4篇Nature子刊、Angew、Anal. Chem等成果速递 | 纳米生物日报20191218

1. Angew：二维硒化锡纳米片能够模拟细胞代谢中的脱氢酶

脱氢酶在细胞代谢的三羧酸(TCA)循环中发挥着重要的作用，因此其在生物医学领域也有着广泛的应用，但重组型脱氢酶往往具有稳定性差、成本高等亟待克服的缺点。有鉴于此，江西师范大学高兴发教授和苏州大学李瑞宾教授合作发现二维SnSe纳米片能够模拟天然脱氢酶的活性，从而有效地催化1-(R)-2-(R')-乙醇基的氢转移。

与乳酸脱氢酶(LDH)等天然脱氢酶不同的是，SnSe对反应条件的变化(如pH、温度和有机溶剂)有着极强的耐受性，并具有很好的可重复利用的性能。结构-活性分析表明， SnSe所具有的单原子结构、Sn空位和结合氢的亲和力是其具有催化活性的主要原因。

Meng Gao, Zhenzhen Wang, Xingfa Gao, Ruibin Li. et al. Two-dimension tin selenide (SnSe) nanosheets capable of mimicking key dehydrogenases in cellular metabolism. Angewandte Chemie International Edition. 2019

DOI: 10.1002/anie.201913035

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201913035

2. Small：门控介孔二氧化硅作为药物载体的体内应用新进展

杂化材料领域中一个吸引人的概念是门控材料的设计。这些材料的制备方式是：在外部刺激的作用下，化学或生化物质从多孔载体的空隙释放到溶液中。

这类门控材料主要由两个亚基组成：i）多孔无机支架，用于存储货物；ii）某些分子或超分子实体，嫁接在外表面上，可以控制从孔内部传输的质量。基于这一概念，在过去十年中开发了许多示例。因此，巴仑西亚理工大学Ramón Martínez‐Máñez等人对2016年至今用于体内模型药物递送应用的门控材料进行了全面综述。

García‐Fernández, A., Aznar, E., Martínez‐Máñez, R., Sancenón, F., New Advances in In Vivo Applications of Gated Mesoporous Silica as Drug Delivery Nanocarriers. Small 2019, 1902242.

https://doi.org/10.1002/smll.201902242

3. Nanoscale. Horiz：单层硼掺杂石墨烯量子点用于体内T1加权MRI

钆(Gd)基螯合物由于具有高灵敏度和对比增强的性能，被广泛用作于磁共振成像(MRI)的临床T1造影剂。然而，由于这些造影剂在体内会产生金属离子的毒性，它们在医学上的应用也受到了一定的限制。有鉴于此，华盛顿大学张米琴教授团队制备了一种单层硼掺杂的石墨烯量子点(SL-BGQD)。SL-BGQD在对主要的体内器官(肾脏、肝脏、脾脏以及血管)成像时具有更高的正向增强效果。

研究的结果表明，SL-BQGD能够绕过血脑屏障，并在被单次注射后可以持续进行至少一个小时的成像。血液学和组织病理学分析则表明，SLBGQD对野生型小鼠基本没有毒副作用，因此，它也有望成为一种更加安全高效、临床可用的MRI造影剂。

Hui Wang, Richard Revia, Miqin Zhang. et al. Single-layer boron-doped graphene quantum dots for contrastenhanced in vivo T1-weighted MRI. Nanoscale Horizons. 2019

DOI:10.1039/C9NH00608G

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/nh/c9nh00608g#!divAbstract

4. Anal. Chem：双光子激发的红光发射纳米荧光探针用于细胞内pH成像

湖南大学李继山博士团队制备了一种双光子激发的、红光发射的比率pH纳米传感器，它是由对pH敏感的双光子染料和Tm3+掺杂的上转换纳米粒子(UCNP)组成的。

研究发现，染料和UCNP的荧光发射峰比值(I610 / I810)会对pH值4.0到6.5的变化做出线性响应，并且该响应的灵敏度也很高。实验结果表明，该纳米探针会选择性地积累在细胞的溶酶体中,因此它很适用于对溶酶体内的pH值进行传感检测，并能被成功地应用于对活细胞和组织细胞内的pH值变化进行成像。

Ningning Wang, Xinyan Yu, Jishan Li. et al. Two-Photon Excitation/Red Emission, Ratiometric Fluorescent Nanoprobe for Intracellular pH Imaging. Analytical Chemistry. 2019

DOI: 10.1021/acs.analchem.9b04782

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.9b04782

5. Anal. Chem：微环境响应型小分子探针营业检测肺纤维化

肺纤维化(PF)是一种致死性疾病，其发病率也在逐年不断上升。对PF进行早期的诊断可以有效改善预后，但这在目前仍是一个不小的难题。已有研究表明，一氧化氮(NO)水平的上调是PF的典型微环境特征，中科院上海药物研究所臧奕研究员和浙江大学李新博士合作制备了一种小分子探针PNO1，它能利用荧光的手段对这种微环境特征进行检测，进行用于PF的诊断。

实验结果表明，PNO1的荧光在PF病变小鼠肺中会比正常对照组高6倍。而除了在体内的应用之外，PNO1还可以在体外用于检测PF病变的细胞和临床患者的PF病变组织。

Ying Dong, Xiao-Rong Li, Qi Chen, Yi Zang, Xin Li. et al. Microenvironment-Responsive Small-Molecule Probe for Pulmonary Fibrosis Detection. Analytical Chemistry. 2019

DOI: 10.1021/acs.analchem.9b02264

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.9b02264

6. Nature Commun：Rap1调节造血干细胞的存活进而影响肿瘤的发生和化疗响应

新加坡A-STAR研究所Vinay Tergaonkar团队利用Rap1缺失小鼠模型证明了哺乳动物的Rap1在影响造血干细胞存活、肿瘤发生和化疗响应中发挥着重要的作用。

实验结果发现，RAP1会与DNA损伤响应(DDR)通路的许多“成员”发生相互作用。而缺失了RAP1的细胞的XRCC4/DNA连接酶IV和DNA- PK之间的相互作用会减弱，并且细胞会在DNA连接酶IV向受损染色质“募集”的过程中受到损伤。与RAP1在DNA损伤修复中的作用相一致的是，RAP1缺失后会在体内通过NHEJ来减少对断裂双链修复，从而减少了B细胞类别转换的重组。最后该研究也发现，RAP1的水平可以成功地用于对乳腺癌和结肠癌的化疗结果进行预测。

Ekta Khattar, Vinay Tergaonkar. et al. Rap1 regulates hematopoietic stem cell survival and affects oncogenesis and response to chemotherapy. Nature Communications. 2019

https://www.nature.com/articles/s41467-019-13082-9

7. Nature Rev. Cancer：衰老的体内微环境对肿瘤发展的影响

已有数据表明，癌症在60岁以上的人群中发病率较高。而随着世界人口寿命的延长，癌症也正成为一个严峻的公共卫生问题。费城威斯达研究所Ashani T. Weeraratna团队综述讨论了衰老的体内微环境在促进肿瘤发展中的作用。

介绍了人体衰老过程中正常细胞和分子所发生的变化（包括细胞外基质的生物物理变化、分泌因子的变化和免疫系统的变化等）以及这些变化对肿瘤的发展和治疗响应的影响。值得注意的是，在临床前研究中，衰老的体内微环境对治疗响应的影响往往都被忽略了，大多数的研究都是以8周大的小鼠为模型进行实验，而不是以与疾病相匹配的 “老年”小鼠作为研究的模型，这一因素也与许多成果的临床转化失败密切相关。

Mitchell Fane, Ashani T. Weeraratna. et al. How the ageing microenvironment influences tumour progression. Nature Reviews Cancer. 2019

https://www.nature.com/articles/s41568-019-0222-9

8. Nature Biotechnology：工业毕赤酵母由异养型转化为能利用CO2上生长的自养型

甲基营养型酵母——巴斯德毕赤酵母，被广泛用于工业酶和药物的生产。像大多数生物技术生产宿主一样，巴斯德毕赤酵母是异养的，生长在有机原料上，这些原料在食品和动物饲料的生产中具有竞争性用途。近日，奥地利自然资源与生命科学大学Diethard Mattanovich的研究小组将工业毕赤酵母由异养型转化为能够利用CO2生长的自养型生物。

为朝着更具可持续性的工业过程迈进，研究人员报道了巴斯德毕赤酵母转化为依靠二氧化碳生长的自养生物。通过添加8个异源基因和3个天然基因的缺失，研究人员将巴斯德毕赤酵母的过氧化物酶体甲醇同化途径改造成类似于Calvin–Benson–Bassham循环（主要的天然CO2固定途径）的CO2固定途径。这个菌株能够以0.008 h-1的µmax将CO2作为唯一碳源持续生长。通过适应性实验室进化，特定的生长速率进一步提高至0.018 h-1。这种工程化的巴斯德毕赤酵母菌株可以通过减少温室气体CO2以及避免在食品生产中的其他用途的有机原料的使用来提高可持续性。

Thomas Gassler, Michael Sauer, Brigitte Gasser, et al. The industrial yeast Pichia pastoris is converted from a heterotroph into an autotroph capable of growth on CO2. Nature Biotechnology, 2019.

DOI: 10.1038/s41587-019-0363-0

https://www.nature.com/articles/s41587-019-0363-0

9. Nature Genetics：揭示早期胚胎多能性谱系独特染色质状态

着床后，上胚层（Epi）从初始过渡到活化的多能性，然后产生了三个胚层。在这个发育窗口期间如何重新塑造染色质仍然知之甚少。近日，清华大学颉伟的研究小组利用原肠运动的表观基因组分析揭示了活化多能性的独特染色质状态。

在此期间，研究人员对染色质景观进行了全基因组研究。研究人员发现外胚层中的增强子已经在胚胎第6.5天（E6.5）Epi进入活化的多能状态时就已经预可及。出乎意料的是，组蛋白H3在赖氨酸4（H3K4me3）处的强三甲基化作用出现在E6.5 Epi的发育基因启动子上，并与H3K27me3正相关，从而建立了双价性。这些基因还显示出增强的空间相互作用。在着床前的胚胎中实际上不存在强的双价性和空间聚类，并且在命运决定的世系中明显减少。

最后，研究人员表明KMT2B对于在E6.5处建立二价H3K4me3是必不可少的，但稍后将一定程度上可有可无。它的缺乏导致发育基因的激活受损和随后的胚胎致死性。因此，这些数据表征了谱系特异性染色质重塑以及活化多能性的独特染色质状态。

Yunlong Xiang, Yu Zhang, Qianhua Xu, et al. Epigenomic analysis of gastrulation identifies a unique chromatin state for primed pluripotency. Nature Genetics, 2019.

DOI: 10.1038/s41588-019-0545-1

https://www.nature.com/articles/s41588-019-0545-1

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