。

研究人员将小鼠以西方饮食（WD）方式喂养了4周。这个过程中，小鼠体重增加了20%以上，脂肪含量增加了三倍。随后，研究人员将小鼠分笼，让其中一组在沿袭西方饮食的同时服用0.1％浓度的BAM15，而另一组以杂粮喂养的小鼠则作为对照组。

5周后，神奇的一幕发生了。 尽管两组小鼠卡路里消耗相同，但是BAM15小鼠体重减轻了15％，并且减掉的基本上都是脂肪， 说明BAM15可以逆转饮食引起的肥胖。

进一步分析表明，BAM15喂养的小鼠血浆甘油三酸酯水平降低了29％，肝脏组织中存在抗氧化剂和抗炎表型；在 治疗的3周内，BAM15完全逆转了由西方饮食引起的葡萄糖耐受不良和高胰岛素血症。

该报告的通讯作者、弗吉尼亚理工大学药物发现中心的Webster L. Santos说，“这些小分子改变了细胞的新陈代谢，让我们在不做任何运动的情况下燃烧更多的卡路里。”

这一结论也在其他研究中得到了证实。6月11日，《 EMBO Molecular Medicine 》发布的一项研究报告指出，BAM15可能是治疗肥胖症和相关疾病的有效药物，可预防肥胖并改善血糖控制。

仍有问题尚待解决

不过，尽管BAM15在小鼠实验中有效，但是半衰期却相对较短，仅为1.7小时，如果要用于人体口服，最佳半衰期需要更长。

Santos的实验室正在调整化合物的化学结构，使其能够在体内停留更长时间。目前，他们已经制造了几百个与此相关的分子，以期寻找改善人体燃烧能量的方式。

总之，这项研究证明，BAM15是一种罕见的线粒体解偶联剂，在预防和逆转肥胖的同时，不会影响食物摄入和体内肌肉水平。这为肥胖、糖尿病，尤其是非酒精性脂肪性肝炎的进一步治疗和预防奠定基础。

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