Science 一周论文导读 | 2021年4月23日

审校 书牧 小勺 邓卓 小锅 咖喱

制版 阿金

Biology

Barcoded viral tracing of single-cell interactions in central nervous system inflammation

通过条形码病毒示踪解析中枢神经系统炎症中单细胞的相互作用

（导读 阿金）本研究研发出狂犬病条形码相互作用检测后测序（RABID-seq）。该技术发现轴突导向分子作为小胶质细胞-星形胶质细胞相互作用的候选介导因子，促进自身免疫性脑脊髓炎（EAE）的中枢神经系统（CNA）病理发生。小胶质细胞中表达的Sema4D和Ephrin-B3分别通过PlexinB2和EphB3调控星形胶质细胞应答。可通过CNS的EphB3抑制剂抑制星形胶质细胞和小胶质细胞应答，减轻EAE。[论文详细信息]

Cholinergic neurons constitutively engage the ISR for dopamine modulation and skill learning in mice

胆碱能神经元组成性地参与ISR的多巴胺调节和小鼠技能学习

（导读 张滢）综合性应激反应（ISR）在突触可塑性、学习和记忆中起重要作用。本研究开发了一种用于高清晰度细胞ISR状态的全脑成像仪，在小鼠脑中发现了一类在ISR稳态时被激活的神经元——纹状体胆碱能中间神经元（CINs），ISR信号在CINs中是正常2型多巴胺受体（D2R）调节所必需的。抑制ISR可逆转D2R对CIN的发放模式，诱发多巴胺释放，改变技能学习。[论文详细信息]

Preventing Engrailed-1 activation in fibroblasts yields wound regeneration without scarring

防止成纤维细胞中的Engrailed-1激活可促进伤口再生但不会留疤

（导读 郭怿暄）Engrailed-1阳性成纤维细胞（EPFs）在疤痕形成中发挥作用，但Engrailed-1阴性成纤维细胞（ENFs）的功能尚不明确。本研究在成年小鼠中发现，伤口愈合过程中，一个真皮ENF亚群可以在力学信号的作用下激活Engrailed-1，从而转化为后天EPFs。如果阻断这一过程，则ENFs会介导非疤痕类型的伤口再生。这说明，伤口愈合存在两个可能结果：EPF介导的纤维化应答和ENF介导的再生应答。[相关报道：伤口愈合不长疤！数十年探索，终于找到让皮肤完美修复的方法]

Replication timing maintains the global epigenetic state in human cells

复制时序维持人类细胞中表观遗传的整体状态

（导读 郭怿暄）DNA复制的时间顺序（复制时序，RT）与染色质修饰和三维基因组结构相关。本研究发现，失去RIF1会增加细胞间异质性，从而几乎完全消除RT程序，并伴随有广泛的染色质修饰和基因组结构改变。在后续的几轮细胞分裂中，该效应会被持续放大。可见，染色质复制和装配的时序在维持整体表观遗传状态中发挥重要作用。[论文详细信息]

Conserved genetic signatures parcellate cardinal spinal neuron classes into local and projection subsets

保守的遗传特征将主要脊柱神经元类别分为局部和投射神经亚群

（导读 阿金）脊髓的运动和感知功能受到主要神经元细胞群的介导。本研究推断，新神经元类型的逐步扩增类似于动物物种形成过程。研究人员通过确定转录关系揭示了有序遗传层，逐渐根据神经元的运动-感知、局部-远距离、以及兴奋-抑制等特征将神经元分成不同组群。该结果为系统识别不同功能性神经元亚群提供统一的分类方法。[论文详细信息]

COVID-19

Timing the SARS-CoV-2 index case in Hubei province

追溯湖北省SARS-CoV-2首例病例的出现时间

（导读 郭怿暄）本研究结合回溯性和向前性研究，判断了在当前所有测序过的新冠病毒基因组的最近共同祖先出现之前，该病毒已经流行了多久。研究认为，2019年10月中至11月中可能是湖北省出现首例病例的时间区间。而且，在类似于新冠病毒的人畜共患事件中，有大约2/3是自限性的，不会引起广泛流行。该研究指出了目前人畜共患病原体监测方法的不足之处。[论文详细信息]

Epidemiological and evolutionary considerations of SARS-CoV-2 vaccine dosing regimes

SARS-CoV-2疫苗给药方案的流行病学和进化考量

（导读 郭怿暄）当前SARS-CoV-2疫苗短缺，第二剂接种时间如何影响感染的变化及其对部分免疫个体中病毒免疫逃逸进化的影响尚不明确。本研究发现短期内一剂疫苗可普遍降低感染，但长期效果依赖相对免疫稳健性。研究探索三种选择情境提示一剂策略可能增加抗原在部分群体免疫的特定情况下进化的潜能。研究强调亟需在接种一剂后检测病毒载量、定量免疫应答，同时增加全球疫苗接种。[相关报道：权威研究，新冠疫苗只打一针会有什么后果？]

Physics

Higher-dimensional supersymmetric microlaser arrays

高维超对称微激光阵列

（导读 李昂）集成光学设备因组件数量增加造成的复杂性上升是大规模锁相激光器搭建的主要障碍。本研究设计了高维超对称激光阵列以实现精确模式控制和非线性功率缩放。该激光器实现了高辐照度，小发散和单频激光发射。这一设计为经典和量子体系下的大规模集成光学系统设计提供了新的范式。[论文详细信息]

Josephson junction infrared single-photon detector

约瑟夫森结红外单光子探测器

（导读 阿金）约瑟夫森结作为超导器件，其性能可能受到破缺库珀对形成的准粒子影响。本研究通过将光子耦合至基于石墨烯的约瑟夫森结上的局域表面等离激元，展示一种近红外单光子探测技术，揭示了通过吸收光子所生成的准粒子的关键作用。该器件将有助于发展基于高速、低功耗光学链接的超导计算架构。[论文详细信息]

【Environmental science-环境】Assessing China’s efforts to pursue the 1.5°C warming limit

评估中国实现1.5度升温限制所需实施的行动

（导读 李昂）为了将全球升温控制在1.5°C以下，中国需要对排放途径、能源结构、脱碳采取新措施。本研究通过多元模型估计，为了实现控温目标，中国需要将碳排放和能源消耗分别降低90%和39%，并推断中国的能源部门需要在2050年前实现完全脱碳。预计到2050年，面对1.5°C的升温控制，中国节能减排的累计成本将占其国内生产总值的2.8%-5.7%。[相关报道：为将全球升温控制在1.5℃以内，中国碳排总量需降低90%]

【Materials-材料】Broadband directional control of thermal emission

热发射的宽带定向控制

（导读 阿金）控制远场热辐射的发射方向是重要挑战。本研究介绍一种梯度介电常数趋于零（ENZ）材料，可实现热发射的广谱定向控制。研究人员展示了两件由多种氧化物构成的发射器，在一系列波长范围的p偏振中表现出很高的定向发射，可实现有意义的辐射热传递。该成果有助于提升热伪装、太阳能加热、辐射致冷、废热回收等技术的能力。[论文详细信息]

【Chemistry-化学】C(sp3)–H methylation enabled by peroxide photosensitization and Ni-mediated radical coupling

过氧化物光敏化和镍介导的自由基偶联实现碳氢键甲基化

（导读 阿金）“神奇的甲基”效应可极大改良药物效力、选择性和/或代谢稳定性。本研究报告一种合成方法，在各种药物样分子和构建块中实现碳-氢键的直接甲基化。可见光触发的三线态能量转移促进氧-氧键在过氧化二异丙苯等中发生均裂作用，最终实现底物碳-氢键中的氢原子转移或者甲基自由基的生成，还通过镍介导的底物和甲基自由基交叉偶联优化产物产率。[论文详细信息]

【Geoscience-地球科学】Global groundwater wells at risk of running dry

全球地下水井面临枯竭的风险

（导读 张滢）地下水井为几十亿人供水，但当水位下降时它们就会干涸。本研究分析了全球约3900万口地下井的施工记录发现，6%-20%的井深度不超过地下水位5米，这意味着地下水位下降几米数百万口井就有干涸的可能。一些地下水位下降显著的地方，新井的建造深度也不比老井深，如果水位继续下降，新井一样可能干涸。深层地下水水质差，建设成本高，限制了开采深水井以保证水源供应的有效性。[相关报道：全球20%的地下水井或将干涸]