4月Nature杂志重磅级亮点研究解读！

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4月Nature杂志重磅级亮点研究解读！" c, w5 G) G# s: k# T& d
1.        多巴胺
  k% ~! T' O8 m, {* W2.        骨关节炎; Y! }! R( v! a+ [# P7 C$ y
3.        胃癌
; q6 d: M# F/ T4.        RARE-seq
1 V; N( L9 K$ b% ^5.        微型起搏器
* P8 M% U; G$ g- d4 c8 I来源：生物谷原创 2025-04-27 10:04
9 Y+ {: W5 E  r, j世界上最小的“心脏守护者”！可溶解的微型起搏器、 科学家揭秘机体大脑的“十年怕井绳”的机制、科学家如何利用遗传性的癌症风险来开发新型有效的个体化抗癌疗法？4 F6 e& u& G- K1 c6 @
时光总是匆匆易逝，转眼间4月份即将结束，在即将过去的4月里，Nature杂志又有哪些亮点研究值得一读呢？小编对相关亮点文章进行了整理，分享给大家！
1 X/ I+ v" V  f6 Q2 b& A! G【1】Nature：世界上最小的“心脏守护者”！可溶解的微型起搏器
: S' D2 \6 ~8 S/ j( Pdoi：10.1038/s41586-025-08726-4% u$ i+ }1 m$ u6 q+ f, `' E
在医学领域，心脏起搏器一直是治疗心律失常的重要工具，然而传统的起搏器往往体积较大，植入过程复杂，且存在感染、组织损伤等风险。对于新生儿和儿童来说，这些问题尤为突出。
: x- L! ]2 {- g% I8 W6 F近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“Millimetre-scale bioresorbable optoelectronic systems for electrotherapy”的研究报告中，来自美国西北大学等机构的科学家们通过研究开发了一种能装进注射器的微型起搏器，其不仅体积小到令人难以置信，还能在完成使命后自动溶解，且无需二次手术取出。5 l2 U; r1 w; x+ f) ?
可注射、自供电、生物可吸收的无线、光电控制心脏起搏器的设计
4 K* ~7 q3 F! J+ H7 z在心脏手术后或其它需要临时起搏的场景中，传统起搏器是必不可少的，然而这些设备通常需要通过侵入性的心脏手术或血管内手术植入，这对于儿童和成人患者来说都是一个巨大的挑战。此外传统起搏器还存在感染、心肌撕裂、穿孔及外部电源和控制系统移位等风险，对于新生儿和患有先天性心脏病的儿童来说，这些问题尤为严重，因为其机体的心脏往往无法承受传统起搏器的负担。
+ B* w6 p/ o/ {% q+ X* P这项研究中，研究人员开发了一种微型起搏器，其体积小到可以装进注射器的尖端，且能通过非侵入性的方式注入人体。这种起搏器不仅适用于所有大小的心脏，而且特别适合新生儿和患有先天性心脏病的儿童，其体积比一粒米还小，与一个小型、柔软、灵活、无线、可穿戴的设备配对，该设备能安装在患者的胸部以控制起搏。当可穿戴设备检测到心律不齐时就会自动发出光脉冲以激活起搏器，这些短脉冲能穿透患者的皮肤、胸骨和肌肉从而控制起搏。这种微型起搏器的设计初衷是为那些只需要临时起搏的患者服务。当其不再被需要时就会自然溶解，而且其所有组件都是生物相容的，能安全地溶解在人体的生物液体中无需手术取出。研究表明，这种起搏器在一系列大型和小型动物模型以及已故器官捐献者的人类心脏中都表现出良好的效果。
1 Y2 t. O: e, y【2】大脑也会“秋后算账”！Nature： 科学家揭秘机体大脑的“十年怕井绳”的机制
' L$ |0 A  H: }% u' qdoi：10.1038/s41586-025-08828-z
2 y4 l" x9 Q: X) f( u0 O1 N0 \你是否曾经历过这样的场景？某次不小心误食了变质的海鲜，结果上吐下泻，之后哪怕只是看到类似的食物，甚至闻到一丝相关气味，都会感到强烈的恶心和不适。这种“一朝被蛇咬，十年怕井绳”的现象，其实是大脑中一种深刻的延迟学习机制在起作用——科学家将其称为条件性味觉厌恶（Conditioned Taste Aversion， CFA）。这种记忆不仅深刻持久，甚至可能永久性地改变你对某种食物的偏好。
! F! e9 }& ~8 J1 t  n" N1 H# R9 ^近日，普林斯顿大学等机构的研究团队在Nature上发表了一篇题为“A neural mechanism for learning from delayed postingestive feedback”的研究，揭示了这一现象背后的神经机制。研究中，科学家们设计了一系列精巧的实验。他们首先让小鼠尝试一种从未接触过的新口味——葡萄味酷爱饮料（Kool-Aid）。这种选择比单纯的糖水更贴近真实的食物体验，因为它包含了丰富的味道和气味。在小鼠享受这种新口味后30分钟，研究人员给它们注射了一种药物，模拟食物中毒的症状。两天后，当小鼠再次面临选择时，它们强烈地避开了曾经喜爱的葡萄味，转而选择喝水。  S' e7 u& ]) T  b
这一结果并不令人意外，但真正让研究人员兴奋的是，他们发现这种厌恶记忆的形成与大脑中的一个关键区域——中央杏仁核（central amygdala）密切相关。中央杏仁核位于大脑底部，是一个小型细胞群，主要负责情绪和恐惧学习。研究显示，在小鼠品尝新口味、感到不适以及回忆这段不愉快经历的每一个阶段，中央杏仁核都表现出高度活跃性。这表明，中央杏仁核不仅参与了新口味的感知，还在随后的不适感和记忆提取过程中发挥了核心作用。' H9 \+ b0 i! T, p" P- h
【3】垃圾食品不是罪？Nature：科学家发现肥胖背后的“快乐开关”！
; w5 y# j4 F- C3 S  t9 l. _0 Ddoi：10.1038/s41586-025-08748-y9 T. X" s; }8 _/ d  x- T
在当今社会，垃圾食品无处不在，其带来的多巴胺快感常常被指责为肥胖的罪魁祸首。然而，一篇发表在Nature上的题为“Changes in neurotensin signalling drive hedonic devaluation in obesity”的研究报告提出了一个颠覆性的观点：享受美食（即使是垃圾食品）对于维持健康体重至关重要。这一发现为科学家们理解肥胖背后的神经机制提供了全新的视角。肥胖问题一直是全球性的健康挑战。尽管我们深知垃圾食品对健康的危害，但为何仍难以抗拒其诱惑？更令人困惑的是，许多肥胖者似乎对美食的热爱逐渐减退，这与我们对美食的本能渴望形成了鲜明对比。为此，科学家们一直在探索这种“快乐悖论”的背后机制，而本研究揭开了这一神秘的面纱。
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6 |1 `9 a3 k- ^! _) ~慢性HFD能促进快感进食过程中NAcLat→VTA活性的解偶联过程) y9 W! @" B# @% n5 n- C/ I" L) E
研究发现，长期高脂肪饮食会导致大脑中一种名为神经肽T（neurotensin）的脑肽水平下降。神经肽T与多巴胺网络相互作用，而多巴胺是与愉悦感和奖励机制密切相关的神经递质。神经肽T的减少会促使肥胖小鼠对高热量食物的兴趣降低，这种变化不仅会影响其饮食行为，还可能进一步加剧肥胖的进展。
1 F4 A( P+ g7 s- \在实验中，研究人员通过基因操作恢复了肥胖小鼠大脑中神经肽T的水平，结果发现，这些小鼠不仅重新燃起了对高热量食物的兴趣，还表现出体重减轻、焦虑减少和活动能力增强等积极变化。这一结果表明，恢复神经肽T水平或是治疗肥胖的有效策略，其不仅能改善饮食行为，还能带来一系列健康益处。4 c4 U  h7 ?* z/ [0 x
【4】Nature：科学家如何利用遗传性的癌症风险来开发新型有效的个体化抗癌疗法？
5 R1 F. w+ n$ R: f# j& rdoi：10.1038/s41586-025-08749-x
6 g9 p& u6 w0 h9 G0 K/ X1 T' C, r在癌症研究的漫长征途中，科学家们一直在寻找那些能够预测癌症风险并为治疗提供线索的关键基因。作为 DNA 修复和肿瘤抑制的关键角色，BRCA2 基因一直是研究的焦点之一。; g1 e0 R4 B- G; f  d
近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“BRCA2 prevents PARPi-mediated PARP1 retention to protect RAD51 filaments”的研究报告中，来自耶鲁大学医学院等机构的科学家们通过研究揭示了 BRCA2 基因一个此前未知的保护性机制，以及如何利用这一机制改进现有的癌症治疗药物。8 ]0 w" |8 K2 }5 K4 u: n
在癌症的世界里，BRCA2 基因就像是一位“守护者”，其在细胞复制过程中能修复和稳定 DNA从而防止肿瘤的形成，然而当 BRCA2 基因发生突变时，DNA 修复过程就会受到损害，肿瘤形成的风险也会随之增加；BRCA2 基因突变与包括乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、胰腺癌等多种癌症的发生密切相关。近年来，科学家们发现，一种名为 PARP 抑制剂的药物能帮助许多 BRCA2 缺陷的癌症患者实现肿瘤的暂时缓解；然而他们并不完全理解 PARP 抑制剂是如何杀死癌细胞的，以及为什么这种治疗通常只能在有限的时间内有效。! {% F- ?+ K6 i( U4 K
本文研究的核心发现是 BRCA2 基因在 DNA 修复过程中一个此前未知的作用机制，文章中，研究人员利用生化和单分子分析技术揭示了 BRCA2、RAD51（一种帮助修复受损 DNA 的蛋白）和 PARP1（一种标记 DNA 损伤并招募修复分子的蛋白）之间的动态相互作用。BRCA2 的主要任务是调节 RAD51，从而确保 DNA 在细胞分裂过程中准确重组；然而当 PARP 抑制剂意外地将 PARP1 蛋白困在 DNA 上时，PARP1 蛋白会破坏修复复合体的稳定性，阻碍 RAD51 启动的 DNA 修复过程。让研究人员惊讶的是，BRCA2 基因能够有效保护这些修复复合体，维持 DNA 修复途径的完整性和功能，他们发现，当 PARP1 蛋白被抑制时癌细胞就会死亡，而正常细胞则能够耐受 BRCA2 途径的缺失，这一发现为理解 BRCA2 缺陷细胞对 PARP 抑制剂敏感的机制提供了新的视角。
' n' u  z9 p$ a8 N/ ~& l0 o【5】Nature：科学家基于近200万人解锁人类骨关节炎的新型药物靶点和治疗机遇
3 h& \4 x* m, S5 Zdoi：10.1038/s41586-025-08771-z$ i+ {' _! n- @' @& i
骨关节炎，这个听起来或许有些陌生的名词，实际上却是全球致残和慢性疼痛的头号“元凶”。据估计目前全球约有5.95亿人深受其害，而到2050年，这一数字预计会飙升至10亿。想象一下，每7个人中就有1人可能被骨关节炎困扰，这绝不是危言耸听，然而尽管骨关节炎的影响如此深远，目前却没有任何能够改变疾病进程的治疗方法。
1 w  k5 [/ Y, ]/ v9 B6 q6 n' x# J近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“Translational genomics of osteoarthritis in 1，962，069 individuals”的研究报告中，来自德国环境健康研究中心等机构的科学家们通过进行最大规模的全基因组关联性研究有望揭示人类骨关节炎的新型药物靶点和治疗机会。8 o7 y% m( ]$ x4 v; O% C1 n

! }) Q( Z! z  A/ ?2 S骨关节炎的遗传架构基于meta分析的962个指数变异的优势比作为其风险等位基因频率的函数，每个变异的表型方差解释（VEP）由每个圆圈的大小表示1 h- A% y- N) H- p4 N) J
这项研究堪称人类骨关节炎研究领域的“基因探索之旅”，文章中，研究人员对近200万人的基因数据进行深入分析完成了迄今为止最大规模的全基因组关联研究（GWAS），他们挖掘出了超过900个与骨关节炎相关的遗传关联，其中超过500个是首次被发现的，这无疑为科学家们理解骨关节炎的遗传基础提供了全新的视角。更令人振奋的是，通过整合多种生物医学数据集，研究人员锁定了700个极有可能参与骨关节炎发病过程的基因，其中有10%的基因所编码的蛋白质已经成为了现有获批药物的作用靶点，这就意味着，科学家们有望通过药物再利用的方式为骨关节炎的治疗按下“快进键”。
. m1 D8 y& i2 Q; v4 H【6】Nature：基因编辑研究新突破 STITCHR技术有望让基因修复更精准
5 ]3 i7 b7 \( E1 K0 Q( b4 gdoi：10.1038/s41586-025-08877-4
7 ~" n! v( i8 J" z  x( D& W- u在探索生命奥秘的道路上，基因编辑技术一直扮演着重要角色，从早期的基因重组技术到如今的CRISPR基因编辑，科学家们不断尝试着对基因进行精准的“剪切”和“粘贴”；然而，尽管CRISPR技术已经取得了巨大成功，但其仍然存在一些局限性。比如CRISPR无法靶向作用基因组中的每一个位置，也无法修复像囊性纤维化这样的疾病中存在的数千种突变。0 x$ D( Y- }" B- L1 }' e
近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“Reprogramming site-specific retrotransposon activity to new DNA sites”的研究报告中，来自哈佛医学院等机构的科学家们通过研究开发了一种名为STITCHR的新技术，其或有望为基因编辑领域带来新的希望。
8 R0 ~1 e( F0 ?6 I1 E/ j4 rSTITCHR技术是由麻省总医院和Beth Israel Deaconess 医学研究中心的研究人员共同开发的一种新型基因编辑工具，其利用了一种名为“逆转座子”的遗传元素的酶，这些逆转座子在包括动物、真菌和植物等所有真核细胞中都存在，由于其倾向于在基因组中移动并插入自己，因此被称为“跳跃基因”；研究人员发现，这些逆转座子的复制-粘贴机制能被重新利用并在特定位置编辑基因。
3 _% U% G- T$ i【7】Nature：科学家成功绘制出迄今为止最大的大脑接线图和功能图
0 X7 t' T2 L- vdoi：10.1038/s41586-025-08790-w
. r: {! S! A. G# w' r# L! X3 z7 }在探索人类大脑的漫漫征途中，科学家们一直试图解开大脑复杂神经网络的神秘面纱。大脑，这个仅占人体体重 2% 的器官，却拥有约 860 亿个神经元，这些神经元之间能相互连接并协同工作，从而产生思维、情感、记忆等一系列复杂的认知功能；然而，由于大脑结构的复杂性和神经元连接的精细性，构建一个完整的大脑功能连接图谱曾被视为一项几乎不可能完成的任务。9 R% M  b+ M; y5 a% B8 H1 I2 v% r& E
近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“Functional connectomics spanning multiple areas of mouse visual cortex”的研究报告中，来自MICrONS联盟（Machine Intelligence from Cortical Networks，大脑皮层网络机器智能联盟）的科学家们正将这一“不可能”逐渐变为可能，从而就能让我们从一粒沙般大小的脑组织样本中一窥大脑的奥秘。* _! J) H5 }' S- J" e
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体内钙成像数据分析( s& F- ~3 f6 Q  X+ s6 d' ?
MICrONS联盟汇聚了来自全球的150多位神经科学家和研究人员，他们历经7年的努力终于成功构建了迄今为止最详细的大脑功能连接图谱，这一成果不仅在技术上取得了重大突破，更为科学家们理解大脑的组织和功能提供了全新的视角。在这项研究中，科学家们以小鼠的视觉皮层为研究对象，通过一系列复杂而精细的实验步骤，从一粒沙般大小的脑组织样本中获取了超过20万个神经元、4公里长的轴突及5.23亿个突触的详细信息，并将这些数据整合成一个庞大的数据库，其大小达到了惊人的1.6个拍字节，相当于22年不间断的高清视频数据量。
  ~0 \- N; F! k9 O  Z$ j+ a【8】Nature：科学家揭秘胃癌发生的第一步——从炎症到癌变的基因密码
  n6 b+ N/ v9 K' j9 sdoi：10.1038/s41586-025-08708-6& z3 b' Q. S. b+ k3 Z1 y7 W
胃癌是全球第三大癌症相关死亡原因，其发病率在东亚地区尤其高，其常常起源于一种名为幽门螺杆菌感染引起的慢性炎症，这种炎症会逐渐演变为一种癌前病变，即肠上皮化生（IM，intestinal metaplasia），然而胃癌从炎症到癌变的“第一步”是如何迈出的？科学家们一直在探索这个谜团。幽门螺杆菌感染是胃癌的主要诱因之一，这种细菌感染会导致胃黏膜的慢性炎症进而可能引发肠上皮化生。然而从炎症到癌变的具体过程和机制科学家们一直并不是非常清楚。6 O  @" b  S* b6 T
近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“The somatic mutation landscape of normal gastric epithelium”的研究报告中，来自香港大学等机构的科学家们通过研究首次对来自香港、美国和英国的238份正常胃黏膜样本进行全基因组测序，并对另外829份样本进行了靶向测序。这些样本涵盖了有无胃癌病史的个体，相关研究或为科学家们研究胃癌的早期基因变化提供了宝贵的数据。
! v  c5 b( f6 F* y) K+ {7 O研究发现，正常胃黏膜细胞每年大约会积累28个基因突变，这些突变主要由内源性突变过程引起。然而在胃癌患者机体中，这种突变率会翻倍，尤其是在发生肠上皮化生的腺体中，这一发现表明，慢性炎症可能是导致胃癌早期基因突变的关键因素之一。此外，一些胃黏膜细胞中存在染色体异常，比如某些患者胃细胞中出现了额外的染色体，这些额外的染色体往往在生命早期（12至25岁）就已经获得了，而且这可能与某种致突变因素（如感染性病原体）的暴露有关。
: h- _5 m2 ]  d6 |【9】mRNA疫苗效力提升！Nature：科学家揭秘mRNA疫苗关键蛋白TENT5A的再腺苷酸化作用
6 U! G+ l9 B8 V9 hdoi：10.1038/s41586-025-08842-17 Z  G- `3 K+ o, K
在抗击新冠疫情的全球战役中，mRNA疫苗以其高效、快速的研发和部署为人类筑起了坚实的免疫防线。从Moderna到BioNTech-Pfizer，这些疫苗的成功应用不仅改变了我们对疫苗的认知，也开启了mRNA技术在医学领域的新纪元。然而，尽管mRNA疫苗已经在抗疫中大放异彩，科学家们对其背后的分子机制仍知之甚少。( W; p$ v) @+ ?# g# T, C/ Y) ]
近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“Re-adenylation by TENT5A enhances efficacy of SARS-CoV-2 mRNA vaccines”的研究报告中，来自波兰国际分子与细胞生物学研究所等机构的科学家们通过研究揭开了mRNA疫苗效力的神秘面纱。文章中，研究人员揭示了关键蛋白TENT5A如何通过“再腺苷酸化”过程显著增强mRNA疫苗的稳定性和免疫效力，这一发现不仅为mRNA疫苗的优化提供了新的思路，也为未来mRNA技术在其他疾病治疗中的应用奠定了基础。# H1 D' ^& }$ i# e& a
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在体内和体外实验中，mRNA-1273的poly(A)尾会在巨噬细胞中被延长
1 i  e! }3 \5 F& q3 T3 M2 _mRNA疫苗能通过编码病毒蛋白来激活人体免疫系统，但其在细胞内的代谢过程，尤其是poly(A)尾的动态变化，一直是科学家们研究的难点。poly(A)尾的长度直接影响mRNA的稳定性和翻译效率，进而影响疫苗的效力。在本研究中，研究人员旨在揭示mRNA疫苗在细胞内的代谢机制，特别是poly(A)尾的变化规律，以及这些变化如何影响疫苗的免疫效力。
6 F# j7 m& a: G$ i【10】液体早筛新突破！Nature：血液中的“雷达”—— RARE-seq技术助力人类癌症早期检测
6 X! I7 i0 I7 ~5 i# x" wdoi：10.1038/s41586-025-08834-15 ^2 y" b2 y/ {. N( Y
在医学研究的前沿阵地，癌症早期检测一直是科学家们全力攻克的关键难题。癌细胞在患者体内悄然滋生、聚集成瘤，却往往不会立即引发疼痛或显而易见的病症；很多患者直到数月甚至数年后才因身体的异常就医，而此时肿瘤可能已经扩散转移，治疗难度呈指数级上升。然而，在肿瘤形成的早期，人体并非毫无征兆，而是会发出一些微弱却至关重要的信号——细胞外游离RNA（cfRNA）。这些由死亡细胞释放或肿瘤异常转录产生的RNA片段在血液中漂浮，成为组织受损的早期迹象。( f9 ^3 @+ |2 f1 f% o6 S
近日，一篇发表于国际顶级期刊Nature的重磅研究报告，为癌症早期检测领域带来重大突破。来自斯坦福大学等机构的科学家们成功开发出一种名为RARE-seq（random priming and affinity capture of cfRNA fragments for enrichment analysis by sequencing）的先进血液检测技术，有望将癌症检测的时间大幅提前，为患者争取宝贵的治疗窗口。
2 j# m6 e  m, w9 BRARE-seq技术的核心优势在于其对肿瘤来源细胞外RNA（ctRNA）的超高灵敏度。实验数据显示，RARE-seq检测肿瘤来源cfRNA的灵敏度约为标准测序技术（RNA-seq）的50倍，检测下限可低至0.05%。在对437份血浆样本（涵盖不同癌症阶段、非恶性疾病及健康对照组）的分析中，RARE-seq展现了卓越的性能：其对非小细胞肺癌（NSCLC）的检测率随着癌症阶段进展而提升，在I期为30%、II期63%、III期67%，至IV期达到83%的灵敏度，同时保持95%的特异性。与传统ctDNA分析相比，RARE-seq在34%的病例中检测到ctDNA分析无法发现的癌症信号，展现出更强大的检测能力。（生物谷Bioon.com）4 {9 J9 z2 K8 H( K

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