《PNAS》八大熱點文章

　　對于大多數哺乳動物來說，線粒體和線粒體DNA都是只通過母系遺傳。盡管其他生物偶爾會經歷父系遺傳，但之前關于人類父系遺傳線粒體的報道大多是因為污染或樣本混淆。

　　然而，美國辛辛那提兒童醫院的黃濤生博士和梅奧診所的Paldeep Atwal博士稱他們在三個家庭中發現了mtDNA雙親遺傳。研究人員還在獨立實驗室中通過不同方法證實了他們的成果。

　　“這篇論文深刻地改變了人們對線粒體遺傳的普遍看法，有望在線粒體醫學領域開辟一個新天地，”研究人員在文中寫道。

　　Climate-driven declines in arthropod abundance restructure a rainforest food web

　　最新研究發現，在波多黎各原始的國家森林中，大量的蟲子已經消失，森林的食蟲動物也不見了，這種驚人的現象同樣延伸到了整個美洲。研究人員表示，熱帶無脊椎動物的消失歸咎于氣候變化。

　　研究人員測量了森林中的昆蟲和其他無脊椎動物，包括蜘蛛和蜈蚣。用粘稠的膠水涂在小板上捕獲小昆蟲，收集了在植被中爬行的各種小動物。結果顯示，1977年1月至2013年1月期間，粘性地面陷阱捕獲率下降60倍。各種捕獲技術都顯示從1976年以來生物量（所有捕獲的無脊椎動物的干重）顯著減少。

　　研究人員在雨林中捕獲了以無脊椎動物為食的變色龍，與20世紀70年代比較發現，變色龍生物量下降超過30％，一些變色龍物種甚至完全從內陸森林中消失。以昆蟲為食的青蛙和鳥類也急劇下降約50％。而同期分析數據發現，以水果和種子為食的紅色鵪鶉鴿，沒有發生數量變化，以蟲子為食的一種名叫波多黎各的鮮綠色小鳥則減少了90％。其它食蟲鳥類、青蛙和蜥蜴也表現出相同的趨勢，預示著食蟲動物的食物網似乎已從底部消失。

　　研究人員認為氣候變化是無脊椎動物消失的主要原因。過去40年期間，雨林的平均氣溫升高2.2攝氏度，生活在那里的無脊椎動物適應能力很差，無法調節內部熱量，導致熱帶昆蟲種群減少。在離赤道更遠的溫帶地區，昆蟲可以在更廣泛的溫度范圍內存活，農業害蟲會隨著新陳代謝的增加吞噬更多的食物。但是，越過一定的溫度閾值后，昆蟲將不再產卵，并且它們的內部化學組分會崩潰。此外，干旱和缺少降雨也嚴重影響無脊椎動物的生存。

　　Nuclear receptor HNF4A transrepresses CLOCK:BMAL1 and modulates tissue-specific circadian networks

　　南加州大學的科學家發現了肝細胞內一種未知的“計時機器”能夠幫助重要器官維持功能，當它的自然節律被打亂后，疾病就出現了。

　　這種新“計時機器”的名字叫核受體蛋白HNF4A。

　　晝夜節律由細胞內時鐘元件引導，生物體才能適應晝夜循環。當周期發生改變，可能導致人類某些健康問題。科學家們正在研究細胞行為，以了解生物鐘的中斷如何引發疾病，目的是促進有針對性的醫學治療。

　　“流行病學研究揭示，現代人的生活方式和我們內部生物鐘之間產生沖突，就會導致肥胖、乳腺癌等疾病，”南加州大學匯聚生物科學主任、神經病學教授Steve Kay說。“本研究超越了流行病學研究，直指晝夜節律破壞導致某些疾病危險性增加的背后機制。”

　　The biomass distribution on Earth

　　來自以色列魏茲曼科學研究所的生物學家Ron Milo耗時三年梳理了關于地球生物量的現有科學文獻，并做出了有關所有生命群體質量最新的和全面的統計概況。

　　避免考慮不同種類的動物、植物和其他生命形式體內所含的水的質量，Milo利用碳（C）含量對全球生物進行了歸類，結果顯示地球總生物量相當于約550億噸碳（Gt C），其中約450億噸碳（80％的生物總量）是由植物組成，這遠遠超過地球上其他任何物種的質量。排在第二位的是細菌類，約占70億噸（15％）。

　　除此之外，地球上的真菌大約為12 Gt C，其次是古生菌（7 Gt c）和原生生物（4 Gt c），而囊括我們人類的動物只占了2 Gt C，其中人類的生物量僅為 0.06 Gt C，是十分小的一部分。然而由于人類的存在，不僅導致生物總量分布發生變化，還不可逆轉地導致動物生物量分布產生巨大改變。

　　Arginine-rich cell-penetrating peptides induce membrane multilamellarity and subsequently enter via formation of a fusion pore

　　捷克科學院有機化學與生物化學研究所（IOCB Prague）的研究人員發現了一種以前未知的新機制：短肽能夠穿透細胞，這一機制從原理上說將為藥物分子傳遞帶來全新的視角。

　　簡單地將藥物直接輸送到細胞中是制藥工業的主要目標之一。但是在很大程度上，我們仍然沒有能將物質輸入和輸出細胞的分子工具。

　　此前曾經在HIV研究中首次觀察到帶正電荷的短肽可以穿透細胞，但是到目前為止，這主要采取所謂的囊泡運輸的形式，即通過運輸囊泡與細胞膜分離并包裹運輸的物質，一旦運輸到細胞中，必須從囊泡中脫離，這會造成藥物有效運輸的技術復雜性。

　　Klotho controls the brain–immune system interface in the choroid plexus

　　來自Gladstone研究所的科學家決定研究為什么脈絡叢比其他腦區含有更多klotho。他們在《PNAS》發表的最新研究表明，klotho是把關大腦免受周圍免疫系統打擾的守門員。

　　“我們發現，在小鼠模型中，脈絡叢內klotho水平隨年齡增長自然降低，”Gladstone研究所神經疾病部主任Mucke高級研究員說。“隨后，我們通過實驗降低該結構中的klotho水平模擬衰老過程，結果發現klotho耗盡就會增加腦炎癥。”

　　Mucke團隊進一步研究了這種現象對其他腦區的影響，他們發現，脈絡叢內klotho較少的小鼠當身體其他部位受到模擬感染免疫挑戰時，重要記憶中心的先天免疫細胞反應更積極。

　　Profiling proliferative cells and their progeny in damaged murine hearts

　　在心肌梗塞（日常這稱為心臟病發作）期間，部分心肌的血液供應被切斷了，結果造成了部分心肌死亡。因為心臟是維持血液循環的中心泵，它供血不足會出現危及生命的情況。

　　因此心血管疾病的流行是一個全球性的現象，目前這種疾病患病率不斷增長，尚無有效的治療方法解決心肌細胞損失這一關鍵問題，一些科學家們希望干細胞移植可以成為新的治療方法。

　　但是二十年來，研究人員和臨床醫生一直在尋找心臟干細胞，這些干細胞應該存在于心肌中，可以在心肌梗塞后修復心肌。多個研究小組聲稱對心臟干細胞進行了鑒定，但這些說法都沒有得到證實。此前的新聞譬如 "US governments halts heart stem-cell study"之類的都說明了心臟干細胞的存在及其對成人心臟的意義仍然存在爭議。

　　為了解決這場爭論，荷蘭烏德勒支大學Hubrecht研究所，阿姆斯特丹大學醫學中心，倫敦高等師范學院（ENS）等處的研究人員專注于分析小鼠心臟中是否具有干細胞最廣泛和最直接的的細胞功能——細胞通過細胞分裂替代丟失組織的能力。在心臟中，這意味著在心臟病發作后任何能夠產生新的心肌細胞的細胞都被稱為心臟干細胞。

　　Hans Clevers領導的研究小組使用先進的分子和遺傳技術，在心肌梗死之前和之后生成了所有分裂心臟細胞的細胞圖譜。

　　Temperature-dependent vitamin D signaling regulates developmental trajectory associated with diapause in an annual killifish

　　來自美國波特蘭州立大學的一項新研究發現，維生素D對于某種魚類的胚胎發育至關重要，如果缺失維生素D，這種魚就會暫停胚胎發育。這項研究還提供了證據，表明維生素對脊椎動物的早期發育至關重要。

　　林奈氏澳鳉（Austrofundulus limnaeus）一生都生活在由雨水落下而形成的季節性池塘中，這些池塘會在旱季蒸發干。因此，為了在這些不確定的環境條件下生存，澳鳉進化出了沿著兩條不同的軌跡發展，對環境線索做出反應的不同胚胎。其中一種情況下，胚胎能成長成熟。而另外一種情況下，胚胎進入休眠狀態，在此期間所有發育停止，胚胎在沒有氧氣或水的干燥泥漿中存活數月。

　　波特蘭州立大學的研究人員想知道是什么調節了澳鳉胚胎的休眠，以及將環境整合到其發育計劃中的機制。為了回答這個問題，研究小組在不同溫度下孵育胚胎，來模擬不同的環境條件，誘導兩種發育軌跡。然后，他們在不同的發育階段分析了魚類的RNA，發現了一種基因，這種基因的表達觸發了不同軌跡的發育。

　　這一發現出人意料的——分析結果表明，當維生素D合成和信號傳導活躍時，會促進了有利于休眠的環境條件下澳鳉的正常發育。相反，在有利于正常發育的條件下，抑制這一途徑會導致休眠。

　　AMP-activated protein kinase activation and NADPH oxidase inhibition by inorganic nitrate and nitrite prevent liver steatosis

　　飲食中，多吃綠葉蔬菜可以降低患脂肪肝變性或脂肪肝的風險。瑞典Karolinska學院的研究人員在PNAS發表的一項研究指出，大量攝取存在于多種蔬菜中的無機硝酸鹽可以減少肝臟中的脂肪積累，目前，沒有真正可以治療脂肪肝的藥物得到獲批，這種疾病很容易發展成威脅生命的肝硬化和肝癌。

　　肝臟脂肪變性，又稱脂肪肝，是一種常見的肝臟疾病，大約影響25%的人口。最重要的原因是超重或飲酒過量，目前沒有針對這種疾病的藥物治療方法。Karolinska研究所證明，攝入（來自天然蔬菜的）更多無機硝酸鹽可以防止肝臟積累過多脂肪。