研究发现癌细胞与肿瘤相关巨噬细胞代谢互作促进肝癌转移新机制

10月20日，中国科学院上海营养与健康研究所鲁明研究组等，报道了肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）与肝癌细胞之间“乳酸-脂质过氧化-乙酸”的全新代谢互作模式，揭示了TAMs作为微环境乙酸供应源，通过增加肝癌细胞乙酰辅酶A合成，促进肝癌转移的作用机制，为肝癌转移提供了潜在的微环境干预靶点。 乙酰辅酶A是细胞内关键的代谢中间物，是糖、脂质和氨基酸的分解代谢产物，也是脂质合成和三羧酸循环的起始代谢物，可作为蛋白质乙酰化修饰的底物影响基因表达的表观调控。 为寻找肝癌微环境中乙酸的来源，研究人员对肝癌微环境中不同的原代免疫细胞和基质细胞进行筛选，并利用体内清除实验和体外诱导的TAMs进行分析验证，鉴定出TAMs可特异性促进肝癌细胞乙酸水平提升，并证实TAMs是通过分泌游离形式的乙酸到微环境中来实现这种特异性效应。机制研究发现，TAMs中脂质过氧化-乙醛脱氢酶2途径是调控其乙酸生成和分泌的关键代谢途径。 研究发现，抑制TAMs中ALDH2或脂质过氧化途径，均可减弱TAMs促肝癌细胞体外迁移的能力。这种效应是通过抑制肝癌细胞乙酰辅酶A合成和组蛋白乙酰化实现。研究进一步利用髓系特异性敲除Aldh2小鼠，构建肝癌原位移植瘤模型发现，敲除TAMs的Aldh2可减少原发瘤中肝癌细胞的乙酸水平，并抑制肝癌的肺转移。以上体内外研究获得的机制研究结果，在人肝癌样本中也得到验证，即人肝癌组织中ALDH2+ TAMs浸润程度与临近肝癌细胞组蛋白乙酰化水平呈正相关。研究通过一系列筛选和验证，鉴定出癌细胞来源的乳酸是TAMs脂质过氧化-ALDH2途径激活的诱导因子。乳酸可通过提高活性氧水平和上调Nrf2的表达激活TAMs的脂质过氧化-ALDH2途径，从而形成肝癌细胞和TAMs之间“乳酸-脂质过氧化-乙酸”的互作环路。 上述研究揭示了肝癌细胞与TAMs之间新的代谢互作模式，为解析局部代谢微环境调控癌细胞表型转化的机理提供了新思路。同时，研究发现脂质过氧化途径可作为TAMs乙酸的主要来源，为靶向TAMs的脂质过氧化-ALDH2通路干预肝癌转移提供了理论依据。 相关研究成果在线发表在《自然-代谢》（Nature Metabolism）上。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等的支持。 论文链接 TAMs与肝癌细胞间的“乳酸-脂质过氧化-乙酸”代谢互作模式

研究通过原位电镜发现冰异质成核结晶动力学路径

结晶过程是物理、化学、材料、生物等学科的重要问题，与材料合成、能源转化和存储、量子信息和传感、生命起源和演化等前沿交叉领域相关。然而，微观过程实验探测手段的限制，目前对结晶动力学路径的实时解析较为困难，对其微观机制的理解不够深入，因此结晶研究在很大程度上处于“黑箱”状态。发展具备原子尺度空间分辨和实时成像能力的原位显微技术，揭示结晶相变的微观动力学图像，对于理解晶体结构与形成机理、实现结晶过程的调控具有重要意义。 中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心白雪冬课题组，在发现立方冰工作的基础上，在冰异质成核结晶机制研究方面取得进展。该研究利用自主发展的原子分辨原位冷冻电镜技术，通过实时观测和统计，揭示了低压水蒸气在低温石墨烯界面的成核结晶动力学路径。研究发现，在低温与低压环境下，亚稳态立方冰与热力学稳定态六方冰可各自独立直接成核，进而在表面能主导下经历晶核聚集、取向一致和熟化，形成以低指数面裸露为特征的多晶型成熟晶粒。 研究证明，在远离平衡态的极端条件下，冰能够通过非经典的直接成核路径实现结晶，其过程主要受长程周期性构型焓变驱动的量子相变动力学主导，而经典粒子动能的作用相对次要。这为冰结晶动力学调控提供了微观机制，并为凝聚态物质的结晶相变研究提供了新的参考依据。 近日，相关研究成果发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院相关项目的支持。 冰异质成核结晶动力学过程

反式钙钛矿太阳电池传输层优化研究获进展

近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员潘旭团队，在反式钙钛矿太阳电池传输层优化方面取得进展，实现了太阳电池器件效率与稳定性的双重突破。 此前，团队通过均质化钙钛矿吸收层中的阳离子分布，为优化吸收层提供了新思路。在钙钛矿太阳电池器件结构中，除核心的钙钛矿吸收层外，其两侧的半导体功能传输层对电荷分离与输运发挥支撑作用，影响器件整体性能。其中，苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）是广泛应用的电子传输层材料。但是，该材料在光照、高温等典型环境应力作用下，易发生环加成反应并形成二聚体。这一变化会导致材料电荷迁移率下降、能带结构遭到破坏，进而拉低器件光电转换效率，并使器件稳定性衰减，成为制约钙钛矿太阳电池实用化进程的瓶颈。 团队通过分析PCBM分子在钙钛矿不同表面终端的堆叠行为，发现PCBM的异质化取向是其生成二聚体的主要原因之一。团队进一步设计了PCBM前驱体添加剂2,3,5,6 -四氟-4-碘苯甲酸，通过与PCBM分子的多相关作用，引导其在钙钛矿表面有序堆叠，均质化其取向，从而抑制环加成反应所必需的反应位点拓扑对齐，并抑制二聚体生成。 该方法制备的太阳电池，实现了26.6%的实验室级器件效率、25.3%的单元面积器件效率和21.3%的大面积组件效率。同时，这一方法所构筑的器件，在工况下的稳定性同样得到提升，且在高温、高湿、持续光照的苛刻条件下，稳定运行2000小时后仍可保持85%以上的初始性能。上述工作为钙钛矿太阳电池的提效增稳提出了可行的解决方案。 相关研究成果发表在《自然-材料》（Nature Materials）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划的支持。 论文链接 （a）钙钛矿电池结构及添加剂分子示意图；（b）PCBM电子传输材料二聚化及添加剂作用机理；（c-f）分子动力学模拟结果示意图；（g-h）太阳电池器件效率

科学家实现毫秒级纳米成像 破解神经突触传递核心机制

近日，中国科学技术大学团队等在神经科学领域取得突破。团队基于自主研发的毫秒级时间分辨冷冻电镜技术，捕捉到突触囊泡释放与快速回收的完整动态过程，并提出全新“亲吻-收缩-逃逸/融合”模型，解决了神经科学领域长达半个世纪的关键争议。这一成果揭示了大脑高效传递信息的“微观密码”，为相关脑疾病机理研究提供了新视角。 大脑功能的实现，依赖于数千亿个神经元之间高效、精准的突触传递。突触囊泡作为神经递质的载体，其释放机制是神经科学领域的重要问题。此前，科学界围绕囊泡释放机制，提出了“全融合”与“亲吻-逃逸”两种对立模型。但是，由于囊泡释放过程发生在毫秒时间尺度、结构变化处于纳米空间尺度，传统技术难以捕捉其瞬时动态，导致神经科学研究长期陷入困局。 为攻克这一难题，科研人员联合国内外多个团队，开发出具有毫秒时间分辨的原位冷冻电镜技术，将光遗传学刺激与投入式快速冷冻方法结合，实现了对神经元突触传递过程的毫秒级“动态定格”。 实验中，团队在神经元中表达光敏蛋白，通过激光精准激发动作电位，触发突触囊泡释放。此后，载有样品的电镜载网，在设定时间快速落入冷冻剂，将细胞瞬间固定。通过精确控制光照与冷冻的时间间隔，团队在4毫秒到300毫秒之间的时间释放样品，捕获了囊泡不同阶段的结构快照。 团队基于上千套高分辨率三维结构数据的系统分析，发现囊泡释放与快速回收可分为三阶段动态过程：囊泡与突触前膜形成纳米级融合孔（“亲吻”），随后迅速收缩为表面积减半的小囊泡（“收缩”），最终大部分囊泡以“逃逸”方式回收，少数发生“全融合”。这个中间收缩是一个关键，为神经突触实现高效、高保真信号传递奠定了结构基础。 上述成果为探究神经信息加工以及相关脑功能和疾病机理提供了全新视角。同时，时间分辨冷冻电镜技术的研发，为剖析细胞内其他快速生命过程，如病毒入侵、细胞分泌等提供了新的方法平台。 相关研究成果发表在《科学》（Science）上。 论文链接 时间分辨冷冻电镜技术解析突触囊泡释放与回收动态过程 突触囊泡释放与快速回收

研究人员开发出靶向清除Tau蛋白的新型细胞疗法

目前尚无能够有效预防或缓解阿尔茨海默病病程的疗法。有研究表明，细胞外的Tau蛋白以类似朊病毒的方式在神经网络中扩散，引发连锁性的神经元损伤，这可能是推动阿尔茨海默病病情恶化的关键因素。尽管靶向胞外Tau蛋白的疗法颇具潜力，但其发展面临挑战。因此，亟待开发能够有效干预Tau蛋白相关病理过程的新疗法。 近日，中国科学院院士、杭州医学研究所研究员谭蔚泓与研究员邱丽萍团队，开发出基于核酸适体的单核细胞疗法。该疗法能够高效清除阿尔茨海默病脑内的致病性蛋白Tau，为神经退行性疾病提供了新的治疗策略。 研究团队通过非基因编辑手段，将一种对Tau蛋白具有高亲和力的核酸适体“安装”在单核细胞表面，构建出一套清除系统。团队证实，经过功能化改造的单核细胞，能够主动进入并富集于阿尔茨海默病模型小鼠的大脑中（包括Tau蛋白沉积严重的区域如海马体和纹状体等），并结合核酸适体对Tau蛋白的特异性分子识别，高效吞噬脑脊液中的Tau蛋白。 这一干预措施抑制了小胶质细胞和星形胶质细胞的过度活化，减轻了神经炎症，保护了神经元和线粒体的完整性。无论是短期还是长期治疗，均能改善模型小鼠的记忆力和空间学习能力，且未观察到毒性或行为方面的副作用。 基于核酸适体的单核细胞疗法能够在阿尔茨海默病患病大脑中实现靶向递送、有效清除和持续的神经保护作用，为阿尔茨海默病的治疗干预提供了颇具前景的新策略。 相关研究发表在《自然-生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）上。 论文链接 基于核酸适体的单核细胞疗法工作原理 基于核酸适体的单核细胞疗法改善AD小鼠的记忆与认知

全超导磁体实现35.1特斯拉稳态磁场

近日，由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所牵头，联合合肥国际应用超导中心、合肥综合性国家科学中心能源研究院、清华大学共同研制的全超导磁体，成功产生35.10万高斯的稳态强磁场。 全超导磁体是由超导材料绕制而成的磁体，该磁体采用高温超导内插磁体技术，与低温超导磁体同轴嵌套构建。科研团队运用万匝级高场磁体多物理场协同优化方法与高应力调控工艺，解决了低温高场下的应力集中、屏蔽电流效应、多场耦合效应等难题，大幅提升磁体在极端工况下的力学稳定性与电磁性能。该磁体励磁至35.1特斯拉，稳定运行30分钟后安全退磁，验证了技术方案的可靠性，为在全超导磁体35.1特斯拉条件下开展各类样品实验提供了重要平台。 该成果实现了超高场全超导稳态磁体领域的技术突破，推动了“核心技术+材料国产化”深度协同，实现了材料、工艺、制备自主可控，为高场科学仪器研发提供了技术支撑，助力强场科学研究领域的创新发展。 全超导磁体测试曲线

科学家揭示北极海洋如何在5600万年前加剧全球变暖

在5600万年前的超级变暖事件（古新世-始新世极热事件，PETM）中，地球经历了极端的全球变暖和海洋酸化，该事件一直备受科学界关注，但其背后的碳循环机制始终是未解之谜。 中国科学院广州地球化学研究所与国际合作团队研究发现，海洋硫酸盐浓度的微妙变化，能够改变甲烷的消耗方式，就像一个控制全球气候的“化学开关”。 甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，大量的甲烷以水合物“可燃冰”的形式储藏在海底。 以往科学家担忧海底甲烷释放后会大量进入大气，直接加剧全球变暖。但近年研究发现，绝大部分海底释放的甲烷都会快速溶解在海水中，然后被各种微生物“消化”掉，很少能直接进入大气。但甲烷被“消化”的方式不同，对海洋和气候的影响也截然不同。 现代海洋中，约90%的甲烷会被沉积物中的微生物在无氧条件下利用，这个过程就像“慢燃发电厂”——以硫酸盐作为“燃料”，高效转化甲烷能源，同时产生碱性物质，缓解海洋酸化。 但是，PETM时期北极海水硫酸盐浓度不到现代的三分之一，“发电厂”无法正常工作，甲烷只能进入海水。而另一类喜欢氧气的细菌开始“快速燃烧”甲烷，它们直接消耗氧气，快速释放二氧化碳，就像高温燃烧释放大量废气一样。 微生物虽然没有骨骼、牙齿等容易形成化石的成分，但它们合成的某些化合物（往往是脂类）却有可能在沉积物中保存上亿年之久。研究团队通过检测一种特殊的分子化石——化合物hop-17(21)-ene及其碳同位素组成，成功“复原”了5600万年前的甲烷氧化过程。 这些分子化石就像古代细菌留下的“身份证”，显示在PETM事件后期，进行“快速燃烧”的甲烷分解细菌活动显著增强并达到高峰。通过读取这些“身份证”，科研团队可以准确知道当时哪类微生物在工作，是慢燃发电还是快速燃烧，“工作强度”有多大。 基于海洋浮游植物分子化石重建的二氧化碳浓度显示，PETM恢复期北极海洋的二氧化碳浓度水平比全球平均值高200ppm—700ppm，这说明北极海洋从原本吸收二氧化碳的“海绵”变成了排放二氧化碳的“烟囱”。这从根本上改变了北极在全球碳循环中的角色，变成温室气体排放源。 研究进一步揭示，地质活动如地壳运动和岩石形成、大陆风化、火山喷发等，会直接影响海洋硫酸盐含量，进而决定了甲烷分解的方式。 在数亿年前的中生代（恐龙时代）至数千万年前的新生代早期的远古海洋中，硫酸盐含量长期较低，这一特征可能对全球碳循环和气候产生了重要影响。 而当下，随着现代北极海洋快速变暖和淡化，类似的甲烷氧化机制可能被再次激活。研究团队未来将继续深入研究地球系统过程对生物地球化学循环的控制机制。 相关研究成果发表在《自然-地球科学》（Nature Geoscience）上。 论文链接 PETM时期北极海洋甲烷氧化路径转变概念图

FAST银道面中性氢巡天研究取得新突破

近期，由中国科学院紫金山天文台牵头，新疆天文台、上海天文台，以及北京大学、南京大学等单位联合开展的500米口径球面射电望远镜（FAST）银道面中性氢巡天启动试观测，基于新扫描模式获取的巡天数据取得新突破。 中性氢是由氢原子组成的气体，是宇宙中最基本的气体成分，不仅能揭示星系的大尺度结构，也是研究星系物质循环和演化不可或缺的探针。银河系中性氢巡天是FAST的核心科学目标之一。 本项目对银纬±5°范围开展中性氢巡天，预计获取900平方度中性氢气体发射数据，将帮助科学家理解银河系内气体的分布和运动、重建物质循环过程。该研究获得的数据不仅能与已有的分子气体巡天数据互补。 为充分发挥FAST 19波束接收机的性能优势，实现银道面广域高均匀度扫描，科研团队提出沿银道坐标的扫描观测需求，针对性研发了“多波束银道坐标运动扫描”新扫描模式。测试结果表明，新模式在实际运行中扫描轨迹均匀稳定，获得的巡天数据图像与国际同类图像相比灵敏度更高、角分辨率与速度分辨率更优，综合效果达到最佳。 本项目得到国家自然科学基金的资助。 FAST银道面中性氢巡天试观测天区的真实扫描图像

二氧化碳制可持续燃料研究获进展

借助绿色氢气将二氧化碳转化为乙醇、航空煤油等可持续燃料。乙醇是化工基础原料及高能量密度的清洁燃料，广泛应用于日常生活和化工生产过程中。但是，相关的乙醇合成催化剂研发工作面临挑战。 前期，中国科学院上海高等研究院科研团队通过铁锌催化体系的物相调控，实现从二氧化碳转化制甲醇到乙醇、丙醇等多碳醇的选择性合成。同时，团队通过调控二氧化钛晶相组成，在RhFeOx/P25催化剂上获得优异的二氧化碳转化制乙醇选择性和乙醇产率，阐明该催化剂的构效关系与反应机理。 近期，研究团队创制了具有单团簇结构的RhSC/CN催化剂，克服了纳米颗粒催化剂活性金属原子利用率较低，以及单原子催化剂反应效率不高等问题，提升了二氧化碳加氢制乙醇的选择性和乙醇产率。研究发现，这一催化剂的活性金属以单团簇形式存在，具有近原子级分散度和对反应物分子较强的吸附活化能力。反应条件经过优化后，催化剂展现出最高的乙醇选择性和乙醇产率，分别为95.3%和17.5 mmol/gcat/h，其上转换频率TOF值达595.2 h⁻1。原位红外表征证实，该催化剂特有的单团簇结构，可促进碳碳偶联反应和关键中间体生成。理论计算显示，催化剂单团簇活性位上CH3*和CO*反应中间体进行碳碳偶联，具有最低的反应能垒，并揭示了乙醇生成的最优反应路径。 上述研究为同时促进二氧化碳转化和乙醇选择性生成的单团簇催化剂的设计工作提供了新见解，并为实现高效二氧化碳加氢制绿色乙醇提供了颇有应用前景的途径。 相关研究成果作为“Hot Paper”，发表在《德国应用化学》上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院相关项目等的支持。 论文链接 催化剂制备过程示意图、HAADF-STEM图与XAS表征 催化剂二氧化碳加氢反应性能、构效关系和反应机理研究

百万年前头骨化石改写人类家谱

近日，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所等，对一件出土于中国、距今约100万年前的古人类头骨化石重新分析后，揭示出一个与神秘古人类“丹尼索瓦人”密切相关的新演化支系——“龙人”，更将现代人、尼安德特人与这一亚洲古人类支系的分化时间大幅推前。 近年来，随着古人类学与考古学的迅速发展，越来越多的重要人类化石标本被陆续发现和命名。其中不少被正式命名为人属的新物种——包括纳勒迪人、吕宋人、巨颅人，以及此次研究聚焦的龙人。 然而，这些新发现化石之间的亲缘关系，尤其是它们与已知人类物种——如智人、尼安德特人、海德堡人、直立人等——如何联系，仍是学界争论的焦点。 这件被称为“郧县人2号”的头骨化石于1990年发现于湖北省郧县（今十堰市郧阳区）。 由于化石出土时已严重破碎变形，研究难度极大，最初主要依据其古老年代将其暂归为直立人。郧县人2号不仅有可靠的地质年代测定，更是百万年前极为稀少的人类遗存，对厘清人类演化谱系具有关键意义。 研究团队采用高精度CT扫描与结构光表面扫描技术，清晰识别出郧县人2号化石中的裂隙、矿物填充和未变形的骨片，随后通过创新的数字重建方法，根据解剖结构和几何形态学标志点，以虚拟方式完成了头骨的精细拼接。 研究团队还开发出一套新型统计方案，通过随机引入误差进行了上万次模拟，以检验重建结果的可靠性，解决了古生物学中长期存在却难以验证的关键问题。结果显示，郧县人2号在系统发育树中的位置始终稳定。 重建后的郧县人2号头骨呈现出原始与进步特征交融的形态：低平的额骨和突出的吻部类似更古老的直立人或海德堡人；而扁平低矮的颧骨、更宽的后脑颅以及较大的脑容量，则与龙人以及大荔、金牛山、华龙洞、许家窑等地出土的中更新世人类化石相似。这件百万年前的头骨脑容量竟超过1100毫升。 研究团队以郧县人作为关键校准点，构建出全新的人属系统演化树，并推算出各个人类支系的分化时间。 研究发现智人、龙人和尼安德特人这三支的分化发生得非常早，虽然早于目前化石记录所示，但与基因组数据推测的结果高度吻合。 根据这一新的谱系框架，亚洲地区多数中更新世人类化石——包括大荔、金牛山、华龙洞、许家窑、夏河、澎湖及丹尼索瓦洞穴出土标本，以及发现于松花江哈尔滨江段的龙人正型头骨——都可归入龙人支系。该支系与智人拥有最近的共同祖先。 郧县人化石帮助科学家澄清了100万年至30万年前这段“中间时期”的人类演化迷雾，指示出关于人类的起源，未知的远比已知的要多。 相关研究成果发表在《科学》（Science）上。 论文链接 郧县人生活场景复原图 郧县人2号头骨复原过程 人属系统演化树