2016-2017年「改寫教科書」及「顛覆性」研究TOP20

近期，DNA複製與我們想象的並不同、肺部具有造血功能、DNA 聚合酶不需要引物、小腦不僅控制平衡等發現引發了大家的強烈關注和討論。本專題帶大家全面回顧2016-2017年「改寫教科書」以及「顛覆傳統認知」的20項研究。一起來看看哪些認知其實已經被刷新了吧！

1993 年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者Richard J. Roberts博士曾在一篇題為「Ten Simple Rules to Win a Nobel Prize」的文章中指出，不同於物理和化學，受進化的影響，生物學總處在變化中。這種變化性使得科學家們不斷得到了一些改寫教科書或者顛覆傳統認知的發現。

近期，DNA複製與我們想象的並不同、肺部具有造血功能、DNA 聚合酶不需要引物、小腦不僅控制平衡、高鹽食物讓你餓而不是渴等發現引發了大家的強烈關注和討論。

此前，在《2015年「改寫教科書」及「顛覆性」研究TOP10》一文中，小編曾對2015年這些顛覆性發現進行了盤點。那麼，從2016年至今，又有哪些不斷刷新我們認知的新研究呢？一起隨探索君來回顧一下吧。

1# Cell：首次親眼見證！DNA複製與我們想象的並不同

2017年6月15日，發表Cell雜誌上題為「Independentand Stochastic Action of DNA Polymerases in the Replisome」的研究中，科學家們首次觀察到了單個DNA分子的複製畫面，並且獲得了一些驚人的發現。研究稱，DNA複製的隨機性要比人們想象的要多得多。

傳統的觀點認為，DNA複製中，前導鏈和后隨鏈上的聚合酶在某種程度上是相互協調的，複製速度基本保持一致，從而保證其中一條鏈上的聚合酶不會領先於另一個。然而，這一研究證實，先導鏈和后隨鏈之間並沒有互相協調，它們完全是自主的。有時，后隨鏈合成停止了，但先導鏈的合成卻在繼續增長。

2# PNAS：第一個不需要引物的 DNA 聚合酶

2017年3月6日，發表在PNAS雜誌上題為「Deep-seavent phage DNA polymerase specifically initiates DNA synthesis in the absenceof primers」的研究發現了自然界已知的第一個不需要引物的DNA聚合酶。

3# PNAS：無需染料，DNA會自然「發光」

幾十年來，教科書上的知識表明，活細胞內的大分子（如DNA、RNA以及蛋白質）本身不會發熒光。當進行大分子成像時，需依賴於熒光染料來提高對比度。然而，2016年8月17日，發表在PNAS雜誌上題為「Superresolution intrinsic fluorescence imaging of chromatinutilizing native, unmodified nucleic acids for contrast」的研究發現，事實上，活細胞內的大分子可在自然條件下發熒光。

4# Nature子刊：為何構成生命藍圖的是DNA，而非RNA？

2016年8月1日，發表在Nature Structural & Molecular Biology雜誌上題為「m1A and m1G disrupt A-RNA structure through the intrinsicinstability of Hoogsteen base pairs」的研究首次顯示，RNA鹼基移動時整個結構會瓦解，而DNA則可以任意扭曲和改變形狀來彌補化學損傷。這也解釋了為何DNA是遺傳信息的主要儲存庫，而不是RNA。

研究人員解釋稱，DNA可以通過翻轉鹼基和形成「Hoogsteen鹼基對」來彌補DNA化學修飾帶來的損傷，但相反，若這種修飾出現在RNA中，那麼將破壞RNA的雙螺旋結構。對於該研究，杜克大學發表新聞稿稱，這個發現可能會改寫教材中關於DNA和RNA差異的描述。

5# Genetics：X、Y染色體DNA交換比預想的頻繁

2016年3月23日，發表在Genetics上題為「GeneticDiversity on the Human X Chromosome does not Support a Strict PseudoautosomalBoundary」的研究發現，X染色體與Y染色體中的DNA交換來得比想象更加頻繁。該觀點與目前的科學共識截然相反。這種雜亂的交換，有助於人們對人類歷史多樣性、健康及疾病的理解。

6# Science：無Y染色體也可繁殖後代

2016年1月29日，發表在Science雜誌上題為「Twogenes substitute for the mouse Y chromosome for spermatogenesis andreproduction」的研究表明，通過轉基因技術，可使無Y染色體的小鼠重拾生育能力。研究人員發現，利用其它染色體中的兩個基因足以恢復無Y染色體的雄性小鼠精子的形成過程，且形成的精子通過輔助生殖技術可與卵子結合併形成胚胎。

7# Nature：胎兒免疫系統與成人大不同

2017年6月14日，發表在Nature上的一篇題為「Humanfetal dendritic cells promote prenatal T-cell immune suppression througharginase-2」的論文證實，胎兒的免疫系統比先前認為的要更加活躍，且與成人免疫系統有很大的不同。

具體來說，研究發現，胎兒在母親懷孕的第13周就有了功能性的樹突狀細胞。當研究人員將胎兒樹突狀細胞添加到成人免疫細胞混合物中時，它們激活了超出正常數量的調節性T細胞。這類細胞能夠使T細胞的生產受到控制，抑制免疫反應。

此外，科學家們還發現，與成人樹突狀細胞相比，胎兒樹突狀細胞中有特有的基因被激活了。胎兒細胞產生了大量的精氨酸酶-2（arginase-2，一種分解L-精氨酸的酶）。L-精氨酸是產生TNF-α的關鍵組成部分。TNF-α會觸發一種對抗「入侵者」的狀態，即炎症。而當TNF-α數量減少時，免疫系統反應的「攻擊性」會降低。

這些發現表明，胎兒的免疫系統是完全激活的、能夠做出反應的，但同時，它也有內置的「剎車」。

8# Nature Neuroscience：科學家揭示第六種味覺，負責感知水

味蕾密集存在於舌頭表面。過去，我們認為味蕾負責感知5種基本的味覺：咸、酸、甜、苦、鮮，其它味覺由這五種綜合而成。2017年5月29日，發表在NatureNeuroscience上題為「Thecellular mechanism for water detection in the mammalian taste system」的研究表明，哺乳動物可能還存在第六種味覺，負責感知水。

9# eLife：科學家發現大腦中血管「與眾不同」

2017年4月6日，發表在eLife雜誌上題為「Purinergicregulation of vascular tone in the retrotrapezoid nucleus is specialized to supportthe drive to breathe」的研究發現，當身體其它部位的血管擴張時，腦幹中的某些血管卻在收縮。正是這些血管「相反」的行為使我們保持呼吸。

10# Nature：肺的新功能——造血

2017年3月22日，發表在Nature雜誌上題為「Thelung is a site of platelet biogenesis and a reservoir for haematopoieticprogenitors」的研究首次揭示了肺的一項先前不為人知的功能——造血（blood production）。

具體來說，利用雙光子活體成像（two-photon intravital imaging）技術，研究人員在肺部血管中意外地觀察到了數量驚人的血小板產生細胞——巨核細胞。雖然這類細胞以前也在肺部被觀察到過，但它們通常被認為主要在骨髓中「生活」，產生血小板。在肺部血管中，這些巨核細胞每小時能產生超過1000萬個血小板，這表明，超過一半的小鼠血小板的生產發生在肺部，而不是骨髓中。

11# 《柳葉刀》子刊：你的身體有了一個「新器官」

2016年11月1日，發表在The Lancet Gastroenterology & Hepatology雜誌上題為「The mesentery: structure, function, and role in disease」的研究證實，我們身體里多了一個迄今尚未被承認的新器官——腸系膜。

研究小組認為，100多年來的解剖學將腸系膜當做是一個非常複雜的、東一塊西一塊的組合結構是不正確的。2012年，他們已經證實腸系膜根本不是組合結構，也不複雜，僅僅是一個連續結構。因此，該研究改寫和更新了世界最知名的醫學教材之一《Gray』sAnatomy》中的相關描述。連接腸和軀體的腸系膜其實是一個連續的器官。

12# Royal Society Open Science：聰明的大腦是「嗜血」的大腦

過去人們一直認為，人類智力的進化只是簡單地與大腦尺寸有關。2016年8月31日發表在RoyalSociety Open Science上題為「Fossilskulls reveal that blood flow rate to the brain increased faster than brainvolume during human evolution」的研究發現，人類智力的進化與大腦血液供應的關係更加密切。在進化過程中，人類大腦尺寸增加了350%，但驚人的是，大腦血流量增加了600%。研究人員認為，大腦血流量增加可能也是為了滿足神經細胞間的連接需求。智力越高，大腦越需要不斷地從血液中吸取氧氣和營養物質。

13# BJSM：飽和脂肪並不是心血管疾病的「罪魁禍首」

先前，大家普遍認為飲食中的飽和脂肪會阻塞動脈並導致冠心病。然而，2017年4月25日發表於BritishJournal of Sports Medicine上題為「Saturatedfat does not clog the arteries: coronary heart disease is a chronicinflammatory condition, the risk of which can be effectively reduced fromhealthy lifestyle interventions」的一篇文章卻提出了相反的觀點。研究人員認為，飽和脂肪阻塞動脈這個概念完全是錯誤的。

該研究小組引用的綜述顯示，飽和脂肪攝入與心臟病風險升高無關。預防動脈粥樣硬化的發展確實十分重要，但是動脈粥樣硬化血栓形成才是真正的殺手，而非飽和脂肪本身。作者們表示，預防和治療冠狀動脈疾病不應該著重於降低血液脂肪和飲食飽和脂肪，而應該強調吃「真正的食物」，定期鍛煉和盡量減輕壓力。

14# 2篇JCI：高鹽食物，讓你餓，而不是渴

通常，我們認為含鹽量高的食物會讓我們口渴，需要補充更多的水分。2017年4月17日，發表在Journalof Clinical Investigation上的兩篇論文卻表明，事實並非如此。通過模擬太空飛行，科學家們意外發現：攝取高鹽食物會減少喝水量，同時，它會增加飢餓感。（論文一標題：Increased salt consumption induces body water conservation anddecreases fluid intake；論文二標題：Highsalt intake reprioritizes osmolyte and energy metabolism for body fluidconservation）。

15# The Lancet：低鹽飲食不利健康

人們通常認為，高鹽飲食容易導致一些健康問題的發生，低鹽飲食、水果、運動、低脂肪飲食等有利於身體健康。然而，2016年5月20日，發表在TheLancet雜誌上題為「Associationsof urinary sodium excretion with cardiovascular events in individuals with andwithout hypertension: a pooled analysis of data from four studies」的研究表明，低鹽飲食對心臟健康不利，顛覆了傳統認知。

研究綜合了四項關於鈉攝入量和心臟健康的研究，共涉及了49個國家的133000名志願者。結果發現，對於無高血壓人群，低鹽飲食會增加26%的心臟病或中風風險；對於高血壓人群，低鹽飲食增加34%的心臟病或中風風險，而高鹽飲食增加23%的心臟病或中風風險。此外，對於血壓正常的人群，過量攝入食鹽不會增加高血壓的風險。

16# Cell：細胞內的核糖體不盡相同

很多科學家認為，核糖體這一生成蛋白質的關鍵車間都是相同的。它們中的每一個都可以生成機體所需要的任何一種蛋白質。然而，2017年6月1日，發表在Cell雜誌題為「The Mammalian Ribo-interactome Reveals Ribosome FunctionalDiversity and Heterogeneity」的研究卻提出了不一樣的結論：一些核糖體存在異質性，他們生產的蛋白質很固定。這些定製的核糖體能夠協助細胞控制蛋白質的表達，也可以幫助解釋一些罕見的疾病癥狀——可能與特定的核糖體缺陷有關。

17# Cell子刊：首次發現無線粒體的真核生物

缺乏線粒體人類將無法存活，線粒體為大部分人類細胞提供能量，且長期以來被認為是其它真核生物包括動物、植物、真菌及微生物不可少的細胞器。然而，2016年5月12日，發表在CurrentBiology上題為「AEukaryote without a Mitochondrial Organelle」的研究揭示了首個沒有線粒體的真核生物，表明了真核生物生命進化分支比預想的要複雜得多。

18# Nature：白血病細胞不靠「躲」，而靠「跑得快」

白血病是一種血液癌症，死亡率非常高。這部分是因為它具有較高的複發率，一些癌細胞能夠從最初的治療中倖存下來。然而，對於究竟這些耐葯細胞是如何躲過最初的化療，並倖存下來的，目前尚不清楚。一個比較流行的理論是，它們躲在骨髓特殊的微環境（niches）中。

2016年10月17日，發表在Nature上題為「T-cellacute leukaemia exhibits dynamic interactions with bone marrowmicroenvironments」的一項研究揭示出，某些白血病細胞並不是通過「躲起來」實現自保。相反，讓研究人員吃驚的是，在治療前和治療后，這些細胞都分散在小鼠的骨髓中，並且，他們會快速地到處移動。

19# Neuro-Oncology：癌細胞的首選能源或為脂肪

幾十年來，人們認為糖是腦腫瘤細胞的主要能量來源。然而，2016年6月29日，發表在Neuro-Oncology雜誌上題為「Fatty acid oxidation is required for the respiration andproliferation of malignant glioma cells 」的研究發現，腦腫瘤以脂肪作為首選能源，顛覆了長期認識。

研究人員利用膠質瘤患者手術后捐贈的腫瘤組織以及小鼠模型進行研究，並給試驗對象注射了脂肪酸氧化抑製劑----乙莫克舍（etomoxir）。結果發現，該藥物可以減緩腫瘤的生長，中位生存期延長了17%。近年來，多數科學家將餓死癌細胞聚焦在糖的供應上，如果該研究得到證實，那麼未來癌症治療或將被改變。

20# Science：不止幹細胞具有自我更新能力

當我們的器官老化或損傷時，它們的更新通常依賴於組織中少量的幹細胞，因為絕大多數分化細胞都喪失了分裂及生成新細胞的能力。2016年1月12日，發表在Science雜誌上題為「Lineage-specific enhancers activate self-renewal genes inmacrophages and embryonic stem cells」的研究發現，一種特殊的免疫細胞——人類巨噬細胞幾乎能無限分裂與自我更新。科學家們還證實，巨噬細胞是通過激活與胚胎幹細胞中相似的基因網路來做到這一點的。