生物·医药

日本脑炎病毒（JEV）是一种蚊子传播的黄病毒，由它导致的传染病我们称之为乙型脑炎，我国是这种传染病的高发国家之一。但是，仅有很小一部分JEV 感染的个人会引起症状，发展成严重的脑炎，由此可见由于宿主本身的不同，引致了其对JEV 的不同易感性。其感染后的临床疾病症状各异，包括非特异性发热，脑炎，甚至死亡，其中每250例感染患者中有1例会导致最终死亡。为何人群中对日本脑炎病毒具有不同的易感性的原因尚未可知。在感染病患中的低病毒血症为在JEV感染初期的诊断带来了困难。

实验室小鼠感染日本脑炎病毒后所产生的临床症状与人相似，因而其被用于研究日本脑炎病毒。中科院上海巴斯德研究所王恺博士在杜文圣研究员（Vincent Deubel）的指导下，通过对不同品系小鼠体内感染JEV，深入研究发现，这些小鼠体内并未有明显的病毒或宿主天然免疫标记，以区分高/低易感性小鼠。然而，在低易感性小鼠（DBA/2）中，可以引发更早更高水平的中和性抗体，可能一定程度上阻止了JEV入侵大脑。另外，在骨髓来源地巨噬细胞及树突状细胞上也呈现了更低的JEV感染率。提示这些差异可能是导致部分保护低易感性小鼠免遭JEV入侵神经的一种生物学因素。该研究结果发表在2011年9月16日的PLoSONE杂志上。

日前出版的Nature 杂志对2010年进行了回顾： 2010 Review of the Year，评点了2010年的科技进展，科技政策以及重要人物。其中Nature Methods 也盘点了年度技术，选出了2010年最受关注的技术成果：光遗传学（optogenetic）工具。

方法技术从来都是科学进步的推动力，在生命科学领域更是如此，去年Nature Methods 将这一殊荣颁给了iPS技术，原因是专家们认为iPS技术给生命科学领域带来的影响是十分深远的。而今年 Nature Methods 将年度技术颁给了光遗传学技术，理由是认为这一技术工具在神经科学，以及细胞生物学信号通路研究方面具有革命性的促进作用。

光遗传学是由斯坦福大学的研究人员开始用于研究小鼠大脑的，他们将这项技术称之为Optogenetics（optical stimulation plus genetic engineering 光刺激基因工程/光遗传学），这个技术的关键是：科学家们必须事前向小白鼠体内注射一种植物基因，这种基因能够对不同颜色光的刺激作出敏感的反应，还能通过自生特性感染类似的细胞。

2009年，研究人员就利用这种光控技术选择并打开了某种生物的一类细胞。这也帮助科学家解答一个长期存在的难题，即关于脊髓中某类神经元的特殊功能的研究。他们在清醒的斑马鱼幼虫的这些细胞中靶向插入光敏开关，结果发现这些细胞产生了突发的游泳行为—幼虫典型的周期性摆尾。

使用这些光遗传学（optogenetic）工具，能够激活清醒哺乳动物的单一神经元，并直接演示神经元激活表现出的行为结果。该光遗传学方法使得研究人员能够获得关于脊髓回路的一些重要信息。

研究人员介绍说，该研究使用的新技术可以推广到所有类型的神经细胞，比如大脑的嗅觉，视觉，触觉，听觉细胞等。光遗传学开辟了一个新的让人激动的研究领域，可以挑选出一种类型的细胞然后发现其功能。

在光遗传学试验中，研究人员能够在感兴趣的能调控电信号的靶细胞上表达来自视蛋白的光学门控离子通道（light-gated ion channels），比如视紫红质通道蛋白2（channelrhodopsin-2，ChR2）和嗜盐菌紫质（halorhodopsin）一类的视蛋白都已经成为了神经生物学实验室中的常用蛋白。科学家可以分别利用蓝光和红光来激活（去极化）或抑制（超极化）一系列的经过遗传改造的神经元细胞。但是和其它任何一种生物研究工具一样，这些视蛋白也不是十全十美，因此科学家又开始寻找新一代的光遗传学工具。

今年光遗传学技术也发展了一些新工具，研究人员希望能够通过这些新方法研究神经元细胞相互之间是如何形成功能的，以及通过控制着神经元细胞内部或者之间电信号的开关，达到神经修复的作用。

比如来自德国柏林洪堡大学的研究人员构建了一个新型的ChR2蛋白——ChETA，这种蛋白最引人注目的特点之一就是它能以40 Hz的频率（又名γ振荡）刺激神经元细胞，这是ChR2蛋白做不到的。研究人员发现，高频振荡对于大脑功能来说可能更为重要，ChETA蛋白来的正是时候。他们在快速放电大脑皮质小白蛋白中间神经元细胞（fast-spiking cortical parvalbumin interneurons）上表达ChETA蛋白，结果发现ChETA蛋白能够增强细胞对广泛频率范围2毫秒光波刺激信号的反应性。

这种新工具可能会促进神经药物治疗领域的发展，如果将这个概念延展到酶学领域，那么是否能够通过光线控制基因表达呢？如果真是这样，那么就能将光遗传学技术拓展到细胞生物学或者细胞发育等研究领域了。

使用这些光遗传学工具，能够激活清醒哺乳动物的单一神经元，并直接演示神经元激活表现出的行为结果。光遗传学方法使得研究人员能够获得关于脊髓回路的一些重要信息。光遗传学研究使用的新技术可以推广到所有类型的神经细胞，比如大脑的嗅觉，视觉，触觉，听觉细胞等。光遗传学开辟了一个新的让人激动的研究领域，可以挑选出一种类型的细胞然后发现其功能。在未来几年里光遗传学工具的发展还将继续下去，而这些工具也必将被应用到更为广阔的领域。

    尽管目前科学界做了不少努力，来降低PCR技术和仪器的规格、价格和升降温时间，但现有的热循环仪及微流体平台还是无法同时满足这三方面。对此，国立台湾大学和国立屏东科技大学的一些研究人员借助自然对流开发出更为简化的DNA扩增平台。国立台湾大学临床医学研究所的陈教授（Pei-Jer Chen）表示，他们的自然对流（natural convection）PCR理念来源于日常生活中的煮开水。陈教授及其同事开发出的新PCR系统只利用了一个毛细管和一个等温加热元件，完全摒弃了复杂的通道、泵及昂贵的热循环仪。

    自然对流是没有外界驱动力但流体依然存在运动的情况，引起这种对流的内在力量是温度差或者（组分的）浓度差。自然对流也能应用于DNA扩增。当样品中的试剂受自然对流驱动，重复通过三个不同的温度区带时，样品就有可能开展PCR循环的三个步骤：变性、退火和延伸。使用这种平台，就不再需要精密且昂贵的热循环仪。然而，目前的对流PCR系统使用两个以上独立的温度控制器以及复杂的管型设计。而且，某些操作还需要一定的熟练程度，比如试剂上样到细细的管中，还不能有气泡。

    陈教授他们开发出一种新型的毛细管对流PCR平台（CCPCR），其中毛细管固定在一个温度为95°C的加热器上。不断加热的毛细管底座驱动样品的最低部分上升，同时让模板变性。当此部分样品上升时，它的温度降低，因为周围空气的冷却。当样品到达管顶部的低温区带时，它经历退火和延伸。如此这般，通过自然对流实现PCR循环。

    毕竟这是一个完全不同于传统PCR仪的平台，引物和扩增子的设计也有所不同。研究人员认为，除了Tm（引物的熔解温度）外，Td（扩增子的变性温度）也很重要。对于CCPCR，设计规则应为Tm高，Td低。研究小组成功在30分钟内从三个病毒基因组中扩增出DNA序列，扩增子长度≤500 bp，每个反应的灵敏度为30个拷贝。研究人员们也曾担心过室温对CCPCR的影响，因为该平台使用室温作为冷却机制。在他们的试验中，CCPCR在4°C的冰箱及33°C的孵育器中都能成功开展，不过当室温超过38°C时，PCR反应还是失败了。因此，CCPCR只适合一般的室温操作，非常热的地方则不使用。对流PCR有望应用在疾病爆发和传播的监控上。为了让费用更低，且操作尽可能简单，陈教授和他的团队正在研究其他的加热装置，比如平板，方便的动力源以及简单的读取方法。

Rapid DNA amplification in a capillary tube by natural convection with a single isothermal heater

 Wen Pin Chou1, Ping Hei Chen1, Ming Miao2, Long Sheng Kuo1, Shiou Hwei Yeh3, and Pei Jer Chen4

1Department of Mechanical Engineering, National Taiwan University, Taipei, Taiwan
2Department of Materials Engineering, National Pingtung University of Science and Technology, Pingtung, Taiwan
3Graduate Institute of Microbiology, National Taiwan University, Taipei, Taiwan
4Graduate Institute of Clinical Medicine, National Taiwan University, Taipei,Taiwan

Herein we describe a simple platform for rapid DNA amplification using convection. Capillary convective PCR (CCPCR) heats the bottom of a capillary tube using a dry bath maintained at a fixed temperature of 95°C. The tube is then cooled by the surrounding air, creating a temperature gradient in which a sample can undergo PCR amplification by natural convection through reagent circulation. We demonstrate that altering the melting temperature of the primers relative to the lowest temperature in the tube affects amplification efficiency; adjusting the denaturation temperature of the amplicon relative to the highest temperature in the tube affects maximum amplicon size, with amplicon lengths of ≤500 bp possible. Based on these criteria, we successfully amplified DNA sequences from three different viral genomes in 30 min using CCPCR, with a sensitivity of ~30 copies per reaction.

    作为“三高”之一的高血脂，表现为高胆固醇血症和/或高甘油三酯血症。高胆固醇是导致动脉粥样硬化症、冠心病和脑中风的主要病因；而高甘油三酯则与肥胖症、II型糖尿病的发生密切相关。中科院上海生科院生化与细胞所的宋保亮研究组发现一种全新作用机制的降脂化合物—白桦酯醇，它能够抑制胆固醇和甘油三酯合成，有效预防肥胖症、动脉粥样硬化症和II型糖尿病。该研究成果发表在2011年1月5日出版的国际知名学术期刊《细胞代谢》（Cell Metabolism）上。

    长期基础研究发现SREBP是一类非常重要的转录因子，它激活胆固醇、脂肪酸和甘油三酯等脂质的生物合成过程。宋保亮领导的研究组经过高通量筛选，发现白桦酯醇是SREBP途径的特异性抑制剂，它通过阻断SREBP途径，减少胆固醇、脂肪酸和甘油三酯等脂质合成。在动物水平上，白桦酯醇显著降低脂质水平，预防肥胖症，提高胰岛素敏感性，对II型糖尿病和动脉粥样硬化症有良好疗效。

    作为一种全新作用机制的降脂化合物，白桦酯醇与临床广泛应用的一线降胆固醇药物（如：洛伐他汀）相比，表现出相似甚至更好的疗效，如：白桦酯醇和洛伐他汀均能有效降低胆固醇水平，但白桦酯醇能更显著地降低脂肪酸和甘油三酯水平，对II型糖尿病的效果更明显。此外，白桦酯醇在白桦树皮中含量丰富，提纯工艺成熟，这些特点使得白桦酯醇具有较好的研发前景。这项研究的意义在于：证明SREBP途径可以作为研发降脂药物的靶点，所发现的活性化合物白桦酯醇可以作为相关药物研发的先导化合物。