作者：星辰大海
本文转载自微信公众号“星辰大海人民团”，不代表全讯视野观点
摘要：这些基础理论创新成果表明，我国基础研究已进入从量的积累向质的飞跃、点的突破向系统能力提升的重要时期。
【原创】文∣星辰大海
《辟谣∣霍金去世，现代没有原创发明的谣言该结束了》一文发出后，又有网友提出：是有很多原创发明，但理论的提出才使人类社会思维前进才有了目的和方向，理论才是发明创造的源泉！我们现在只是在别人已提出的理论上，创造了东西，其实际就是证明了西方科技理论的正确性！有理论创新吗？！没有！
不得不说，西方中心论和西方文化殖民还是挺成功的，某些人崇西贬中已经到了丧失理智的地步。我们还是实事求是的摆事实讲道理吧。
应该承认，近几百年西方开创了科学的新纪元，科技发展领先世界，并做出了很多创新理论成果。但是人类的科学发发展和科技创新都是有继承性的，大家相互继承、相互借鉴，比肩巨人，才能成长。比如的造纸术和印刷术对世界知识和文明的交流和传播做出了巨大贡献；的指南针对大航海做出了巨大贡献；计算机虽然是西方发明出来的，但计算机所依赖的二进位制是首先发明的；西方的武器、航天、航空、机器人等虽然领先，但是火药、火枪、火炮、火箭、直升机、热气球、机器人等都是首先发明的；张维迎说人民银行印刷人民币使用的防伪油墨是瑞士的技术，但是印刷术是先发明再传遍全世界的。（详见本人另文《科技∣太伟大了！的一百个“世界第一”的原创发明》）
基础研究是一个慢周期的发展过程，需要科学思想一代代传承。我们常说，希望每一代人在科学上的成就要比前一代人有所提高，也就是说，希望我们培养出的下一代，最起码有一个人超过你目前在国际上的地位。但是，这是一个比较缓慢的过程，一代的成长需要20年左右的时间。
判断基础研究的发展状况，很重要的一个指标是发表科技论文的情况，即学术产出的数量与质量。近年间，我国基础研究整体水平再上台阶，重大成果呈“星星之火”，正蓄积着燎原之势。
根据《自然》杂志公布的数据，从2005年到2015年，发表的研究论文数量已居全球第二位，仅次于美国。从发表国际科技论文总量占世界的比例来看，从20年前不到3%已经上升到2015年的18%左右，特别是自2006年以来，就一直居于世界第2位；其中，高水平论文（影响力在前千分之一的工作），从1997年的占比不到0.5%，发展到2016年超过20%。按照2017年1月份的数据，我国高被引论文（引用次数居世界前1%）数量也从2016年的全球第4名，上升到第2名，仅次于美国。且论文被引用频次排名世界第2位的学科领域数由7个上升为8个。
从这些数据可以看出，高水平论文占比的上升速度，比的学术产出上升的速度还要快得多；这也意味着，来自于基础研究的贡献已经超过了人口在世界上的比例，超过GDP占全球的比例，也超过了我们学术产出总量在世界的比例。
跟踪过去一二十年在《自然》和《科学》上发表的论文数量，并调查其学科分布情况，发现有一个很大变化。10年以前，古生物学在《自然》《科学》上发表的文章要占在这两个顶级杂志上发表论文总数的一半以上。而最近几年，特别是最近一大批顶级科学家回国以后，在生物学、医学、数学、物理学上发表的文章越来越多，这是在基础科学和具有重要科学价值的研究上实现的进步，所以科学发展的状况是可喜的。
近些年来，科技水平提升很快，很多领域追赶上来并在某些领域世界领先了，在引领未来的科技领域如量子科学、高温超导等领域实现了世界领先，这些领先当然与基础研究和理论创新是分不开的。
以铁基超导研究材料为例，2013年，“40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究”，在国际上引领了铁基超导研究的热潮。到目前为止，铁基超导的纪录牢牢地被科学家掌握，全球铁基超导的研究引用一半来自于，而目前我国也是铁基超导研究材料的“源泉”，体现了我们的源头创新能力。
下面列举一些近年来的比较有影响的基础研究理论创新成果：
量子反常霍尔效应和拓扑绝缘体研究突破、40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究、三重简并费米子、新粒子“双粲重子”、引力量子场论、揭示水稻产量性状杂种优势的分子遗传机制、提出基于胆固醇代谢调控的肿瘤免疫治疗新方法、发现精子RNA可作为记忆载体将获得性性状跨代遗传、揭示胚胎发育过程中关键信号通路的表观遗传调控机理、揭示水的核量子效应、理论预言并实验验证外尔半金属的存在、揭示人类原始生殖细胞基因表达与表观遗传调控特征、解析细胞炎性坏死的关键分子机制、首次揭示阿尔茨海默氏症致病蛋白三维结构、揭示两种天然产物靶向特异蛋白治疗白血病的机制、揭示营养匮乏引发细胞自噬的分子机制、发现利用倒置结构可提高聚合物太阳能电池的能量转换效率、揭示梯度纳米晶铜本征塑性变形机制等等。
简单介绍一下这些基础研究理论创新成果：
1、我国科学家首次发现“量子反常霍尔效应”和拓扑绝缘体研究突破
由科学院物理研究所和清华大学物理系的科研人员组成的联合攻关团队，经过数年不懈探索和艰苦攻关，最近成功实现了“量子反常霍尔效应”。这是国际上该领域的一项重要科学突破，该物理效应从理论研究到实验观测的全过程，都是由我国科学家独立完成。
量子霍尔效应是整个凝聚态物理领域最重要、最基本的量子效应之一。它是一种典型的宏观量子效应，是微观电子世界的量子行为在宏观尺度上的一个完美体现。1980年，德国科学家冯•克利青（Klaus von Klitzing）发现了“整数量子霍尔效应”，于1985年获得诺贝尔物理学奖。1982年，美籍华裔物理学家崔琦（Daniel CheeTsui）、美国物理学家施特默（Horst L. Stormer）等发现“分数量子霍尔效应”，不久由美国物理学家劳弗林（Rober B. Laughlin）给出理论解释，三人共同获得1998年诺贝尔物理学奖。在量子霍尔效应家族里，至此仍未被发现的效应是“量子反常霍尔效应”——不需要外加磁场的量子霍尔效应。
在磁性掺杂的拓扑绝缘体材料中实现“量子反常霍尔效应”，对材料生长和输运测量都提出了极高的要求：材料必须具有铁磁长程有序；铁磁交换作用必须足够强以引起能带反转，从而导致拓扑非平庸的带结构；同时体内的载流子浓度必须尽可能地低。最近，、吕力、马旭村、王立莉、方忠、戴希等组成的团队和清华大学物理系薛其坤、张首晟、王亚愚、陈曦、贾金锋等组成的团队合作攻关，在这场国际竞争中显示了雄厚的实力。他们克服了薄膜生长、磁性掺杂、门电压控制、低温输运测量等多道难关，一步一步实现了对拓扑绝缘体的电子结构、长程铁磁序以及能带拓扑结构的精密调控，利用分子束外延方法生长出了高质量的Cr掺杂(Bi,Sb)2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜，并在极低温输运测量装置上成功地观测到了“量子反常霍尔效应”。该结果于2013年3月14日在Science上在线发表，。
该成果的获得是我国科学家长期积累、协同创新、集体攻关的一个成功典范。前期，团队成员已在拓扑绝缘体研究中取得过一系列的进展，研究成果曾入选2010年科学十大进展和高校十大科技进展，团队成员还获得了2011年“求是杰出科学家奖”、“求是杰出科技成就集体奖”和“科学院杰出科技成就奖”，以及2012年“全球华人物理学会亚洲成就奖”、。该工作得到了科学院、科技部、。
由科学院物理研究所和清华大学物理系的科研人员组成的联合攻关团队,经过数年不懈探索和艰苦攻关,最近成功实现了“量子反常霍尔效应”。这是国际上该领域的一项重要科学突破。这一研究成果已经发表在权威杂志《科学》上。诺贝尔物理学奖获得者、清华大学高等研究院名誉院长杨振宁在4月10日新闻发布会上说,这项成果堪称诺贝尔奖级科研成果。
2、40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究
2014年1月10日，以赵忠贤、陈仙辉、王楠林、闻海虎、方忠为代表的科学院物理研究所/北京凝聚态国家实验室（筹）（以下简称“物理所”）和科学技术大学研究团队凭借在“40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究”方面做出的杰出贡献获得了国家自然科学一等奖。
物理学家麦克米兰根据传统理论计算断定，超导体的转变温度一般不能超过40K（约零下233摄氏度），这个温度也被称为麦克米兰极限温度。
是否人类对超导的应用确实只能被限制在40K以下，还是麦克米兰使用的传统理论本身存在缺陷？为了探索这个问题，世界各地的科学家们做了无数次尝试。科学家首先发现了转变温度40K以上的铁基超导体，接着又发现了系列的50K以上的铁基超导体。与铜氧化物高温超导体不同，初步的研究表明，铁基超导体在工业上更加容易制造，同时还能够承受更大的电流，这为应用奠定了基础。但与此同时，铁基超导体性质极为复杂，对科研人员的理论功底和实验技能都提出了更高的要求。
国际知名科学刊物Science刊发了“新超导体将物理学家推到最前沿”的专题评述，其中这样评价道：“如洪流般涌现的研究结果标志着，在凝聚态物理领域，已经成为一个强国”。2013年2月，科学院国家科学图书馆统计显示，世界范围内铁基超导研究领域被引用数排名前20的论文中，9篇来自，其中7篇来自该研究团队。这一切都表明，该团队在铁基超导方面的研究，毫无疑问已经走在了世界的最前沿。
3、科学家首次发现突破传统分类的新型费米子 开拓固体理论新方向
2017年6月20日报道，科学院物理研究所的科研团队在拓扑物态研究领域取得重大进展，首次发现了突破传统分类的新型费米子——三重简并费米子，为固体材料中电子拓扑态研究开辟了新的方向。该研究成果于北京时间6月19日由国际权威学术期刊《自然》在线发表。
论文通讯作者之一、，现有理论认为宇宙中可能存在三种类型的费米子，即狄拉克费米子、外尔费米子和马约拉纳费米子。人们所熟知的电子、质子、中子等就属于狄拉克费米子。宇宙中的费米子在固体中存在“影子”，这种“影子”或具有传统理论中费米子的行为，或能演生出完全不同的新型费米子。
寻找新型费米子是近年来拓扑物态领域一个挑战性的前沿科学问题，也是该领域国际竞争的焦点之一。2016年，物理所研究员方忠领导的理论团队首次预言，在一类具有碳化钨晶体结构的材料中存在三重简并费米子，是不同于四重简并的狄拉克费米子和两重简并的外尔费米子的一种新型费米子。
此后，物理所研究员石友国等人迅速制备出碳化钨家族中的磷化钼单晶样品，研究员丁洪、副研究员钱天等人经过几个月的实验测量，成功解析出磷化钼的电子结构，与理论计算高度吻合，首次实验发现突破传统分类的三重简并费米子。
据介绍，该发现从理论预言、样品制备、到实验观测的全过程，都是由我国科学家独立完成，是凝聚态物理中固体理论的一个重要突破。
物理所研究员翁红明说，对固体中新型粒子的研究刚刚开始，这一研究成果对促进人们认识电子拓扑物态、发现新奇物理现象、开发新型电子器件以及深入理解基本粒子性质都具有重要的意义。
4、世界首次发现新粒子“双粲重子”，清华武大等四高校主导
科技部公布“2017年度科学十大进展”遴选结果，“首次探测到双粲重子”入选，武汉大学物理科学与技术学院团队参与研究，并做出重要贡献。
2017年7月，欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）上的LHCb合作组宣布：在世界上首次发现一种新粒子“双粲重子”。由清华大学、华中师范大学、科学院大学和武汉大学组成的LHCb国际合作组，主导了此次发现。
欧洲核子研究中心对双粲重子的发现作了专门的新闻发布，受到全球媒体的竞相报道。审稿人评价：“该论文给出了期待已久的重要结果——首次观测到双粲重子。”美国《物理》杂志以“倍加迷人的粒子”为题进行专论报道，认为该发现“为科研人员提供了检验量子色动力学的独特体系”。
物理科学与技术学院教授孙亮、副教授蔡浩等组成的武汉大学团队，在项目中做出突出贡献。2016年夏天，我校团队加入LHCb国际合作组后不久，即参与了这一新粒子的发现。
孙亮介绍：“通过我们对LHCb探测器动量标度的充分理解，有助于LHCb实验在发现这个新粒子的同时，将其质量测量的精度达到了好于千分之一的水平。”
5、物理学家提出引力量子化的新理论
2016-01-26 科技网-科技日报报道，有没有一种理论可以统一广义相对论和量子力学？有没有一种理论可以统一描述引力、电磁力、弱力、强力四种基本作用力？25日，科学院院士、，提出引力量子场论。该理论打破以弯曲时空几何为基础的广义相对论的局限，将广义相对论与量子力学统一起来。相关成果发表在近日出版的国际期刊《物理评论》上。
此前量子场论的建立，使狭义相对论与量子力学成功统一。但广义相对论与量子力学的统一至今仍是理论物理界的研究热点。
“广义相对论基于弯曲时空动力学，因此存在时空平移对称性和能量动量守恒定律不再成立，无法很好地定义和度量时间间隔和空间间隔等问题。”吴岳良说，引力量子场论假定自然界基本规律与时空坐标和标度选取无关，并且遵循局域规范不变原理。该理论通过双标架四维时空概念，可解决上述问题。
吴岳良介绍说，在引力量子场论框架下，可统一描述引力、电磁力、弱力、强力四种基本作用力，而且可导出含有引力场效应的所有量子场运动方程和所有基本对称性对应的守恒定律。“就好比牛顿运动理论可作为狭义相对论在低能状态的表述，爱因斯坦的广义相对论可作为引力量子场论的低能有效理论。此外，引力量子场论中的量子效应可解释早期宇宙暴胀。”吴岳良表示，引力量子场论的建立不仅对理解宇宙的起源和演化至关重要，而且对量子理论本身的普适性和自洽性起着根本性作用。
6、揭示水稻产量性状杂种优势的分子遗传机制
不断提高谷物产量以保障全球粮食安全是作物遗传育种的长期目标。杂种优势是指通过杂交使后代展现出比父本和母本具有更优势性状的现象，是一种重要的作物育种策略。为了揭示水稻产量性状杂种优势的遗传基础，科学院上海植物生理生态研究所韩斌和黄学辉研究组与水稻所杨仕华合作，对17套代表性杂交水稻品系的10074份F2代材料进行了基因型和表型性状分析。他们因此系统鉴定了与水稻产量杂种优势相关的遗传位点，并将现代杂交水稻品系鉴定为3个群系，代表了不同的杂交育种体系。他们发现，虽然在所有杂交稻中并没有完全相同的与杂种优势相关的遗传位点，但在同一群系内，都有少量来自母本的基因位点通过不完全显性的机制对大部分杂种的产量优势有重要贡献。这一发现将有利于进行高效的杂交优化配组，以快速获得具有高产、优质和抗逆的杂交品种。相关研究论文以长文形式发表在2016年9月29日《自然》(Nature[537(7622): 629—633])上。
7、提出基于胆固醇代谢调控的肿瘤免疫治疗新方法
T细胞介导的肿瘤免疫治疗是治疗肿瘤最有效的四种武器之一，在临床上已取得了巨大的成功。但现有的基于信号转导调控的肿瘤免疫治疗手段只对部分病人有效，因此急需发展新的方法让更多的病人受益。科学院上海生物化学与细胞生物学研究所许琛琦、李伯良与合作者从全新角度研究了T细胞的肿瘤免疫应答反应。他们认为通过调控T细胞的“代谢检查点”可改变其代谢状态，使其获得更强的抗肿瘤效应功能。他们鉴定出胆固醇酯化酶ACAT1是调控肿瘤免疫应答的代谢检查点，抑制其活性可以增强CD8+ T细胞的肿瘤杀伤能力。其主要机理是CD8+ T细胞质膜胆固醇水平明显增加，帮助T细胞抗原受体簇和免疫突触高效形成。他们还发现ACAT1抑制剂Avasimibe(作为用于治疗动脉粥样硬化相关疾病的药物，已进行了III期临床试验)具有很好的抗肿瘤效应，并且能与现有的临床药物PD-1抗体联合治疗来获得更好的肿瘤免疫治疗效果。他们的研究开辟了肿瘤免疫治疗的一个全新领域，证明了代谢调控的关键作用；同时发现ACAT1这一新的治疗靶点，拓展了ACAT1小分子抑制剂的应用前景，为肿瘤免疫治疗提供了新思路与新方法。相关研究论文发表在2016年3月31日《自然》Nature[531(7596):651—655]上。《自然》发表的同行评论指出：“这项研究成果可能开发成抗肿瘤和抗病毒的新药物”。《细胞》发表的同行评论指出：“这项研究为对anti-PD-1没有治疗效应或产生抵抗的病人提供了新的希望”。
8、发现精子RNA可作为记忆载体将获得性性状跨代遗传
越来越多的证据显示，随着生活环境和饮食结构的巨大改变，高脂饮食导致的肥胖等代谢性疾病，可以“记忆”在精子中并遗传给下一代，导致后代肥胖。这种获得性遗传形式对人类繁衍及后代健康具有深远的影响。精子介导的这种获得性遗传机制涉及DNA序列之外的表观遗传信息在精子中的存储及传递，破解这类表观遗传信息是本领域的一个主要挑战。科学院动物研究所周琪、段恩奎研究组与科学院上海营养科学研究所翟琦巍研究员合作，基于高脂肪饮食小鼠模型，发现精子中一类来源于tRNA的5’端序列的、大小富集在30—34nt的小RNA (tsRNAs)在高脂饮食下发生了表达谱和RNA修饰谱的显著改变。分离高脂小鼠精子中的tsRNAs片段并注射到正常受精卵内，可诱导F1子代产生代谢性疾病。高脂小鼠精子的tsRNAs进入受精卵后导致早期胚胎及后代小鼠胰岛中代谢通路基因发生显著改变。该研究第一次从精子RNA角度为研究获得性性状的跨代遗传现象开拓了全新的视角，提出精子tsRNAs是一类新的父本表观遗传因子，可介导获得性代谢疾病的跨代遗传。相关研究论文发表在2016年1月22日《科学》(Science [351(6271):397—400])上。文章发表以后被广泛引用和评价，引起国际各大媒体的关注。
9、揭示胚胎发育过程中关键信号通路的表观遗传调控机理
动植物从单细胞受精卵发育成为高度复杂的生物体是一个奇妙的过程。哺乳动物基因组DNA中的5-甲基胞嘧啶作为一种稳定存在的表观遗传修饰，由DNA甲基转移酶(DNMTs)催化产生。近年研究发现，TET双加氧酶家族蛋白(TET1/2/3)可以氧化5-甲基胞嘧啶，引发DNA去甲基化。虽然DNA甲基化在哺乳动物基因印记和X染色体失活等生命活动过程中参与基因表达的调控，但是DNA甲基化以及TET双加氧酶介导的去甲基化在小鼠胚胎发育过程中究竟起什么作用还不清楚。科学院上海生物化学与细胞生物学研究所徐国良研究组与美国威斯康星大学孙欣、北京大学汤富酬等合作，利用生殖系特异性敲除小鼠得到Tet基因三敲除胚胎，通过一系列形态发育特征的检测，结合基因功能互补分析，解析了TET缺失造成胚胎死亡的机制，发现了TET三个成员之间功能上相互协作，介导的DNA去甲基化与DNMT介导的DNA甲基化相互拮抗，通过调控Lefty-Nodal信号通路控制胚胎原肠运动。该工作从长期困扰发育生物学领域的基本重大问题出发，着眼于人类新生儿出生缺陷的可能机理和防治，第一次系统地揭示了胚胎发育过程中关键信号通路的表观遗传调控机理，为发育生物学的基本原理提供了崭新的认识。相关研究论文发表在2016年10月27日《自然》(Nature[538:528—532])上。
10、揭示水的核量子效应
对于大多数材料体系而言，一般只需要考虑电子的量子化，原子核则被当作经典粒子来处理。然而，水中三分之二的原子是氢原子，由于氢原子核的质量很小，其量子效应会异常显著。氢核的量子效应对水的氢键相互作用到底有多大影响？或者说氢键的量子成分有多大？被认为是揭开水的奥秘所需要回答的关键问题之一。由于氢核的量子化研究无论对于实验还是理论都非常具有挑战性，这个问题一直没有得到很好的解答。北京大学物理学院王恩哥和江颖研究组与合作者，在相关实验技术和理论方法上分别取得突破：发展了一套“针尖增强的非弹性电子隧穿谱”技术，获得了单个水分子的高分辨振动谱，并由此测得了单个氢键的强度；开发了基于第一性原理的路径积分分子动力学方法，实现了对电子量子态和原子核量子态的精确描述。基于此，他们在国际上率先测定了氢键的量子成分，首次在原子尺度揭示了水的核量子效应。研究结果表明，氢键的量子成分可远大于室温的热能，氢核的“非简谐零点运动”会弱化弱氢键、强化强氢键，这个物理图像对于各种氢键体系具有相当的普适性。该工作是对“氢键的量子成分究竟有多大”这一物质科学基本问题的首次定量解答，澄清了学术界长期争论的氢键的量子本质，将有助于理解水和其他氢键体系的很多反常特性。相关研究论文发表在2016年4月15日《科学》(Science[352(6283):321—325])上。该研究被审稿人评价为“氢核量子效应研究的实验杰作”；核量子效应研究领域权威专家德国的Dominik Marx教授认为该工作“完成了难以置信的任务”。
11、理论预言并实验验证外尔半金属的存在
德国科学家外尔1929年指出，当质量为零时，狄拉克方程描述的是一对能量相同但具有相反手性的新粒子，即外尔费米子。80多年过去了，人们一直未能观测到这种神奇的粒子。中微子曾经被认为是外尔费米子的候选者，但后来发现中微子其实具有质量。近年来，拓扑绝缘体尤其是拓扑半金属等领域研究的快速发展为寻找外尔费米子提供了新的思路，它们可以作为准粒子存在于外尔半金属材料中。寻找外尔半金属材料是一个非常具有挑战性的科学问题，也是该领域国际竞争的焦点之一。
2015年，科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)方忠研究组(翁红明等)通过理论计算预言，TaAs家族材料就是要寻找的外尔半金属体系[Physical ReviewX(5, 011029)];陈根富研究组合成出了该材料的晶体，并观察到理论预测到的因手征反常导致的负磁阻效应[Physical Review X(5, 031023)];丁洪研究组(丁洪和钱天等)与合作者用角分辨光电子能谱证实了理论预言的三维电子能谱和费米弧[PhysicalReview X(5, 031013); Nature Physics(11(9):724—727);PhysicalReviewLetters(115,217601)]。科学家的该系列工作终于“找到”了外尔费米子这样一个隐身80多年的“幽灵”粒子。
此外，美国普林斯顿大学的Z. Hasan研究组和清华大学的陈宇林研究组及合作者[Nature Physics(11(9):728—732)]也得到类似的结果。外尔半金属的发现提出了很多新的科学问题，同时也为开发低能耗电子器件等变革性技术提供了新的思路。该研究成果也入选英国物理学会“2015年度国际物理学十大突破”。
12、揭示人类原始生殖细胞基因表达与表观遗传调控特征
生殖细胞(精子和卵子)是生命繁衍、物种延续、世代相传的种子和纽带。生殖细胞来自于个体发育早期形成的原始生殖细胞。这类特殊的原始生殖细胞的基因表达调控与其他体细胞有何不同?除了遗传序列本身，亲本还把哪些表观遗传记忆留在了原始生殖细胞中? 哪些表观遗传记忆信息需要被擦除?这些关键问题一直没有解决。
北京大学生物动态光学成像中心汤富酬研究组和北京大学第三医院乔杰研究组采用最新的单细胞转录组高通量测序等关键技术，深度解析了人类原始生殖细胞多个发育阶段的转录组和DNA甲基化组的动态变化，揭示了人类原始生殖细胞基因表达调控的一系列关键特征。该项研究显示，处于发育早期的人类原始生殖细胞协同表达一系列多能性基因以及生殖系特异基因。基因组DNA甲基化作为一种关键的表观遗传修饰方式，是调控细胞分化过程中基因表达的关键机制之一。他们的研究首次发现女性原始生殖细胞中X染色体重新激活明显早于小鼠，而且SOX15 仅特异性高表达于人类早期原始生殖细胞，推测其是调控原始生殖细胞发育与性别分化的重要基因。此外，该项研究发现人类原始生殖细胞在发育过程中会经历大规模的表观遗传记忆(DNA甲基化标记)的擦除，在胚胎第11周时原始生殖细胞中仅有6%—7%的DNA甲基化得以保留;但另外一方面，基因组中的一些特殊的重复序列元件上仍然残留大量甲基化，这为研究人类隔代遗传现象的表观遗传学基础提供了重要线索。相关研究论文发表在2015年6月4日Cell[161(6):1437—1452]上。
Cell杂志邀请国际表观遗传学专家Meyenn和Reik教授在同期发表的述评认为，该项研究为人类提供了详尽的人类原始生殖细胞发育过程中基因表达网络及其表观遗传调控景观图，这是理解基因组潜能重置、表观遗传记忆擦除、人类生殖细胞建立的基础。这方面的知识有助于更好地理解人类生殖细胞和早期胚胎发育特征与规律。
13、解析细胞炎性坏死的关键分子机制
细胞炎性坏死(或称为细胞焦亡)是三种细胞程序性死亡方式之一(另两种是细胞凋亡和细胞坏死)，它是机体的重要免疫防御反应，在清除病原感染中发挥重要作用;也与败血症等多种疾病发生密切相关。细胞焦亡由炎性半胱天冬酶(caspase-1和caspase-4/5/11)介导，但具体机制不明。
北京生命科学研究所邵峰团队利用最新的CRISPR/Cas9基因组编辑技术，针对caspase-1和caspase-11介导的细胞焦亡进行了全基因组遗传筛选，鉴定出全新的Gasdermin D (GSDMD)蛋白，并证明GSDMD是所有炎性半胱天冬酶的共有底物，其切割对于炎性半胱天冬酶激活细胞焦亡既是必要的也是充分的。这是20年来首次揭示细胞焦亡的关键分子机制，为多种自身炎症性疾病和内毒素诱导的败血症提供了全新的药物靶点。该研究还首次发现Gasdermin家族(包含GSDMD)都具有诱导细胞焦亡的功能，开辟了细胞程序性坏死和天然免疫研究的新领域。相关研究论文发表在2015年10月29日Nature[526(7575):660—665]上。
瑞士巴塞尔大学的Petr Broz教授对该研究成果的点评认为，“发现GSDMD作为细胞焦亡的关键因子对于我们理解炎症性半胱天冬酶如何诱发细胞死亡是概念上的突破。研究清楚GSDMD介导细胞焦亡的分子机制非常有可能为我们带来治疗炎性小体相关的炎症性疾病和代谢疾病的全新方案。”
14、首次揭示阿尔茨海默氏症致病蛋白三维结构
施一公小组揭示老年痴呆症致病蛋白结构
清华大学生命科学院施一公院士研究组在世界上首次揭示了与阿尔茨海默氏症发病直接相关的人源γ分泌酶复合物。(γ-secretase)精细三维结构，为阿尔茨海默氏症的发病机理提供了重要线索。相关成果以长文形式在线发表于《自然》杂志。阿尔茨海默氏症又称老年痴呆症，不但给病人及家属造成极大痛苦，也带来沉重的社会负担。该研究组利用瞬时转染技术，在哺乳动物细胞中成功过量表达并纯化出纯度好、性质均一、有活性的γ-secretase复合体。同时，通过对获得的复合物样品进行冷冻电镜分析，最终获得了分辨率达4.5埃的γ-secretase复合物三维结构。据此，科学家对阿尔茨海默氏症的研究将开启新篇章。
15、揭示两种天然产物靶向特异蛋白治疗白血病的机制
急性髓系白血病(AML)是一组异质性血液肿瘤。其中多数AML，如具有t(8;21)(q22; q22)染色体易位的M2型AML患者不能获得长期无病生存。利用天然化合物特异地诱导白血病细胞分化和凋亡是肿瘤研究的重要热点之一。在诱导AML细胞凋亡方面，上海交通大学医学院陈竺和陈赛娟研究组与合作者的研究显示，冬凌草甲素可与谷胱甘肽和硫氧还蛋白/硫氧还蛋白还原酶相互作用，增加细胞内的活性氧，进而活化t(8;21)细胞中促凋亡的半胱氨酸蛋白酶-3，促进肿瘤细胞凋亡。而且，冬凌草甲素还可通过半胱氨酸蛋白酶-3使肿瘤融合蛋白AML1-ETO发生酶裂解，生成截短形式的AML1-ETO(AML1-ETO)。而AML1-ETO可与AML1-ETO相互作用，干扰AML1-ETO的反式调节功能，作为肿瘤抑制剂介导了冬凌草甲素的抗白血病效应。在诱导AML细胞分化方面，上海交通大学医学院陈国强研究组与合作者的研究发现，一种植物中分离出来的双萜化合物腺花素可诱导多种类型AML细胞分化。腺花素可直接靶向过氧化还原酶Prx I和Prx 的保守的半胱氨酸，抑制其过氧化物酶活性，使细胞内H2O2增加，进而导致细胞外信号调控激酶的活化和CCAAT/增强子结合蛋白β转录的增加，这将促进腺花素诱导的分化。腺花素是目前已知的第一个可用于研发Prx I和Prx 靶向治疗药物的先导天然化合物，靶向Prx I和Prx 可能成为白血病诱导分化治疗的新途径。相关研究结果分别发表在《科学·转化医学》（Science Translational Medicine）和《自然·化学生物学》（NatureChemical Biology）杂志上。
16、揭示营养匮乏引发细胞自噬的分子机制
细胞自噬是指细胞降解胞内自身细胞结构或变性蛋白质的一种重要生物学过程。在受到如饥饿等外界压力时，细胞会将细胞质的一部分包裹并运输到溶酶体或液泡中，对其进行降解，从而达到物质重新利用的目的。细胞自噬功能的异常会导致包括癌症、神经退行性疾病等众多疾病的发生。厦门大学林圣彩研究小组与合作者研究发现，乙酰转移酶TIP60的激活是生长因子缺乏诱发细胞自噬所必需的。在多细胞动物中，细胞的能量平衡依赖于细胞外生长因子。当糖原合成酶激酶3(GSK3)因细胞失去生长因子而去抑制时，它会通过磷酸化乙酰基转移酶(TIP60)而激活TIP60。活化的TIP60会直接乙酰化并激活自噬启动过程中的关键蛋白激酶ULK1。他们的研究揭示了一个整合了蛋白质磷酸化和乙酰化的信号通路，将生长因子缺乏同自噬联系起来，阐明了细胞能量平衡的维持依赖于生长因子这一重要生物学现象的分子机制。与此同时，清华大学俞立研究组与合作者，利用酿酒酵母作为研究材料，研究确认乙酰转移酶Esa1和去乙酰化酶Rpd3是细胞自噬水平的重要调控元件，并确认细胞自噬信号的核心组件Atg3是Esa1/Rpd3的作用底物。Atg3通过其第19和第48位的赖氨酸乙酰化来控制Atg3和Atg8的相互作用以及Atg8的脂化，从而调控细胞自噬的发生。在饥饿诱导下，Esa1和Rpd3通过在自噬体前体结构(PASs)上的定位以及与Atg3的相互作用，调控Atg3蛋白的乙酰化水平，进而影响细胞自噬的发生。这些研究结果揭示了乙酰化如何通过修饰细胞自噬的核心元件从而调控细胞自噬发生这一重要生物学现象的分子机制。相关研究结果发表在《科学》（Science）杂志上。
17、发现利用倒置结构可提高聚合物太阳能电池的能量转换效率
聚合物-富勒烯异质结太阳能电池(PSC)是一种基于共轭有机小分子/聚合物和富勒烯衍生物的新型的光伏器件，可大面积、低成本、柔性化制备，是当今科技界的一个研究热点和世界各国竞相研发的新能源器件。近期的研究报道表明，这种太阳电池的能量转化效率可超过8%。但是这种光伏技术要能得到大规模生产和应用，还需要进一步提高其能量转换效率达到10%左右。华南理工大学曹镛和吴宏滨研究组，利用一种倒置结构实现了能量转换效率达到9.2%的聚合物太阳电池，刷新了文献报道中此类器件能量转换效率的世界纪录。他们研制的装置可以同时提供实现高效光生载流子收集的欧姆接触以及最优的太阳光子利用。由于他们提出的器件结构可方便利用并能大幅度提高能量转化效率，所以这一发现还可为其他材料体系所借鉴，并为实现能量转换效率达到10%的聚合物太阳电池提供了新的希望。相关研究结果发表在《自然·光子学》（Nature Photonics）杂志上。
18、揭示梯度纳米晶铜本征塑性变形机制
(联合)实验室卢柯研究组,“揭示梯度纳米晶铜本征塑性变形机制”,在解决相关金属材料的强度与塑性矛盾方面有重大发现;
揭示Tet双加氧酶在哺乳动物表观遗传调控中的作用
,“揭示Tet双加氧酶在哺乳动物表观遗传调控中的作用”,在高等动物DNA修饰领域获得重要发现;
,“阐明冰期-间冰期印度夏季风变迁的动力学机制”,有助于人类理解全球气候以及全球变暖对季风的潜在影响;
这些基础理论创新成果表明，我国基础研究已进入从量的积累向质的飞跃、点的突破向系统能力提升的重要时期。
文 星辰大海
2018-3-18于杭州
近期辟谣文章推荐：
长按关注公众号“星辰大海人民团”
并可加入“星辰大海论坛”微信群
感谢您的阅读!
点赞人人爱
Copyright © 2023 All Rights Reserved 版权所有 福建水产设备联盟