【科创热榜前沿科技周报】-11期转贴

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前沿科技盘点〔11〕｜肿瘤免疫治疗潜在靶点被发现、中科大实现基于里德堡超原子的多光子纠缠、大连化物所研制出3D打印钠离子微型电池 原文链接：https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/zt ... 0230627_125819.html

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• 里德堡超原子
• 多光子纠缠
• 促甲状腺激素
• 钠离子微型电池
  

编者按：

汇聚中科院、工程院、医科院、农科院、985高校及新型研发机构等近200家科研院所、单位发布的研究成果，通过多源动态提取信息因子，按领域维度、期刊级别、创新载体、学者信息、时间梯度等多维度权重，经人工智能计算分析，国际科技创新中心网络服务平台开发了“科创热榜”的推荐榜单。

基于国际科技创新中心网络服务平台（www.ncsti.gov.cn）科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，我们为大家带来第十一期。

本周，生命科学领域取得了一系列重要进展：科学家首次阐明了自身免疫性甲亢甲减的分子机制，为相关疾病小分子药物的开发提供了结构依据；科学家研究了下丘脑-垂体轴在肿瘤免疫中的作用，并找出一个潜在的肿瘤免疫治疗新靶点。此外，基于里德堡超原子的多光子纠缠首次实现、3D打印钠离子微型电池成为现实……

1.《Nature》｜科学家揭秘自身免疫性甲亢甲减的分子机制

TSHR在体内介导的生理及病理过程

近年来，甲状腺相关疾病的发病率逐年上升。甲状腺的主要生理功能是分泌甲状腺素调控机体能量代谢，而这一功能的实现依赖甲状腺细胞表面的促甲状腺素受体（TSHR）感知垂体细胞分泌的促甲状腺激素（TSH）信号，然而，TSH如何作用于TSHR引发甲状腺素分泌的分子机制尚不明确。

来自中科院上海药物所和北京协和的研究团队，采用单颗粒冷冻电镜技术，分别对TSH激活TSHR形成的Gs复合物、人源激活型抗体M22激活TSHR形成的Gs复合物以及人源抑制型抗体结合的TSHR进行结构重塑，首次揭示了TSH与TSHR相互作用的细节模式，阐明了决定TSH和TSHR特异性识别的关键氨基酸残基，解析了TSH激活TSHR的分子机制，为临床开发用于治疗甲状腺相关疾病的抗体或小分子药物提供了结构依据。

2.《Science》｜肿瘤免疫治疗潜在靶点被发现

课题组供图

流行病学研究发现抑郁、焦虑等负面情绪会加速肿瘤的发展并削弱肿瘤免疫治疗的效果，这表明神经系统及其介导的应激反应在肿瘤生长和免疫调控中发挥重要作用。下丘脑-垂体轴是神经内分泌系统的重要组成部分，可能参与调节肿瘤免疫，但其发生作用的内在机制尚不清楚。

中科大研究团队通过构建不同的肿瘤模型来研究下丘脑-垂体轴在肿瘤免疫中的作用，发现荷瘤小鼠血清中α-MSH浓度显著升高，与此同时，荷瘤小鼠下丘脑室旁核神经元被激活，并且垂体中叶负责编码α-MSH合成的蛋白POMC的表达也显著增强。

进一步研究表明，敲低垂体Pomc表达能够增强抗肿瘤免疫能力，同时抑制髓系造血和肿瘤相关髓系细胞的聚集。通过构建Mc5r全身或条件型缺陷小鼠进行荷瘤实验，研究人员发现Mc5r缺陷可以显著地增强抗肿瘤免疫、抑制不同类型肿瘤的发生发展，并抑制肿瘤诱导的髓系造血。

研究表明MC5R可以作为一个潜在的肿瘤免疫治疗新靶点。

3.《自然—光子学》｜中科大实现基于里德堡超原子的多光子纠缠

实验方案示意图

多光子纠缠在量子计算、量子通信以及量子精密测量中有重要应用。顺序生成多个关联单光子是制备多光子纠缠的一种重要途径，以往实验已在量子点等体系实现该方案的原理性演示，然而在光子数的可拓展性上并未超越传统参量下转换实验。里德堡超原子同时具有单原子体系与原子系综体系的双重优点，在光子接口、纠缠制备等方面具有优势，因此进入科学家的研究视野。

为实现基于里德堡超原子的多光子纠缠制备，中科大潘建伟、包小辉研究组近年来发展了超原子与光腔的耦合技术，为里德堡超原子构建了高效单光子接口。以此为基础，研究组利用两个里德堡态间的相互作用，并采用交替读出方式，成功地制备了三至六光子GHZ纠缠，每增加一个光子的概率为27%，优于以往多光子纠缠实验。

研究为后续生成更多光子纠缠并应用于单向量子中继以及单向量子计算等任务奠定了基础。

4.《神经元》｜机械力受体Piezo1在中枢神经系统机械力感知中发挥重要功能

星形胶质细胞Piezo介导机械信号转导调节大脑结构与功能的模式图

研究者推测，星形胶质细胞能够利用Piezo精细的机械敏感特性感知大脑微环境中微弱的机械信号，从而参与大脑活动。然而，定位于细胞膜中的Piezo通道是如何感知大脑内在细微机械力的刺激？

清华大学药学院肖百龙课题组通过长期研究对这一问题给予了解答。根据力的感知机制和曲率形变特性，课题组计算发现，Piezo1通道从弯曲到平展状态，最大半激活膜张力值与电生理测量值接近。Piezo1能够对各种形式的机械刺激作出反应，包括戳、拉伸、剪切力、基底硬度，以及内源性的细胞牵拉力。因此，Piezo1通道可以响应纳米尺度的曲率形变去探测皮牛尺度的力，成为一类低能耗的超敏机械力感受器。

课题组通过一系列实验，揭示了Piezo1将机械信号转换成化学信号，通过影响ATP释放参与调节海马成体神经发生和认知功能的重要作用，为机械信号转导参与调控大脑组织稳态提供了证据。

5.《先进材料》｜大连化物所研制出3D打印钠离子微型电池

3D打印钠离子微型电池

平面钠离子微型电池由于钠资源丰富、成本低且钠离子传输较快等优势，被认为是一种有前景的新型微功率源，然而目前通用的制备技术尚不理想，亟需发展一种高效可行的策略实现高性能钠离子微型电池的构筑。

最近，中科院大连化物所通过3D打印构建出高面积比容量、高倍率平面钠离子微型电池。团队通过制备具有适当粘度和流变特性的3D打印电极油墨，3D打印厚电极，具有三维多孔导电框架结构，促进了离子传输动力学速率，降低了厚电极中的电子传输距离，有效地提高了钠离子微型电池的电化学性能。所制备的钠离子微型电池在低电流密度时表现出高面容量和高面能量密度，在高电流密度时仍具有较高面容量以及6000圈的长循环稳定性。此外，该钠离子微型电池表还现出优异的机械柔性。

6.《Nature》｜蜕皮动物体构起源研究取得重要进展

国际联合研究团队对陕南寒武系幸运阶（约5.35亿年前）的微体化石皱囊虫化石进行了深入研究

皱囊虫是毫米大小的两侧对称动物，具有囊形的身体和末端的开口，围绕口发育了辐射状皱褶，辐射对称排列的具刺突起。被解释为最早的后口动物。支持皱囊虫为后口动物的关键特征是化石中的“鳃孔”结构，被认为是后口动物的原始特征之一。

一个包括中科院、长安大学在内的国际联合研究团队基于更多更完整的化石标本，对皱囊虫展开进一步研究，认为曾被解释为“鳃孔”的结构，很可能是封闭的具刺骨板在化石化过程中磨损形成的孔状结构。皱囊虫的一些关键特征，比如发育表皮又叫角质层、上皮不具纤毛、末端的口和环口的辐射对称排列的结构，表明它和蜕皮动物有更近的亲缘关系，因此皱囊虫更可能是蜕皮动物而不是后口动物。

蜕皮动物是原口动物的一个分支，包括环神经动物和泛节肢动物。蜕皮动物一般具有“蠕形”体构，它们的最晚共同祖先可能也是蠕形的。皱囊虫的“囊形”体构明显有别于其它蜕皮动物的“蠕形”体构，这表明“蠕形”并不是蜕皮动物唯一的体构类型，蜕皮动物最晚共同祖先也可能并非蠕形。

7.《自然•通讯》｜全球陆地碳汇年际变化机制

北半球陆地净生态系统碳交换量（NEE）对春、夏季温度变化响应的空间分布。正值表示升温抑制陆地碳汇，负值表示升温促进陆地碳汇

陆地生态系统从大气中吸收大量二氧化碳，是一个重要碳汇。陆地碳汇受水分和温度等因子共同影响。但是，到底哪个因子主导了全球陆地碳汇年际变化？学术界争论已久，尚无定论。

北大朴世龙院士团队结合大气反演法、生态系统碳循环模型和机器学习模型等三种方法，系统探讨了全球陆地碳汇年际变化机制。研究发现，揭示年际尺度全球陆地碳汇变化规律，既要关注早期研究注重的热带地区，还要关注北半球地区，尤其是北半球陆地碳汇对温度变化响应的季节性差异。在北半球大部分地区，春季变暖促进陆地碳汇，夏季变暖抑制陆地碳汇，二者相互抵消，导致统计结果显示，年际尺度全球陆地碳汇变化的主导因子并非温度，而是水分。需要指出的是，目前，机器学习模型虽应用广泛，却未准确模拟春季变暖对北半球陆地碳汇的促进作用，以至于其模拟得到的全球陆地碳汇年际变化主导因子是温度，而非水分。

该研究澄清了学术界对全球陆地碳汇年际变化主导因子的争论，为准确理解全球陆地碳汇变化规律提供了新视角。