科学

胸部与背部肌肉密度更高的人发生心脏病的可能性显著更低——这不是因为肌肉本身保护心脏，而是因为其密度反映了整体的活跃生活方式。这是对SCOT-HEART试验的一项新分析的结论，由爱丁堡大学领导的团队于6月30日发表在《放射学》期刊上。 该研究使用了一种名为TotalSegmentator的深度学习工具，对1,722名患者的冠状动脉CT血管造影扫描图像中的104个解剖结构进行了自动分割——这些患者在入组时均无已知心脏病。该工具测量了扫描视野中每个器官和组织的体积和放射密度（以亨氏单位计量），实现了手动读片无法完成的全面身体成分分析。 在10年随访期间，133名患者（7.7%）死亡，106名患者（6.2%）发生了心脏病发作。对这两种结果而言，最强的身体成分预测因子是骨骼肌衰减——即躯干肌肉的放射密度——反映的是肌肉的组成而非大小。 密度，而非体积 骨骼肌衰减每增加10个单位——意味着肌肉密度更高、肌内脂肪更少——心脏病发作风险下降31%（风险比0.69，95%置信区间0.54至0.87），全因死亡风险下降39%（风险比0.61，95%置信区间0.47至0.79）。肌肉衰减低于中位数的患者，其死亡风险是高于中位数患者的1.85倍，心脏病发作风险是其1.58倍。 肌肉大小并无保护作用。更大的肌肉——更大的横截面积——与任何一种结果均无显著关联。这一区分至关重要：通过针对性力量训练获得的粗大躯干肌肉，似乎并不能带来与反映整体代谢健康的瘦弱低脂肌肉组织相关的心血管益处。 即使在根据冠状动脉钙化积分（心脏风险最强大的既定预测因子之一）进行调整后，该关联仍然显著。骨骼肌密度提供了标准斑块负荷测量无法捕捉的预后信息。 躯干脂肪和肝脏脂肪与心脏病发作风险无显著关联。 可能的含义 研究人员主要将肌肉密度解释为整体身体活动的标志。躯干肌肉密度高的人通常更活跃，而正是这种更广泛的活动——而非胸部和背部的力量本身——保护了心脏。 “经常锻炼使上半身肌肉强壮的人，很可能拥有以其他方式保护心脏的健康生活方式，”资深作者、爱丁堡大学的Michelle C. Williams表示。 部分资助该研究的英国心脏基金会首席科学官Bryan Williams指出，”定期运动可将心血管疾病风险降低多达三分之一”，并强调所有形式的运动（而不仅仅是力量训练）都能改善肌肉密度。 注意事项 该研究为观察性、回顾性研究。它无法建立因果关系——即通过运动改善肌肉密度是否能直接降低心脏病发作风险，或者肌肉密度是否仅仅是已更健康人群的生物标志物。该队列仅限于因胸痛而接受CT血管造影检查的患者，其结果可能不适用于无症状人群、年轻人群或非白人族群。肌肉密度的临床阈值尚未建立，作者呼吁在考虑将该指标用于临床决策之前，在各种人群中进行验证。 SCOT-HEART试验最初旨在评估CT血管造影在胸痛评估中的作用，而非身体成分分析。对现有扫描图像的机器学习分析揭示了一种该试验从未设计检验的强健关联——统计稳定，机制上具有提示性，但尚未准备好投入临床应用。 翻译：婷 来源： Guimaraes AR, Williams SE, Macmillan MT, et al. Machine learning multiorgan analysis of coronary CT angiography body composition, myocardial infarction, and mortality in the SCOT-HEART trial. Radiology. 2026;319(3):e251821. doi:10.1148/radiol.251821

鲸鱼大部分时间都不发出声音。基于发声的追踪，研究鲸类动物移动和行为的标准工具，留下了覆盖它们生命大部分的盲区。挪威科技大学的一项新研究找到了填补这一空白的方法，利用已经躺在海底的传感器网络：海底光纤电信电缆。 这项研究由罗宾·安德烈·罗尔斯塔博特宁和马丁·兰德罗在挪威科技大学地球物理预测中心领导，于6月23日发表在《PNAS》上，证明在北极斯瓦尔巴群岛海岸外的一条商用海底电缆上使用分布式声学传感（DAS）可以通过蓝鲸游泳身体产生的流体动力学压力场来探测沉默的蓝鲸。 DAS的工作原理及其扩展方式 分布式声学传感的工作原理是向光纤发射相干激光脉冲。玻璃中的微观杂质使一小部分光反射回源头，瑞利背向散射。当声波或压力波动使光纤产生应变时，背向散射光的相位会与应变成比例地偏移。由于光纤中的光速精确已知，询问器可以沿着50公里或更长的电缆将扰动定位在大约10米以内。整条电缆变成了数千个虚拟应变传感器。 DAS已用于地震检测、管道监测和鲸鱼声学追踪，但标准DAS记录的是声学范围的频率，即鲸鱼发声时产生的声波。罗尔斯塔博特宁和兰德罗将该技术推向了0.01至0.1赫兹的超低频区域，其中信号不是声学的而是流体动力学的：运动物体产生的水的物理位移。 当鲸鱼游泳时，它的身体将水推开，在周围产生压力和速度场。这与船在水中移动时产生的信号类型相同，但在可比距离上大约弱100倍。挪威科技大学团队将瑞利于1917年最初发表的一个描述不可压缩流中空腔坍塌的模型应用于平移源，游泳的鲸鱼，的情况。当源直接在光纤上方时，应变率幅度与源深度的立方成反比，将检测范围限制在鲸鱼约40米，而大型船舶约550米。 真实海洋演示 这不是一次水槽实验。该团队使用了斯瓦尔巴群岛附近的一条活跃海底电信电缆，真正的北极基础设施，为其他目的收集并重新分析的数据。他们识别了来自当时未发声的蓝鲸的13次低频流体动力学事件，将信号与发声频谱图（蓝鲸从60到20赫兹的下扫）进行交叉参照，以确认物种身份。 船只运动通过自动识别系统数据进行了验证，并用作压力场模型的校准目标。信号按距离的立方衰减，与理论预测吻合。 这带来的可能性 主要优势是覆盖范围。不发声的鲸鱼，或者在标准DAS记录范围以上的频带发声的鲸鱼，正如许多齿鲸那样，对传统的声学监测是不可见的。流体动力学检测无论动物是否发出噪音都有效。这种方法也是可扩展的：全球已有的海底电信电缆网络原则上可以重新用于被动海洋哺乳动物监测。 这种方法在鲸鱼探测之外也有潜在应用。同样的超低频灵敏度可用于监测洋流、内波和其他传统海洋学传感器无法在电缆网络规模上解析的流体动力学特征。 来源： Rørstadbotnen RA， Landrø M. Detection of silent whales using distributed acoustic sensing on submarine fiber-optic cables. PNAS. 2026;123(26):e2603077123. doi:10.1073/pnas.2603077123

大脑最复杂的认知功能由同一套代谢机制驱动，而正是这套机制在数十年中创造了它们自身毁灭的条件。慕尼黑工业大学的一项新研究为这种权衡提供了直接证据，采用了一种新颖的成像方法，同时测量大脑区域之间的连接位置及其能量消耗。 这项由Valentin Riedl领导、6月22日发表于《PNAS》的研究，引入了代谢加权连接组（MwC）——一种脑网络图谱，其中区域间的连接和每个区域的代谢活动都被赋予了权重。结果显示，支撑高级认知（记忆、注意力、自我参照思维）的同一批皮层中枢，在生命后期对阿尔茨海默病病理的易感性不成比例地增高。 超越标准连接组学 传统连接组学将所有大脑区域视为功能等效的节点。它绘制哪些区域相连以及连接强度，但忽略了局部神经活动的强度：一个以高频率放电并消耗大量葡萄糖的中枢，与一个连接数相同但安静的中枢被同等对待。 慕尼黑团队通过使用集成PET/MRI扫描仪解决了这一问题——这种混合机器可同时获取同一受试者的功能性MRI和FDG-PET数据。fMRI捕捉BOLD信号，从中推导出功能连接性。FDG-PET测量大脑葡萄糖代谢率，这是局部突触活动的直接指标。通过将每个区域的功能连接性乘以其邻居的代谢活动，研究人员生成了一个完全加权的图，其中一个区域获得高MwC不是因为它连接密集，而是因为它优先耦合到那些自身维持高能量消耗的区域。 该指标解释了全脑区域葡萄糖代谢变异的39.9%，大约是标准加权度中心性（9.6%）的四倍，这是一个统计学上显著的改进（p = 0.01）。 脆弱的中枢 高MwC区域聚集在大脑的高级认知网络中——默认模式网络（后扣带回、楔前叶、内侧前额叶皮层、角回）、突显网络和扣带-岛盖网络。MwC从感觉网络（视觉、躯体运动）经过关联网络到这些认知网络单调递增。 与阿尔茨海默病的关联通过三种方式得到验证。利用Allen人脑图谱进行的转录组学分析显示，高MwC区域表达的基因富集了氧化磷酸化、线粒体功能和突触信号传导——这与神经退行性疾病相关的十大KEGG通路中的六条。来自阿尔茨海默病神经影像学倡议的224名参与者的淀粉样蛋白-PET数据证实，β-淀粉样蛋白斑块优先在高MwC区域积累。而测量突触囊泡密度的SV2A PET则证实了相同中枢突触密度的增加。 代谢负担假说 作者提出，这些区域终生的高代谢通量会产生增加的氧化应激和线粒体需求。经过数十年，这使得它们选择性地易受蛋白质病变和神经退行性变的影响。该模式与早期阿尔茨海默病的已知拓扑结构相符：默认模式网络是第一个同时显示低代谢和淀粉样蛋白沉积的网络。 “这表明，支撑认知复杂性的同一套代谢机制也会产生生物代价，”Riedl说。那些实现整合性认知（记忆、规划、反思）的能量密集型中枢，在代谢上暴露于风险之中，且易患疾病。 该研究涉及来自两个扫描站点（慕尼黑和维也纳）的40名健康受试者，数据使用人类连接组项目的334区域图谱进行分区。结果在两个站点和一个复制队列中保持一致。 来源： Ashrafi M, Fraticelli L, Castrillón G, Riedl V. Metabolism-weighted brain connectome reveals synaptic integration and vulnerability to neurodegeneration. PNAS. 2026;123(26):e2531706123. doi:10.1073/pnas.2531706123 翻译：婷

鲸鱼大部分时间都不发出声音。基于发声的追踪——研究鲸类动物移动和行为的标准工具——留下了覆盖它们生命大部分的盲区。挪威科技大学的一项新研究找到了填补这一空白的方法，利用已经躺在海底的传感器网络：海底光纤电信电缆。 这项研究由罗宾·安德烈·罗尔斯塔博特宁和马丁·兰德罗在挪威科技大学地球物理预测中心领导，于6月23日发表在《PNAS》上，证明在北极斯瓦尔巴群岛海岸外的一条商用海底电缆上使用分布式声学传感（DAS）可以通过蓝鲸游泳身体产生的流体动力学压力场来探测沉默的蓝鲸。 DAS的工作原理及其扩展方式 分布式声学传感的工作原理是向光纤发射相干激光脉冲。玻璃中的微观杂质使一小部分光反射回源头——瑞利背向散射。当声波或压力波动使光纤产生应变时，背向散射光的相位会与应变成比例地偏移。由于光纤中的光速精确已知，询问器可以沿着50公里或更长的电缆将扰动定位在大约10米以内。整条电缆变成了数千个虚拟应变传感器。 DAS已用于地震检测、管道监测和鲸鱼声学追踪，但标准DAS记录的是声学范围的频率，即鲸鱼发声时产生的声波。罗尔斯塔博特宁和兰德罗将该技术推向了0.01至0.1赫兹的超低频区域，其中信号不是声学的而是流体动力学的：运动物体产生的水的物理位移。 当鲸鱼游泳时，它的身体将水推开，在周围产生压力和速度场。这与船在水中移动时产生的信号类型相同，但在可比距离上大约弱100倍。挪威科技大学团队将瑞利于1917年最初发表的一个描述不可压缩流中空腔坍塌的模型应用于平移源——游泳的鲸鱼——的情况。当源直接在光纤上方时，应变率幅度与源深度的立方成反比，将检测范围限制在鲸鱼约40米，而大型船舶约550米。 真实海洋演示 这不是一次水槽实验。该团队使用了斯瓦尔巴群岛附近的一条活跃海底电信电缆——真正的北极基础设施，为其他目的收集并重新分析的数据。他们识别了来自当时未发声的蓝鲸的13次低频流体动力学事件，将信号与发声频谱图（蓝鲸从60到20赫兹的下扫）进行交叉参照，以确认物种身份。 船只运动通过自动识别系统数据进行了验证，并用作压力场模型的校准目标。信号按距离的立方衰减，与理论预测吻合。 这带来的可能性 主要优势是覆盖范围。不发声的鲸鱼——或者在标准DAS记录范围以上的频带发声的鲸鱼，正如许多齿鲸那样——对传统的声学监测是不可见的。流体动力学检测无论动物是否发出噪音都有效。这种方法也是可扩展的：全球已有的海底电信电缆网络原则上可以重新用于被动海洋哺乳动物监测。 这种方法在鲸鱼探测之外也有潜在应用。同样的超低频灵敏度可用于监测洋流、内波和其他传统海洋学传感器无法在电缆网络规模上解析的流体动力学特征。 来源： Rørstadbotnen RA， Landrø M. Detection of silent whales using distributed acoustic sensing on submarine fiber-optic cables. PNAS. 2026;123(26):e2603077123. doi:10.1073/pnas.2603077123

四十年前的春天，IBM苏黎世研究实验室的两名研究人员将钡、镧、铜和氧混合在一起，测量到了一些本不可能发生的事。J. Georg Bednorz和K. Alex Müller发现，他们的陶瓷材料在35开尔文时开始失去电阻，，比之前的记录高出50%，而且是在一个没人认为是超导候选材料的材料类别中。他们的发现于1987年获得诺贝尔奖，是史上最快的诺贝尔奖颁授。 本月，麻省理工学院和巴塞尔大学的一个团队发表了一项发现，，以其自身方式而言，同样本不可能。在菱面体五层石墨烯中，，纯碳，五个原子层厚，，他们发现了超导性，它不仅能在强磁场中存活，反而还能被强磁场增强。由麻省理工学院的Long Ju和巴塞尔大学的Dominik M. Zumbühl领导、6月29日发表在《自然》杂志上的论文报告了三种不同的超导态，它们能承受高达8.5特斯拉的面内磁场，，是传统超导体理论极限的数十倍。 相隔40年的两篇论文，构成了一前一后的书挡，将一个领域统一在同一个主题之下：大自然不断寻找新的方法让电子无阻力地流动，并不断拒绝完全解释其运作方式。 周年纪念 这一40周年由加州大学戴维斯分校的Inna Vishik和Warren Pickett在《自然》杂志上的一篇回顾文章所纪念。他们的时间线追溯了里程碑事件：Bednorz和Müller在1986年发现的35 K铜氧化物；1987年的93 K YBa₂Cu₃O₇（第一个在液氮沸点以上工作的超导体）；1993年的135 K HgBa₂Ca₂Cu₃O₈（至今仍保持常压记录）；2008年的铁基超导体；2019年在极端压力下的250 K氢化物。 四十年来，最深层次的问题仍未解决。铜氧化物中高温超导的微观机制至今未知。主要的候选理论，，自旋涨落、电荷密度波、Anderson的共振价键理论，，各自解释了谜题的一部分，但没有一个能说明全部问题。铜氧化物的常态是一种”奇异金属”，其电学性质遵循传统费米液体理论无法描述的规则。 新平台 菱面体石墨烯为探讨这些问题提供了一种完全不同的方式。与铜氧化物不同，，后者化学复杂、多元素氧化物，其内在无序和合金散射模糊了基础物理，，五层石墨烯是结晶碳：原子级完美、清洁极限、可调谐。 MIT-巴塞尔团队识别了三种不同的超导态，标记为SC2、SC3和SC4。SC2被面内磁场增强，，这违反直觉，因为磁场通常通过塞曼效应破坏库珀对。SC3被一个小的面外磁场促进。SC4由磁场本身诱导：超导性仅在施加磁场时才出现。 其机制在于时间反演对称性破缺。在传统BCS超导体中，磁场施加的塞曼能量与超导能隙竞争；当塞曼能量超过能隙时，库珀对断裂。考虑到这些石墨烯态的临界温度大约为110到300毫开尔文，其泡利顺磁极限约为0.2到0.56特斯拉。在8.5特斯拉下观测到的存活现象，，理论极限的40到85倍，，表明自旋三重态或轨道介导的配对从根本上免疫于塞曼对破坏。 这些石墨烯器件中的常态是一个四分之一金属相，其中自旋和谷自由度均被极化。磁场以促进而非抑制超导配对的方式使其对齐。 两个前沿 铜氧化物周年回顾文章以一个承认结尾：室温常压超导仍然遥不可及。石墨烯论文则以一个不同的地平线结尾：用于容错拓扑量子计算的非阿贝尔准粒子。这两个目标并不冲突，，它们反映了该领域的演进，从单一追求更高临界温度转向更广泛地探索非常规超导所实现的可能性。 MIT-巴塞尔团队在本文中取得了另一项进展：通过与过渡金属二硫族化物层的邻近效应引入自旋-轨道耦合，他们在不引入无序的情况下产生了多个新的超导态，，这是拓扑态与超导共存而不被杂质破坏的关键条件。 40年的探索已确凿证明了一件事：超导从未停止让我们惊讶。未来十年可能终于能解答Bednorz和Müller在1986年提出的问题，也可能开启一个尚未有人提出的全新问题。 来源： Seo J， Cotten AA， Ye S， et al. Family of magnetic field-boosted superconductors in rhombohedral graphene. Nature. 2026年6月29日在线发表. doi:10.1038/s41586-026-10815-x Vishik I， Pickett W. Forty […]

23年来，银坑陨石坑,,北海海底一个宽3.2公里的凹陷，位于约克郡海岸外约130公里处,,一直处于地质学的悬置状态。该结构于2002年由石油地球科学家西蒙·斯图尔特和菲利普·艾伦发现，他们在《自然》杂志上提出了撞击起源的说法，但遭到了质疑。2009年，伦敦地质学会正式投票反对撞击假说，更倾向于盐分迁移的解释。这个问题似乎就此了结。 如今，赫瑞瓦特大学的乌伊斯丁·尼科尔森领导的研究团队拿出了终结这场辩论的证明：两颗微小的冲击石英和长石颗粒，它们是从英国天然气公司1985年钻探的岩屑中回收的，已保存了四十年。 这项研究于2025年9月发表在《自然·通讯》上，并于今年6月更广泛地传播，证实一颗约160米宽的岩石小行星,,大约相当于一个足球场的大小,,以每秒15公里的速度从西北偏西方向倾斜撞击了浅浅的始新世海洋。这次撞击在大约12秒内形成了一个宽3公里、深1公里的瞬态陨石坑，并引发了一场超过100米（330英尺）高的海啸，席卷了史前北海盆地。 确凿证据 关键证据来自英国天然气公司1985年钻探的43/25-1油井，其岩屑已在仓库中保存了40年。尼科尔森的团队在恰好与陨石坑底部地层对应的位置发现了两个冲击颗粒：一颗在463米深处的石英颗粒和一颗在494米深处的钾长石颗粒。 石英颗粒包含两组分别标定为{10-13}和{10-14}的平面变形结构,,这些微观破裂模式仅在约10至13吉帕斯卡的极端冲击压力下形成。长石颗粒显示出平行的非晶质层状纹理，带有流体包裹体装饰，这也是超高速撞击的诊断特征。两者肉眼都不可见，需要经过细致的岩相学分析。 “这简直是海底捞针，”尼科尔森说。 新的高分辨率三维地震数据揭示了陨石坑的完整内部结构：中央隆起、环形沟槽、直径约18公里的损伤区、次级陨石坑和回流陡坎,,这些特征与海洋撞击一致。利用31个样本中的纳米化石进行的生物地层学将撞击时间限定在中始新世，即4300万至4600万年前。 伦敦帝国理工学院的加雷思·柯林斯进行的数值撞击模拟使用一颗160米的岩石小行星（纯橄榄岩，密度每立方米3300公斤）以每秒15公里的速度撞击浅海，重现了观测到的陨石坑形态。 争论持续二十年的原因 2002年最初的提议虽有道理但属于间接证据,,地震成像显示出一个与撞击一致的圆形结构，但黄金标准的证据,,冲击矿物,,从未被找到。没有岩相学的冲击证据，就无法排除替代解释,,盐分迁移使上覆沉积物变形，或火山塌陷。2009年地质学会的投票反映了这一证据缺口。尼科尔森的论文指出，这次投票以及随后缺乏新数据的情况”似乎使许多研究者认为这个问题已经了结，此后15年内的进一步研究十分有限”。 撞击的意义 银坑小行星直径160米，远大于1908年在通古斯上空爆炸的50米天体，但仍比终结白垩纪的10至15公里宽的希克苏鲁伯撞击体小一个数量级。银坑规模的小行星撞击估计大约每70万年发生一次。 地球上已知的已确认海底撞击坑仅有约33个，而陆地撞击坑约有200个。银坑现在是最保存完好的海底撞击坑之一，为了解海洋撞击与陆地撞击的差异,,特别是在海啸生成和沉积物覆盖下的陨石坑保存方面,,提供了一个难得的窗口。 婷 翻译 来源: Nicholson U， de Jonge-Anderson I， Gillespie A， et al. Hypervelocity impact origin of the Silverpit Crater， North Sea. Nature Communications. 2025;16:8312. doi:10.1038/s41467-025-63985-z

在德克萨斯大学MD安德森癌症中心的一项新研究中，在潜在致命剂量的腹部辐射前禁食24小时足以拯救每一只小鼠，而每一只喂食的小鼠都在九天内死亡。差别在于它们肠道中的微生物。 这项研究于6月23日发表在《PNAS》上，由Kunal Rai和Helen Piwnica-Worms领导，确定了一条连接禁食与肠道再生的完整分子级联反应：禁食富集了一种特定的肠道微生物，其代谢副产物重塑了肠道干细胞的表观基因组，产生了一群”预激活的持久细胞”，在损伤发生之前就已准备好进行修复。 级联反应 该机制通过四个阶段运行。第一，禁食扩增小肠中的杯状细胞，这些细胞产生粘液。第二，这些粘液喂养了阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila），一种降解粘蛋白的细菌，通过回肠内容物的16S rRNA测序证实，该细菌在禁食小鼠中显著富集（P = 4 × 10⁻⁵）。第三，阿克曼氏菌产生短链脂肪酸丙酸，而宿主肝脏产生β-羟基丁酸；两种代谢物在回肠中积累。第四，丙酸盐驱动组蛋白乙酰化（H3K27ac和H3K9ac），β-羟基丁酸驱动隐窝上皮细胞中的组蛋白β-羟基丁酰化（H3K9bhb），重塑染色质景观。 CUT&Tag分析在禁食小鼠的隐窝细胞中识别出37,601个独特的H3K27ac峰和88,040个独特的H3K9ac峰，这些峰依赖于阿克曼氏菌，当用四环素清除该细菌时，这些峰消失。 表观遗传重塑扩增了一群”预激活的持久细胞”，即Clu⁺Olfm4⁺细胞，它们在包括Lgr5、Ascl2、Sox9、Axin2和Rnf43在内的干细胞基因处具有开放的染色质。这些细胞不同于经典的复活干细胞，因为它们缺乏Ly6a可及性，并且在任何损伤发生之前就已存在。 生存与恢复 生存数据令人瞩目。在11.5 Gy的全腹部X射线照射（对喂食小鼠来说统一致死，所有小鼠在7至9天内死亡）后，100%的禁食小鼠存活。如果在禁食前用广谱抗生素清除阿克曼氏菌，存活率下降到约50%。通过灌胃重新引入阿克曼氏菌可恢复100%的存活率。 然而，给喂食小鼠施用阿克曼氏菌没有任何益处。这种细菌是必要的，但还不够；禁食提供了必要的环境，可能是通过宿主来源的β-羟基丁酸和杯状细胞扩增。 在组织水平上，禁食小鼠表现出显著更大的隐窝深度、更高数量的Olfm4⁺干细胞，并且在辐照后96小时，60%的隐窝细胞为Clu⁺Lgr5⁺，而喂食小鼠为43.7%。 局限性 该研究完全在雄性C57BL/6J小鼠中进行。没有提供人类数据。翻译相关性尚未得到证实，尽管从禁食到微生物组、表观基因组再到辐射抗性的机制链在分子水平上已完全绘制。作者指出，其他细菌类群，包括Erysipelatoclostridium、Clostridium sensu stricto 1和Coprococcus，也随禁食而增加，它们的潜在贡献尚未被排除。 2024年《自然》杂志的一篇独立论文（Imada等人）显示，禁食后重新进食可通过mTORC1驱动的多胺代谢增加肠道肿瘤发生。本研究未评估重复禁食周期的长期癌症风险。 该论文由美国国家科学院院士Helen Piwnica-Worms作为投稿提交给《PNAS》。资金来自美国国立卫生研究院和德克萨斯州癌症预防研究所。 婷 翻译 来源： Barrodia P， Saw AK， Jeter-Jones SL， et al. Fasting primes small intestinal regeneration after damage via a microbiome–metabolite–chromatin axis. PNAS. 2026;123(26):e2529215123. doi:10.1073/pnas.2529215123

绿色革命拯救了十亿人的生命，却也让人们营养不良了。 这个令人不安的权衡,,以营养质量为代价换取产量,,是6月24日发表在《自然》杂志上的一篇全面综述的出发点。来自欧洲、非洲、亚洲和美国14个机构的15位植物科学家认为，解决这个问题的工具现在已经存在，但它们必须一起部署，而不是零敲碎打。 这篇综述由根特大学的Dominique Van Der Straeten和马克斯·普朗克分子植物生理学研究所的Alisdair R. Fernie主导，围绕作者所称的三重挑战展开：提高产量、增加营养密度和建立气候适应性,,所有这些都要同时实现，而且是在养活数十亿人口的同一些主粮作物中实现。 隐性饥饿 超过7亿人生活在热量饥饿中,,没有足够的食物来满足基本能量需求。但数量远多于此的超过20亿人患有微量营养素缺乏症：日常饮食中维生素和矿物质摄入不足。这就是”隐性饥饿”,,在卡路里计数中不可见，但可以通过贫血率、维生素A缺乏导致的失明率、叶酸不足导致的神经管缺陷率以及碘或锌缺乏导致的认知发育迟缓率来衡量。 绿色革命无意中加剧了这个问题。育种计划优化的是每公顷的产量，而不是每粒谷物的营养含量。结果，现在主导全球农业的高产品种所含的微量营养素浓度与低产的前代品种大致相同,,这意味着人口从这些主粮中摄入更多卡路里的同时，每餐获得的微量营养素却更少。 气候变化正在加剧这种损害。大气二氧化碳浓度升高、干旱和土壤盐碱化都会降低主粮作物中的微量营养素密度。2018年的一项FACE（自由大气CO₂富集）实验发现，在预测的未来CO₂浓度下种植的水稻，其蛋白质、铁和锌的浓度显著降低。 工具 这篇综述编录了一个快速扩展的基因工具包。CRISPR-Cas基因组编辑是头号技术,,精确编辑包括基因敲除、启动子编辑、uORF编辑和多重编辑。碱基编辑和先导编辑可以在不产生双链断裂的情况下实现单核苷酸变化和短片段插入。PrimeRoot编辑器（Sun等，2024）和转座酶辅助整合（Liu等，2024）能够精确插入大片段DNA序列。 但仅有CRISPR是不够的。作者认为，它必须与转基因代谢工程相结合,,这种多基因途径叠加技术已经产生了黄金大米（维生素A原，Ye等，2000）、单份食用即可达到推荐每日摄入量的叶酸强化水稻（Blancquaert等，2015）、通过CRISPR实现的维生素D₃番茄（Li等，2022），以及提供抗坏血酸、β-胡萝卜素和玉米黄质的多维生素CRISPR编辑生菜（Livneh等，2025）。 该工具包中的其他技术包括FIND-IT（通过诱导诱变加速性状发现）、用于释放隐藏遗传变异的染色体工程，以及CRISPR加速的野生近缘种从头驯化,,例如，从零开始工程化异源四倍体水稻。大麦、木薯和水稻的泛基因组学正在揭示育种计划从未能够触及的结构变异。 监管瓶颈 科学正在加速推进。瓶颈在于审批。许多最有前景的生物强化作物,,黄金大米、高锌小麦、叶酸强化水稻,,已经准备好多年，但仍然困在将基因组编辑作物与常规育种作物区别对待的监管途径中。各国的监管环境差异很大，作者指出，现行系统是为上一代基因技术设计的。 在可持续发展目标2下实现零饥饿的时间表,,2030年,,现在只剩下四年。”考虑到有限的时间框架，”作者写道，”我们认为CRISPR-Cas技术应该与基于转化技术的代谢工程及其他技术相结合。” 不是依次进行。而是同时进行。 来源： Van Der Straeten D， Bulut M， Cao D， et al. Genetic technologies to enhance crop nutritional value under climate change. Nature. 2026;654:877-891. doi:10.1038/s41586-026-10593-6

在COVID-19大流行中发挥关键作用的mRNA疫苗，以其惊人的速度和有效性取得了成功。但关于它们为何如此有效的分子细节，仍然出人意料地不完整。脂质纳米颗粒并非被动的递送载体，它本身就是一个强效佐剂。mRNA尽管经过核苷修饰，也并非免疫学上的沉默者。而这些知识空白之所以重要，是因为下一代mRNA疫苗，针对HIV、结核病、通用流感，将需要深思熟虑的免疫设计，而非仅仅依靠试错。 6月24日发表在《自然》杂志上的一篇综述，由宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的Michela Locci和Norbert Pardi撰写，将COVID后的机制研究整合为合理设计mRNA疫苗的路线图。 LNP就是佐剂 自2020年以来出现的核心见解之一是，脂质纳米颗粒的作用远不止保护mRNA不被降解并将其运送到细胞中。2021年，Alameh及其同事表明，LNP通过诱导IL-6来驱动滤泡辅助性T细胞分化。2024年，Chaudhary及其同事确定了一种双重机制：LNP中可电离脂质的胺头基直接与Toll样受体4结合，激活MyD88和TRIF依赖性先天信号传导，同时通过CD1d呈递脂质抗原，可能激活恒定自然杀伤T细胞。LNP本身就是佐剂，其结构可以被调控。 Omo-Lamai及其同事在2025年表明，限制内体损伤感知可减少LNP触发的炎症，这表明内体逃逸的物理过程，而不仅仅是脂质化学，对佐剂信号有贡献。 mRNA并非沉默者 长期以来，人们一直认为核苷修饰，用假尿苷替代尿苷，使mRNA在免疫学上呈惰性。Karikó及其同事在2005年首次证明了这一点，该修饰已被用于所有获批的mRNA疫苗。但Castano及其同事在2025年的《细胞》杂志上证明，经过核苷修饰的mRNA本身会通过IRF3和IRF7驱动I型干扰素产生，而这种信号会塑造滤泡辅助性T细胞分化和B细胞反应。 I型干扰素信号对于CD8⁺ T细胞启动也至关重要，Li及其同事在2022年的《自然·免疫学》中针对BNT162b2证明了这一点。这种平衡非常微妙：干扰素过少则T细胞反应弱；过多则反应原性升高。 抗PEG抗体 一个日益受到关注的问题是，针对聚乙二醇（LNP表面的一个组分）的既有和疫苗诱导抗体。Ju等人（2022年）表明，SARS-CoV-2 mRNA疫苗会增强抗PEG抗体。Carreno等人（2022年）发现Moderna的mRNA-1273会诱导抗PEG抗体，而辉瑞- BioNTech的BNT162b2则不会，这可能是由于PEG-脂质组成的差异。Kozma等人（2023年）将抗PEG抗体与过敏反应（包括过敏性休克）联系起来。Pardi自己实验室的最新研究（Vadovics等人，《自然·纳米技术》，2025年）表明，可以通过调节PEG-脂质比例和磷脂组成来调控这一反应。 三个未解问题 该综述指出了三个主要的知识空白。首先，感知mRNA-LNP疫苗的完整模式识别受体组，在细胞和细胞内水平上，仍然未知。其次，对于激发保护性适应性免疫应答不可或缺的特定细胞和分子信号尚未完全明确。第三，尚不清楚反应原性（发热、疲劳、注射部位疼痛）和免疫原性是否可以分离，副作用是机制不可避免的副产品，还是可以通过工程设计消除的设计缺陷。 其他未解问题包括：不同LNP制剂下生发中心和记忆B细胞应答的持久性；重复给药是否会因抗载体免疫而降低效力；以及一种被称为”交叉呈递”（cross-dressing）的新近被认识的机制，树突状细胞从非造血细胞获取肽-MHC-I复合物，在CD8⁺ T细胞启动中的作用（Murphy等人，《自然》，2026年）。 为什么这很重要 第一代mRNA疫苗是针对一种任何免疫反应都比没有好的病毒紧急开发的。下一代疫苗必须针对已进化出复杂免疫逃逸机制的病原体进行设计，HIV、结核病、疟疾、通用流感疫苗。构建这些疫苗需要知道、而不是猜测应该拉动哪些免疫杠杆。 Locci和Pardi已经列出了这些杠杆。问题在于拉动哪些，以及按什么顺序拉动。 披露声明：N. Pardi在多篇核苷修饰mRNA-LNP疫苗专利上被列为发明人，并曾担任赛诺菲巴斯德、辉瑞、AldexChem和BioNet的顾问委员会成员。 来源： Locci M， Pardi N. Immunological mechanisms of mRNA vaccines for infectious diseases. Nature. 2026;654:892-901. doi:10.1038/s41586-026-10599-0

南京大学和清华大学的研究团队展示了一种全新的纳米尺度设备冷却方法，仅需一束激光和一对原子级厚度的半导体层。这项于6月24日发表在《自然》杂志上的方法，在不到一纳米的间隙上产生了超过100开尔文的温差，其热梯度之陡峭，为量子器件和超薄电子器件的片上冷却开辟了新可能。 研究人员将这种机制称为界面电荷转移（ICT）冷却，它代表着对数十年来激光冷却工作原理的根本性突破。 一种不同的冷却方式 传统的光学制冷（也称为上转换光致发光冷却）的工作原理是：用激光照射一种材料，该材料将吸收的能量以更高能量的光子形式重新发射出来。由于发射出的光子带走的能量比吸收的多，材料因此冷却。问题在于，这一过程需要近乎完美的外量子效率，材料必须重新发射出它吸收的几乎每一个光子，且几乎没有寄生加热效应。只有少数材料（如硫化镉纳米带和某些卤化物钙钛矿）能够达到这一标准，而且只能在精心调谐的共振条件下实现。 ICT冷却则基于完全不同的原理。研究人员构建了两种不同过渡金属二硫属化物（TMD）的堆叠结构，具体来说，是由二硒化钨（WSe₂）与二硒化钼（MoSe₂）或二硫化钨（WS₂）配对组成的异质双层。每一层只有三个原子厚。 其工作原理如下：连续波激光在WSe₂层中激发电子-空穴对。这些光激发载流子随后穿过II型能带对齐结，进入相邻的MoSe₂或WS₂层。电荷转移速度极快，在WSe₂/WS₂体系中室温下约为56飞秒。但关键在于，这种转移并非动量匹配的。电子必须从WSe₂晶格振动（声子）中获取能量，才能克服界面处的能垒。这种声子吸收过程直接冷却了WSe₂晶格。 同时，界面本身起到了热屏障的作用。分子动力学模拟显示，界面热阻非常大，且随层间距呈指数级增长。这阻止了热量从受主层回流到冷却的施主层，从而维持了温度梯度。 实际成果 作者报告称，在激光激发下，WSe₂层和MoSe₂层之间产生了超过100开尔文的温差。确切的大小取决于测量方法：WSe₂层的拉曼测温显示，相对于环境温度冷却了几开尔文；而跨越亚纳米层间间隙的温度梯度（从模拟中外推，并由光致发光和拉曼特征支持）则超过了100 K。冷却效应通过三种独立的光谱特征得到确认：反斯托克斯与斯托克斯拉曼强度比下降、光致发光蓝移以及从发射光谱中提取的电子温度降低。 该机制相比传统光学制冷具有若干实际优势。它不需要共振激发，冷却效应在1.7至2.0电子伏特（约620至730纳米）的宽波长范围内持续存在。它能容忍大范围的激光功率。最关键的是，它不依赖于光致发光量子产率：即使在量子产率仅为0.1%的化学气相沉积WSe₂中也观察到了冷却效应，远低于上转换冷却所需的近统一效率。 耦合的最佳点 该效应取决于在两个层之间实现团队所称的”中间耦合”状态。通过精确控制层间距和扭转角（使用对准干法转移堆叠技术），他们创造了一个既保持电荷转移效率又保留声子吸收所需动量失配的区间。耦合太强（层间距小、杂化强烈）会抑制动量失配，从而消除该效应。耦合太弱（间距大、相互作用可忽略）则完全阻止了有效的电荷转移。 研究团队确定了三种耦合区域：弱耦合（标记为T，摩擦学状态，层间相互作用可忽略）、最佳点（标记为H，异质双层，中间耦合）和强耦合（标记为S，强杂化状态）。只有中间H区域才会产生冷却效应。 应用前景 潜在的应用领域在于纳米尺度的热管理。目前量子器件的低温冷却需要庞大的低温恒温器，限制了小型化和集成化。一种在几纳米尺度工作且仅需激光源的片上冷却方法，可能会改变量子光电子系统、超薄电子器件和高密度光子电路中的热管理设计方式。所使用的材料（WSe₂、MoSe₂、WS₂）是研究最广泛的TMD半导体之一，可以通过标准方法制备。 局限性 该演示仍停留在单个异质结构薄片的水平。尚未解决向实际器件阵列的规模化问题。当异质双层悬浮且与基底隔离时，冷却效果更强，因为导热基底会充当散热器并降低效率，这意味着实际器件需要精心设计热隔离结构。实现温度梯度的界面热阻同时也限制了从冷却层排热的速度，可能会限制稳态冷却功率。 该机制仅在两种材料组合中得到验证：WSe₂/MoSe₂和WSe₂/WS₂。它是否能推广到其他TMD配对或其他二维材料家族（如黑磷或III-VI族化合物）仍有待证明。 南京大学的第一作者林佳民，清华大学的共同第一作者向百旭和刘仁光，以及通讯作者徐伟高、熊启华和高华健，共同展示了一种全新的激光冷却物理机制。温度梯度本身或许还无法与传统光学制冷在其最佳材料中达到的显著数据相媲美，但该机制（宽波长容限、耐受杂质、可在最常见的二维半导体家族中工作）打开了一个此前不存在的热工程工具箱。 来源： Lin J， Xiang B， Liu R， et al. Optical cooling by interfacial charge transfer in 2D heterostructures. Nature. 2026年6月24日在线发表. doi:10.1038/s41586-026-10662-w 婷 翻译