铁稳态代谢分子机制及铁磁纳米颗粒研究进展

铁是人体必需微量元素,参与血红蛋白及多种酶的合成,在氧气运输、免疫调节、核酸合成及基因表达调控等多种生理过程中发挥重要作用.铁稳态代谢的维持对于机体正常生长发育至关重要,铁稳态代谢失衡会引发多种疾病.机体铁稳态代谢的调控由多个环节协调控制;在分子水平上,铁调素Hepcidin作为铁稳态代谢的关键调控因子,通过降解小肠上皮细胞和巨噬细胞上的铁外排蛋白Ferroportin,调控机体铁稳态.由此可见,机体内铁稳态代谢的维持是由多因素、多层次的复杂调控网络协调完成.铁不仅是必需的营养物质,还是新型生物材料的重要组分.铁磁纳米颗粒是一类以铁蛋白或Fe_3O_4等作为基础的生物大分子纳米粒子,因其较强的磁导向性和较好的生物兼容性,已被广泛应用于生物医学领域.本文围绕我们团队近年在铁稳态代谢领域的系列原创发现,就铁调素调控铁代谢稳态的分子网络及铁磁纳米颗粒研究国际前沿进展进行系统综述.     

血液黏度调节与疾病的防治

血液黏度在保持血管稳态中发挥重要作用,在生理状态下,机体通过多种调节机制保持血液黏度相对稳定.在病理条件下,由血管内皮细胞功能障碍等引起的血液黏度调节机制异常与心脑血管疾病、糖尿病及失血性休克等疾病的发生、发展密切相关.对血液黏度的监测和调整在疾病诊断、治疗和预后判断中具有重要的意义.本文就血液黏度调节在疾病防治中的作用做一综述.     

铁过载及铁死亡在心脏疾病中的研究进展

铁作为生命必需的营养元素,在机体组织中的代谢平衡对维持正常的生理功能至关重要.人群流行病学研究和动物实验表明,铁过载在心脏疾病的发生发展过程中发挥重要作用,祛铁可有效缓解心脏疾病进展,但机制尚不清楚.近年来,心脏铁稳态代谢及其分子调控机制获得系列重大进展;铁依赖的新型细胞死亡方式——铁死亡(ferroptosis)概念的提出,为深入理解铁过载与心脏疾病间的关联带来了重要契机.近期,作者团队在国际上率先揭示靶向铁死亡是防控心脏疾病有效措施.本综述系统总结了国内外铁过载与铁死亡对心脏疾病发病的影响及作用机制的最新研究进展,并对未来研究方向进行展望与讨论,旨在为心脏疾病预防和治疗提供新思路与新策略.     

氨基酸转运载体SLC1A3的功能及对神经系统和线粒体功能的调节作用机制研究进展

溶质载体家族1成员3(the solute carrier family 1 member 3 gene, SLC1A3)是一种重要的兴奋性氨基酸转运载体,在动物各组织器官中均有表达,主要负责细胞的酸性氨基酸转运,对动物健康与生长发育具有重要作用.目前关于SLC1A3的研究主要集中于对神经系统的调控以及表达异常造成的相关疾病,而对SLC1A3在其他组织器官中的研究较少.近期研究表明, SLC1A3可负责细胞内胞浆与线粒体之间的谷氨酸和天冬氨酸的转运,以维持线粒体内三羧酸循环和电子传递链的正常运转,促进细胞增殖,恢复细胞功能.本文主要综述了SLC1A3在动物各组织器官中的表达情况及其发挥的生物学功能,并解析了其对神经系统和线粒体功能的调控机制,以期SLC1A3作为关键靶点为调控动物机体健康和疾病治疗提供理论依据.     

胚胎干细胞自我更新相关信号转导途径及信号分子

胚胎干细胞(embryonic stem cells, ES cells)是从囊胚期内细胞团(inner cell mass, ICM)分离得到的, 在体外具有无限或较长期的自我更新能力, 并能在特定的诱导条件下分化成各种组织特异性细胞. 鉴于此种特性, ES细胞在临床上具有极其广阔的应用前景. 但是要将ES细胞成功的应用于临床, 必须解决的首要问题是胚胎干细胞是如何实现自我更新及定向分化的. 某些小鼠的ES(mES)细胞可以在LIF等外源性细胞因子的作用下在体外维持自我更新. 研究表明, LIF维持自我更新的能力是通过LIF-LIFR-JAK-STAT3途径实现的, 其中STAT3在该途径中起关键作用. Oct-3/4也是维持ES细胞多能性的重要分子之一, 它与其辅助分子Sox2, Rox-1共同参与调节胚胎的正常发育. Nanog是最近发现的一个同源盒转录因子, 被认为在ES细胞的全能性维持中起关键作用. 此外, BMP, Wnt, ERK途径也在这一过程中起重要作用. 本文中我们对近年来发现的有助于胚胎干细胞自我更新的相关信号转导通路做了概括综述, 主要有LIF-STAT3途径、Oct-3/4和Nanog信号分子. 虽然它们之间是通过怎样的模式相互影响和协调起作用还不是十分清楚, 但为我们以后的研究指明了方向.     

人为什么要睡眠?

睡眠是指机体失去对周围环境知觉和反应的一种可逆性行为.根据脑电变化,睡眠分为非快速眼动(non-rapid eye movements,NREM)睡眠和快速眼动睡眠(rapid eye movements,REM)两种状态,前者又包括了由浅入深的3个睡眠时相.睡眠是一个动态变化的主动过程,是大脑的重要功能之一.觉醒的维持及入睡均具有明确的神经解剖学和神经生物学基础,受内源性昼夜节律、内环境稳态调节过程及社会和环境因素的交互作用的影响.作为最基本的生命活动之一,睡眠的功能尚未完全明确,可能与进化与适应、组织的修复、免疫功能的增强、能量的保持与恢复、学习与记忆的巩固均有关系.新兴的睡眠医学为从睡眠疾病的角度认识睡眠的本质提供了机遇.     

大气硝酸盐中氧同位素异常研究进展

硝酸盐是大气中的主要污染物,其前体物NO_x(NO+NO_2)参与大气中多种光化学反应,可以改变大气氧化特性,有利于细颗粒物的形成,影响气候系统与人类健康.硝酸盐氧同位素异常(Δ~(17)NO_3~-)是解析大气硝酸盐生成途径的有力手段.本文对大气硝酸盐氧同位素异常的研究进展进行了综述.首先列举了测试大气硝酸盐三氧同位素(~(16)O, ~(17)O和~(18)O)的前处理方法(热解法、细菌法和化学法),并对比了全球范围内大气硝酸盐氧同位素异常的时空分布特征.其次总结了大气中硝酸盐生成的主要途径及其氧同位素质量守恒,讨论了大气硝酸盐中氧原子的可能来源及其氧同位素异常值,评估了全球及典型区域尺度上氧同位素异常的模型.最后对大气硝酸盐氧同位素异常的未来研究方向进行了展望.     

ghrelin与心血管系统稳态

ghrelin是新发现的一种胃肠多肽,具有强烈的促生长激素释放的作用。ghrelin及其受体在体内广泛表达,除具有增加摄食量及调节能量代谢的作用外,还具有抑制交感神经兴奋、抗凋亡、抗氧化、调节免疫炎症及自噬等多种组织非特异性稳态调节作用。近年研究显示,ghrelin还具有钙稳态调节、内皮保护、降血压、抗心肌缺血/再灌注损伤等心血管系统稳态调节作用。因此,ghrelin及受体后信号通路在心血管稳态维持、疾病的预防和治疗方面具有潜在的临床应用前景。     

免疫耐受的基础研究与临床应用

免疫耐受是机体免疫系统接触某—抗原后形成的特异性无应答状态,是免疫应答的一种重要类型,免疫应答和免疫耐受一直是免疫学研究的两个核心主题.免疫耐受的诱导、维持和破坏与许多临床疾病的发生、发展和转归有关.人们企图用诱导和维持免疫耐受性的方法来防治超敏反应、自身免疫病及器官移植排斥反应;对某些感染性疾病及肿瘤,则可通过消除免疫耐受,激发有效的免疫应答来促进病原体的清除及杀伤肿瘤细胞.随着对免疫耐受机理的阐明,可以用诱导免疫耐受的方法,达到定向操纵免疫应答的过程,必将为医学的进步起到重大的推动作用.     

抗氧化剂作用机制研究进展

研究发现有机体的多种疾病都与自由基对机体的氧化损伤有关.机体通过自我产生或者从外界摄取的方式获得SOD、过氧化氢酶等内源性抗氧化剂和中草药、维生素、微量元素等外源性抗氧化剂,这些抗氧化剂对自由基的损害构成了一个天然的屏障.不同的抗氧化剂清除自由基的方式不同,丹参酮等是通过直接清除自由基而起作用,过氧化氢酶等是通过转化有害自由基为无害物质的方式起作用,硒、锗等是通过与其他物质协同的方式起作用的.另外人们已经合成了BHA、BHT等多种合成抗氧化剂.了解抗氧化剂的作用机制,对于抗氧化药物的研究开发具有重要的意义.本文综述了几类具有代表性的抗氧化剂的作用机制.     

硬骨鱼类黏膜B细胞和免疫球蛋白研究进展

鱼类生存环境特殊,黏膜组织与外界水环境直接接触,极易受到水中各种病原的侵染.在长期演化过程中,鱼类形成了一套独特的黏膜免疫系统,即黏膜相关淋巴组织(mucosal-associated lymphoid tissues, MALTs),包含B细胞和免疫球蛋白(immunoglobulin, Ig)等重要的免疫细胞和效应分子,在抵御外界病原感染过程中发挥重要的功能.此外,鱼类黏膜表面定居着大量共生菌,其与黏膜免疫之间的互作共同维持了宿主的黏膜稳态平衡.类似于哺乳类和鸟类黏膜IgA,硬骨鱼类分泌型免疫球蛋白T(secretory immunoglobulin T, sIgT)能够结合到共生菌群表面发挥免疫排斥作用,在维持黏膜稳态中具有重要的功能.解析MALTs在鱼类抗感染免疫以及黏膜微生物稳态调节中的机制对鱼类免疫学乃至整个脊椎动物比较免疫学的基础研究都具有重要意义.本文就鱼类黏膜免疫系统组成、黏膜B细胞和Ig抵御病原感染的功能以及黏膜Ig与共生微生物互作等方面的研究进行了综述,并对鱼类黏膜免疫的发展前景进行了展望,旨在从黏膜免疫角度为鱼类疾病的防控提供参考依据.     

二价铁转运体IRT1的研究历程及最新进展

铁作为生物体内必需的微量元素之一,在细胞的生理生化过程中发挥着重要作用.然而铁营养不足已经严重影响到农业生产乃至威胁着人类健康.铁转运蛋白(IRT1)是植物体吸收二价铁的主要转运体,几乎存在于所有植物中,因此IRT1的研究对了解铁吸收机制和维持体内铁稳态意义重大.近10年对IRT1的研究主要分为3部分:上游转录因子响应环境铁对IRT1表达的调控,IRT1在细胞内的膜泡运输,IRT1在铁生物强化方面的应用.以此为依据,本文首先介绍了IRT1的多跨膜结构及参与金属吸收的位点;其次,总结了对IRT1表达的网络调控;然后分析了细胞水平IRT1细胞内的运输;最后,对IRT1仍有待解决的问题进行分析和展望.     

虫草素调控胞内谷胱甘肽稳态实现抗衰老的纳米电化学

衰老是所有生命体面临的一种自然现象,伴随着健康水平的下降和疾病发病率的增加.为延缓衰老过程的发生,研制新型抗衰老药物来恢复机体的抗氧化防御系统成为了研究热点.近年来,天然产物虫草素已被报道具有多种生物活性,但其抗衰老功能及相关作用机制还鲜有研究.基于此,本工作采用高时空分辨率的纳米电化学技术,原位定量监测了虫草素对单个衰老细胞内谷胱甘肽稳态的调控作用.进一步的机理研究表明,虫草素能够通过激活PI3K/Akt信号通路上调细胞内抗氧化水平,进而抑制氧化损伤,实现抗细胞衰老.本工作提出了一种新型分析策略,揭示了虫草素对于衰老过程的潜在治疗功效,为在亚细胞水平研究各种疾病的发病机制及药理学提供了新的思路.     

人造纳米颗粒呼吸系统毒性及生物效应的研究进展

随着纳米技术在全球的迅猛发展,人造纳米颗粒已经广泛应用于生物医学领域,其生物安全性成为研究者的关注热点.由于呼吸道是人造纳米颗粒进入机体的主要途径之一,纳米颗粒对机体呼吸系统的毒性和生物效应的相关研究越来越多.本文介绍了人造纳米颗粒和纳米药物在治疗呼吸系统疾病中的应用,重点归纳了几种常见人造纳米颗粒对机体呼吸系统的毒性效应和可能的毒性作用机制,阐述了影响纳米颗粒毒性的几点因素,为今后人造纳米颗粒的研究和应用提供有价值的参考.     

微量元素铜与人体健康

在人体中,微量元素虽然含量甚微,但对人体健康却具有十分重要的影响。许多研究发现,人体中必需的微量元素不足、过量和元素间比例失调都会对机体产生不良影响,导致某些疾病,危害健康甚至生命。     

基于NADH荧光的组织病理生理状态多参数在体监测与评价

组织病理生理状态的实时多参数评价, 无论在动物实验研究还是临床应用中均具有重要价值, 一直是生命科学与医学研究者们广泛关注的热点. 众所周知, 临床手术过程或重症监护病房中, 患者病理生理状态的实时监测是十分必需的. 心、脑等重要组织脏器是否处于缺血缺氧等危急状态直接关系到病人的存活与否; 早期发现术中和术后次要脏器的微循环障碍有助于提高器官移植等手术的成功率和降低术后并发症的发生率. 临床常规使用的监测指标, 如血压、心电、脉搏等, 在生命指征的实时评价中发挥了重要作用. 然而, 目前的常规指标尚不足以从分子水平反映局部组织病理生理状态的早期改变. NADH是细胞线粒体中氧化还原呼吸链上的内源性关键分子, 具有自发荧光性质, 可作为一项灵敏的内源性含氧状态指标来反映机体的代谢状态和细胞活力. 本文介绍了基于NADH自发荧光信号的细胞氧化还原状态在体监测方法, 从分子水平预警机体的活力情况, 结合微循环血流、血氧饱和度等多种生理参数的同步并行监测, 不仅可在活体动物体内进行疾病的病理生理学机制研究和新药的药效评价, 还有望应用于临床外科手术和重症监护病房, 为机体活力和生命指征的实时监护提供分子水平的动态信息. 目前, NADH荧光一维信号的获取技术发展最为成熟, 可实现从离体、活细胞、活体动物乃至临床水平的实时动态监测, 已处于临床推广应用阶段. 二维动态成像也已经发展到活体动物实验阶段. 三维成像由于受制于NADH荧光的穿透能力, 只能在冷冻组织切片上实现. 如何突破因高散射所致的荧光穿透能力受限的瓶颈, 最大限度地减少环境因素对荧光信号的干扰, 在分子水平实现组织病理生理状态的实时多参数评价, 是生物医学光子学领域面临的巨大挑战.     

人体自稳态

人体是一个复杂的和开放的巨系统,人体正常生命活动的维持,不仅需要机体内环境的恒定,还需要机体与外界自然环境和社会环境的统一协调来保证。《人体自稳态》一文以中医五行学说理论为模型,就自稳态的反馈调控、自稳态的多环控制系统,自稳态的不同层次控制系统、自稳态与社会文化等问题进行了综述。这些理论的阐述对揭示人体维持自稳态的规律性有一定意义。     

金属转运蛋白SLC39A14的代谢性功能研究进展

微量元素是维持人体生理和代谢功能的重要的营养素之一,既可参与人体生理生化功能调控,亦可作为生物大分子的组成或辅助成分,如激素和维生素有机组成.微量元素对维持机体正常生命活动具有重要意义.其中,必需微量元素是机体内不能产生或合成但又是维持生物体正常生理机能不可或缺的,如铁、锰、锌等,主要通过消化道中不同的金属转运蛋白(metal transporter)转运吸收.近年来,随着金属转运蛋白不断被鉴定与发现以及金属转运蛋白的功能研究进展,认为SLC39A14在不同组织中参与铁、锌、锰等必需微量元素转运,并且参与多种生物学功能.基于目前对金属转运蛋白在代谢性器官以及代谢性疾病中的作用机理的了解和认识,本文回顾性总结了金属转运蛋白SLC39A14在不同代谢组织器官的代谢性功能和作用机制.     

磁场对机体免疫、组织修复和纤维化形成的影响

组织的修复与再生是生物体至关重要的生物学过程,包括炎症期、增生期及重塑期3个阶段.机体免疫系统在每个阶段均发挥了重要的作用,其主要通过免疫细胞及其分泌的细胞因子协同工作,以便调节组织修复及再生.近年,随着电子设备及磁性材料的普及应用,磁场的生物学效应受到了广泛关注,且关于磁场对生物体组织修复影响的研究取得了一系列的进展.研究表明,不同类型不同强度的磁场,在多种疾病模型中能够激活机体免疫系统,通过改变巨噬细胞、间充质干细胞、髓系抑制性细胞及中性粒细胞等免疫细胞的数量、功能与表型影响组织修复的进程.相比之下,磁场对纤维化和瘢痕形成的研究较少.本文以机体免疫系统为中心,对磁场影响组织修复和纤维化的最新研究结果进行综述,以便探讨磁场在组织修复和纤维化形成中的作用,寻找利用磁场治疗疾病的新思路.     

我国科学家绘制"生命暗物质"图谱

线粒体、溶酶体、内质网等多种细胞器组成的细胞内膜系统高效支撑了机体的正常生理活动.若将单个细胞视作浩瀚宇宙,各细胞器就是宇宙星空中的点点繁星.如果要解开细胞器在重要细胞活动规律中的深邃奥秘,就需要深入解析细胞器的组分构成及其作用模式.其中,"生命暗物质"长非编码核糖核酸(LncRNA),对细胞稳态和疾病发生发挥了重要的调控作用,而对其作为细胞器组分的分布规律并参与细胞调控的研究尚少.