2020月1月份（截止2020年2月1日），中國學者在Cell，Nature及Science發表了多達18項研究成果，在生命科學，材料學，化學等領域取得重大進展，iNature系統總結了這些研究成果：
【1】2020年1月1日，中國農業大學李雲開及密西根州立大學Liu Jianguo共同通訊在Nature 在線發表題為「Assessing progress towards sustainable development over space and time」的研究論文，該研究開發和測試系統的方法，以量化中國在國家和國家以下各級實現17個SDG的進展。總而言之，這項研究提供了國家和國家以下各級所有17個可持續發展目標的時間可持續性評估。 因此，本文概述的方法對中國的監測工作具有價值。 該方法也可能為分析其他國家以及地方乃至全球層面的可持續發展目標進展的時空模式奠定基礎。最後，該文章被選為最新一期Nature 的封面文章（點擊閱讀）；
【2】2020年1月1日，北京大學江穎，王恩哥，徐莉梅及美國內布拉斯加大學林肯分校Zeng Xiao Cheng共同通訊在Nature 在線發表題為「Atomic imaging of the edge structure and growth of a two-dimensional hexagonal ice」的研究論文，該研究利用高分辨qPlus型原子力顯微鏡技術，首次在實驗上證實了二維冰的存在，並以原子級解析度拍到了二維冰的形成過程，揭示其特殊的生長機制（點擊閱讀）；
【3】2020年1月2日，上海交通大學袁璐琦及美國史丹福大學的Shanhui Fan共同通訊在Science 在線發表題為「A single photonic cavity with two independent physical synthetic dimensions」的研究論文，該研究在實驗上證實了高維度的、複雜的物理效應能夠通過構建多個合成維度、於一個簡單的光學系統中被實現和研究，從而大大豐富了合成維度概念的應用前景。同時，這些物理效應也能被用來尋求多樣的光場操控的可能性。總而言之，可以利用多個同時合成維數的概念在簡單的系統中研究高維物理（點擊閱讀）。
【4】2020年1月8日，南京大學高力波團隊在Nature 在線發表題為「Proton-assisted growth of ultra-flat graphene films」的研究論文，該研究開發了一種質子輔助化學氣相沉積方法來生長無褶皺的超平滑石墨烯薄膜。質子滲透方法和重組形成氫的方法還可以減少在傳統的石墨烯化學氣相沉積過程中形成的褶皺。一些褶皺由於范德華相互作用的解耦以及可能到生長表面的距離增加而完全消失。總而言之，通過質子輔助化學氣相沉積法生長的石墨烯薄膜應在很大程度上保留其固有性能，該研究方法應易於推廣到其他用於應變和摻雜工程的納米材料（點擊閱讀）。
【5】2020年1月10日，浙江大學王亮及肖豐收共同通訊在Science 在線發表題為「Hydrophobic zeolite modification for in situ peroxide formation in methane oxidation to methanol」的研究論文，該研究報導了一種催化劑系統，該系統產生並濃縮過氧化氫以立即與甲烷反應。疏水塗層的沸石使過氧化物保持在金和鈀的活性位附近，然後進入的甲烷被選擇性地氧化成甲醇。總而言之，在甲烷轉化率為17.3％時，甲醇選擇性達到92％，相當於甲醇生產率高達每克AuPd每小時91.6毫摩爾。這項工作代表了將甲烷直接活化應用以生產有價值的產品的重要一步（點擊閱讀）。
【6】2020年1月15日，同濟大學戈寶學及上海科技大學饒子和共同通訊在Nature 在線發表題為「Host-mediated ubiquitination of a mycobacterial protein suppresses immunity」的研究論文，該研究發現宿主E3泛素連接酶ANAPC2（後期促進複合物/環體的核心亞基）與分枝桿菌蛋白Rv0222相互作用，並促進賴氨酸11連接的泛素鏈對Rv0222的賴氨酸76的附著，從而抑制促炎細胞因子的表達。總而言之，該研究發現確定了結核分枝桿菌用來抑制宿主免疫力的一種以前未被認識的機制，並提供了與開發針對結核分枝桿菌的有效免疫調節劑有關的見解（點擊閱讀）。
【7】2020年1月15日，西安交通大學徐卓，李飛及賓夕法尼亞州立大學Chen Long-Qing共同通訊在Nature 在線發表題為「Transparent ferroelectric crystals with ultrahigh piezoelectricity」的研究論文，該研究提出了通過鐵電領域工程實現高透明性和壓電性的範例，該研究的透明鐵電晶體有望能夠為廣泛的混合設備應用提供一條途徑，例如醫學成像，自能量收集觸摸屏和隱形機器人設備（點擊閱讀）。
【8】2020年1月15日，中國科學院生物物理研究所王曉群及北京師範大學吳倩共同通訊在Nature 在線發表題為「Decoding the development of the human hippocampus」的研究論文，該研究使用單細胞RNA測序，並通過測序（ATAC–seq）分析來測定轉座酶可接近的染色質，以說明發育中的人類海馬的細胞類型，細胞線性，分子特徵和轉錄調控。總而言之，這些數據為了解人類海馬的發育提供了藍圖，也為調查相關疾病提供了工具（點擊閱讀）。
【9】2020年1月16日，國際頂尖學術期刊 Science 雜誌以研究長文（Research Article）形式在線發表了南京大學、中國科學院南京地質古生物所樊雋軒教授、沈樹忠院士等題為：A high-resolution summary of Cambrian to Early Triassic marine invertebrate biopersity 的研究論文。該研究利用古生物大數據、超算和遺傳算法等全新的方法和手段，基於化石記錄重現了生命演化歷史，改變了當前對古生代海洋生物多樣性演化的認知。對於這一研究成果，國際頂尖學術期刊 Nature 發表評論文章盛讚該論文：中國古生物學家以驚人的細節繪製了3億年的地球歷史（點擊閱讀）。
【10】2020年1月16日，芝加哥大學何川，中國科學院北京基因組研究所韓大力及同濟大學高亞威共同通訊在Science 在線發表題為「N6-methyladenosine of chromosome-associated regulatory RNA regulates chromatin state and transcription」的研究論文，該研究表明在小鼠胚胎幹細胞中敲除m6A催化蛋白Mettl3或核識別蛋白Ythdc1會增加染色質的可及性，並以m6A依賴性方式激活轉錄。該研究發現METTL3在染色體相關的調控RNA（carRNA）上沉積了m6A修飾，包括啟動子相關的RNA，增強子RNA和重複RNA。 總的來說，該研究結果表明，carRNA上的m6A可以全局調節染色質狀態和轉錄（點擊閱讀）。
【11】2020年1月22日，北京航空航天大學材料科學與工程學院楊樹斌及美國萊斯大學材料科學與納米工程系Pulickel M. Ajayan共同通訊在Nature 在線發表題為「Conversion of non-van der Waals solids to 2D transition-metal chalcogenides」的研究論文，該研究報導了一種以工業規模生產穩定的2D材料的方法，這是將其推向市場的關鍵步驟。研究人員預計，具有良好特徵的所得過渡金屬硫屬化物層將在電子，能量存儲和轉換方面具有廣泛的應用（點擊閱讀）。
【12】2020年1月24日，浙江大學張澤，王勇，中國科學院上海應用物理研究所高嶷及丹麥技術大學Wagner共同通訊在Science 在線發表題為「Visualizing H2O molecules reacting at TiO2 active sites with transmission electron microscopy」的研究論文，該研究在環境透射電子顯微鏡中，首次在原子尺度觀察到催化劑活性位點上水分子的吸附活化和反應。這對於揭示催化機理、進而設計更好的催化劑有著重要意義（點擊閱讀）。
【13】2020年1月23日，復旦大學物理學系張遠波、王靖和中國科學技術大學物理系陳仙輝合作在Science 在線發表題為「Quantum anomalous Hall effect in intrinsic magnetic topological insulator MnBi2Te4」的研究論文，該研究首次通過實驗在本徵磁性拓撲絕緣體錳鉍碲（MnBi2Te4）中觀測到量子反常霍爾效應。該研究將為未來本徵材料體系中拓撲物理的研究開闢新思路（點擊閱讀）。
【14】啟用憶阻器的神經形態計算系統提供了一種快速且節能的方法來訓練神經網絡。但是，卷積神經網絡（CNN）是最重要的圖像識別模型，尚未完全使用憶阻器交叉開關在硬體上實現。此外，由於器件的產量低，變異大和其他不理想的特性，因此獲得與軟體相兼容的結果是非常具有挑戰性的。2020年1月29日，清華大學吳華強團隊在Nature 在線發表題為「Fully hardware-implemented memristor convolutional neural network」的研究論文，該研究報告了為實現CNN而製造的高產量，高性能且均勻的憶阻器交叉開關陣列，該陣列集成了八個2048個單元的憶阻器陣列，以提高並行計算效率。此外，該研究提出了一種有效的混合訓練方法，以適應設備缺陷並提高整體系統性能。該研究將為深度神經網絡和邊緣計算提供可行的基於憶阻器的非馮·諾依曼硬體解決方案。
【15】哺乳動物SWI / SNF家族的染色質重塑蛋白BAF和PBAF調節染色質的結構和轉錄，其突變與癌症有關。2020年1月30日，復旦大學徐彥輝團隊在Science 在線發表題為「Structure of nucleosome-bound human BAF complex」的研究論文，該研究獲得了3.7Å解析度的核小體結合的人BAF的冷凍EM結構，揭示了核小體被鹼基和ATPase模塊夾在中間，後者被肌動相關蛋白（ARP）模塊橋接。該研究為人類BAF複合物的亞基組織和核小體識別提供了結構上的見識。
【16】選擇性靶向CB2的藥物有望治療神經退行性疾病，炎症和疼痛，同時避免CB1介導的精神副作用。對CB2激活和信號轉導的機制了解甚少，但對藥物設計至關重要。2020年1月30日，中科院上海藥物所徐華強等在Cell 在線發表題為「Cryo-EM Structure of the Human Cannabinoid Receptor CB2-Gi Signaling Complex」的研究論文，該研究報告了綁定到激動劑WIN 55,212-2的人類CB2-Gi信號複合物的冷凍EM結構。3D結構揭示了WIN 55,212-2的結合模式和用於將CB2激動劑與拮抗劑區分開的結構決定簇。具有計算對接結果的進一步結構分析揭示了CB2和CB1之間在受體激活，配體識別和Gi耦合方面的差異。這些發現有望促進針對大麻素系統的藥物的發現。
【17】人體內大麻素系統主要通過激活大麻素受體CB1和CB2來調節多種生理過程。它們的高序列相似性，低激動劑選擇性以及缺乏激活和G蛋白偶聯知識阻礙了治療應用的發展。重要的是，缺少的結構信息已大大阻礙了有前途的CB2選擇性激動劑藥物的開發，該藥物可用於治療無CB1的精神性炎症和神經性疼痛。2020年1月30日，上海科技大學劉志傑及華甜共同通訊在Cell 在線發表題為「Activation and Signaling Mechanism Revealed by Cannabinoid Receptor-Gi Complex Structures」的研究論文，該研究揭開了大麻素受體CB1和CB2分別處於拮抗狀態、中間態及激活態的神秘面紗，對大麻素系統的認知又邁出了堅實的一大步。」華甜副研究員說。該研究發現，雖然在激動劑調控下CB1和CB2與下游Gi蛋白的接頭方式非常相似，但是兩個受體的激活機制卻各不相同。另外，他們還首次發現膽固醇分子對CB1的別構調節功能，為靶向CB1受體的特異性藥物設計提供了新思路。同時，該研究還揭示了CB2受體獲得高選擇性配體的分子機制，為針對CB2的免疫類新藥設計提供了更加精確的分子模型和理論基礎。
【18】2020年1月30日，北京大學湯富酬與中國科學院動物研究所劉光慧、曲靜、美國索爾克（Salk）研究所Juan Carlos Izpisua Belmonte共同通訊在Cell在線發表題為「Single-Cell Transcriptomic Atlas of Primate Ovarian Aging「的研究論文（封面文章），該研究利用高精度單細胞轉錄組測序技術首次繪製了食蟹猴卵巢的單細胞衰老圖譜，同時利用人類卵巢細胞研究體系，發現增齡伴隨的抗氧化能力的下降是靈長類卵巢衰老的主要特徵之一。
在該項研究中，研究人員分別獲取了年輕和年老食蟹猴的卵巢組織，通過組織病理學分析發現年老食蟹猴卵巢組織呈現出閉鎖卵泡增加、健康卵泡減少，並且纖維化程度增加等衰老特徵，提示年老靈長類卵巢出現了結構和功能的退行性變化。進而，研究者通過高精度單細胞轉錄組測序技術，系統地揭示了包括卵母細胞、顆粒細胞、基質細胞、平滑肌細胞、內皮細胞、自然殺傷T細胞和巨噬細胞等在內的靈長類卵巢主要細胞類型的基因表達特徵，鑑定並驗證了多個卵母細胞特異的新型標誌基因。由於卵泡發生是一個多階段的複雜發育過程，研究人員基於階段特異的分子表達水平和轉錄因子調控網絡，在單細胞解析度解析了處於不同發育成熟階段的4個卵母細胞亞群，並揭示了重要轉錄因子在這些亞群中的協同調控機制。
通過進一步的探索，該項研究發現衰老導致卵巢中細胞類型特異性的氧化還原調控網絡失衡。在衰老過程中，早期卵母細胞的線粒體功能及氧化還原酶相關基因如GPX1、GSR等的表達顯著下調，提示相比於中晚期的卵母細胞而言，早期卵母細胞對衰老相關的氧化應激更為敏感。此外，顆粒細胞作為卵母細胞的「保育員」，在卵泡發育和成熟過程中扮演著重要的角色。該項研究發現在衰老過程中顆粒細胞的氧化損傷增加，伴隨著促凋亡基因表達上調、氧化還原酶相關基因表達下調。在此基礎上，鑑定出IDH1和PRDX4等氧化還原調控基因是顆粒細胞衰老的新型分子標誌物。
靈長類卵巢衰老高解析度分子圖譜研究
為深入探究人類卵巢衰老是否也發生了與食蟹猴相似的細胞分子事件，研究人員從進行輔助生殖技術治療的健康女性的卵泡液中分離了顆粒細胞。利用這些細胞，驗證了前述增齡相關細胞氧化損傷的增加以及新型衰老標誌物的表達變化等。同時，在人類顆粒細胞中證實了氧化還原基因表達改變與細胞凋亡及線粒體功能紊亂之間的因果聯繫。
該項研究是國際上首次報導非人靈長類器官衰老的高精度單細胞轉錄組圖譜研究，揭示了細胞類型特異性的氧化還原調控的失穩是包括人類在內的靈長類卵巢衰老的共性分子機制。研究加深了人們對卵巢組織結構增齡性變化的認識，解析了衰老過程中不同卵巢細胞類型的易感性及易感分子，提供了靈長類卵巢衰老的潛在調控靶標信息，為預警卵巢衰老及女性生殖力下降提供了新的生物學標誌物，為發展延緩卵巢衰老及相關疾病的干預策略奠定了理論基礎。
註：部分解析參考自北大生科公眾號。
原文連結：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30056-8