一周前沿科技盘点〔106〕丨如何应对“三高”后的“第四高”？关于月壤，我国研究团队有新发现！

近年来，高尿酸血症患者呈明显上升和年轻化的趋势，痛风和高尿酸血症或将成为继“三高”（高血脂、高血压、高血糖）之后的“第四高”。北京理工大学探索出一种创新的mRNA技术治疗策略，这项研究不仅为高尿酸血症治疗开辟了新路径，还展示了在降低血尿酸浓度方面的疗效和安全性。

水是建设月球科研站及未来开展月球星际旅行，保障人类生存的关键资源。研究团队在嫦娥五号月壤中，发现通过高温氧化还原反应方法生产水的新方法，1吨月壤将可以产生约51-76千克水，基本可以满足50人一天的饮水量。

孔洞这一结构在传统材料中常常与“破坏”“失效”等负面效果相关联。但对于生命体发育来说，孔洞却意义非凡，可谓“彼之砒霜，汝之蜜糖”。近日，清华大学李博与冯西桥课题组对人胚胎干细胞上皮样组织开展研究。孔洞究竟是怎么形成和演化的，一起来看看吧。

基于国际科技创新中心网络服务平台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，为大家带来第106期。

1《Nature Communications》丨如何应对“三高”后的“第四高”？ 

mUox@iLAND在高尿酸血症小鼠模型中的表现

近年来，高尿酸血症患者呈明显上升和年轻化的趋势，我国高尿酸血症的总体患病率为13.3%，非同日２次空腹血尿酸水平超过420 μmol/Ｌ即可诊断为高尿酸血症，可能会导致痛风、尿酸肾病等疾病，还易引起包括高血压等并发症。预计全球高尿酸血症及痛风患病人数将在2030年达到14.2亿人，痛风和高尿酸血症或将成为继“三高”（高血脂、高血压、高血糖）之后的“第四高”。

面对这个挑战，北京理工大学生命学院/前沿交叉科学研究院黄渊余课题组探索出一种创新的“返祖”或“反进化”治疗策略。他们利用mRNA技术，通过设计并制备高效递送尿酸酶（Uox）的脂质纳米颗粒体系（mUox@iLAND），成功在动物模型中逆转了因进化过程中尿酸酶基因失活导致的高尿酸血症。这项研究不仅为高尿酸血症治疗开辟了新路径，还展示了在降低血尿酸浓度方面的疗效和安全性。

据称，mUox@iLAND经单次静脉注射后，可主动靶向到肝实质细胞并重新表达尿酸酶，尿酸酶可将动物体内微溶于水的尿酸进一步转化为易溶于水的尿囊素，从而有效降低血尿酸水平、且维持在与健康动物相当的水平，实现高效安全的治疗。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-50752-9

2 关于月壤，我国研究团队有新发现！

我国研究团队发现，嫦娥五号月壤可以通过高温氧化还原反应方法生产水，这有望为未来月球科研站及空间站的建设提供重要设计依据。该成果相关论文于8月22日发表于国际学术期刊《创新》。

据了解，该成果由中国科学院宁波材料技术与工程研究所非晶合金磁电功能特性研究团队联合中国科学院物理研究所、中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室、松山湖材料实验室、哈尔滨工业大学和南京大学等高校及科研机构的团队共同完成。

据介绍，水是建设月球科研站及未来开展月球星际旅行，保障人类生存的关键资源。嫦娥五号月壤中，月壤玻璃、斜长石、橄榄石和辉石等多种月壤矿物中含有少量水，但这些矿物中的含水量极其稀少，难以在月球原位提取利用。

研究团队经过3年的深入研究和反复验证发现，月壤矿物由于太阳风亿万年的辐照，储存了大量氢。在加热至高温后，氢将与矿物中的铁氧化物发生氧化还原反应，生成单质铁和大量水。当温度升高至1000℃以上时，月壤将会熔化，反应生成的水将以水蒸气的方式释放出来。

经多种实验技术分析，研究团队确认，1吨月壤将可以产生约51-76千克水，基本可以满足50人一天的饮水量。

基于上述研究成果，研究团队进一步提出一种“熔融月壤—水蒸气冷凝成水收集储存—电分解水产生氧气和氢气—留存的铁和月壤用作永磁和软磁材料、电子材料、建筑材料等”的月球水资源原位开采与利用策略。研究人员表示，该策略将为未来月球科研站以及空间站建设提供重要的设计依据，并有望在后续的嫦娥探月任务中发射验证性设备以完成进一步确认。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.xinn.2024.100690

3《Nature》丨星系“生死攸关”的核心，拿捏了

星系中冷气体含量与中心黑洞质量的关系示意图

星系是宇宙的基本单位，如银河系，由恒星、气体、尘埃及中心黑洞组成，内部及周围介质间复杂互动影响星系演化。星系分恒星形成星系与被动演化星系，研究其转变机制是核心任务。位于星系中心的黑洞吸积物质释放能量对于星系演化，特别是从“生”到“死”的转变起关键作用。尽管中心黑洞对星系演化的反馈作用已成为理论共识，但观测上黑洞对星系演化的确切影响仍缺乏确凿证据。

对此，南京大学天文与空间科学学院王涛团队与合作者创新性地从探索近邻星系的黑洞质量与星系中原子氢气体的含量之间的关系入手，首次揭示了星系中心黑洞的质量是调制星系中原子氢气体含量的最关键的物理量：中心黑洞质量越高的星系其原子氢气体含量越低。这一发现对星系中心黑洞是否影响和如何影响星系中的冷气体含量及恒星形成提供了重要的观测证据，也对中心黑洞对宿主星系具体的反馈机制作出了重要限制。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07821-2

4《Nature Physics》丨管中窥豹，“洞”见神奇

上皮样组织孔洞形成与演化：（a）实验设计；（b）细胞收缩驱动上皮样组织孔洞与网络形成；（c）孔边细胞变形；（d）孔洞各向同性扩展与局部断裂；（e）多尺度力学模型模拟孔洞扩展

孔洞这一结构在传统材料中常常与“破坏”“失效”等负面效果相关联。但对于生命体发育来说，它却意义非凡。因为孔洞是构建功能器官如管道、腔体的基础，还与哮喘、肿瘤等疾病密切相关。但目前细胞如何主动变形、协同迁移形成孔洞的机制尚待阐明。

清华大学李博与冯西桥课题组发展细胞间应力表征新方法，构建群体细胞多尺度力学理论，研究了人胚胎干细胞上皮样组织中的自发孔洞形成与演化。他们发现，细胞主动收缩产生非均匀拉伸应力，驱动孔洞成核、扩张并形成网络。孔洞扩张过程中，细胞协同形成超细胞肌动蛋白环稳定孔洞。相邻的孔洞可以通过孔间“多细胞桥”的颈缩、细胞间断裂−滑移的方式实现融合，形成更大的孔洞。这种新发现的断裂−滑移模式可较快实现多细胞桥颈缩和孔洞融合，同时防止过大的细胞变形，降低细胞承受机械损伤的风险。此外，基底刚度和基底表面粘附也参与调控孔洞产生、扩张、融合和网络形成的过程。上述研究揭示了活细胞主动协调分子、细胞、组织尺度的力学行为产生孔洞的机制，对理解生命体拓扑形貌和管腔器官形成有重要意义。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41567-024-02504-1

5 叒挖到“宝”！

氟碳钙钕矿形貌、产出状态及矿物共生组合

西藏甲玛巨型斑岩-矽卡岩型铜多金属矿床中含菊兴矿的含铋斑铜矿矿石手标本照片 （Bn-含铋斑铜矿，Adr-钙铁榴石，Wo-硅灰石）

近日，由我国科研人员发现、命名并申报的新矿物“氟碳钙钕矿”及“菊兴铜矿”，分别获得国际矿物学协会—新矿物命名及分类委员会批准通过。

氟碳钙钕矿由国家地质实验测试中心范晨子联合中国地质科学院矿产资源研究所、中南大学等单位发现于内蒙古白云鄂博矿。钕作为当今稀土元素家族中的佼佼者，对促进稀土在永磁材料、激光材料等高新技术领域中的应用，发挥着极为重要的作用。此次新发现的氟碳钙钕矿属于钙稀土氟碳酸盐系列矿物，是常见的稀土矿物氟碳钙铈矿的富钕类似矿物，也是钕资源的重要矿物原料。氟碳钙钕矿的发现，对于认识白云鄂博稀土元素赋存状态和替代机制，了解矿床的形成与演变、元素赋存状态、元素迁移、富集机制等具有重要的意义。

菊兴铜矿由中国地质科学院矿产资源研究所顾枫华助理研究员、中国地质大学（北京）章永梅等地质学家发现于西藏甲玛世界级斑岩—矽卡岩型巨型铜多金属矿床中。菊兴铜矿是一种重要的载金载银矿物，结构复杂，其形成与中高温热液贵金属矿化密切相关。菊兴铜矿的发现，对于研究斑岩—矽卡岩型矿床的成矿物理化学条件与成矿作用过程具有重要的意义。

6《Cell》丨复制叉关键蛋白如何重塑表观遗传继承？

AlphaFold-Multimer预测一段演化保守的Mrc1/CLASPIN区域结合组蛋白H3-H4四聚体

表观遗传信息的继承是细胞增殖与分化的基石，对理解正常生理、病理过程（如发育、衰老、肿瘤、早衰等）至关重要。复制叉（Replication Fork）是DNA复制过程中在DNA链上形成的一种特殊结构。当DNA进行复制时，解旋酶会作用于亲代DNA，使其双螺旋结构解开，形成两条单链。这两条单链随后作为模板，引导新的DNA链的合成。在这个过程中，刚分开的模板链与未复制的双链DNA之间的连接区，就形成了复制叉这一Y字型的结构。

北京大学李晴研究组和哈佛医学院、霍华德休斯医学研究院Danesh Moazed研究组合作，通过遗传筛选、生化、分子生物学和生物物理学等方法，结合AlphaFold-Multimer结构预测等手段发现DNA复制体中复制叉保护复合物亚基Mrc1/CLASPIN（以及Tof1和Csm3）存在一段在真核生物中保守的组蛋白H3-H4四聚体结合区域。

李晴研究组的一系列研究给出了复制叉上的关键蛋白在亲本组蛋白回收中的作用机制，改变了该领域长期以来对亲本组蛋白回收过程的碎片化认知。这些研究不仅深化了对复制叉保护复合物功能的认识，还构建了亲本组蛋白在DNA复制过程中解离、传递与重组装的全面框架，为理解表观遗传信息的精确继承提供了新视角。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.07.006

7《Nature》丨CRISPR-Cas VII型系统“基因剪刀”新功能解锁

VII型CRISPR-Cas系统的工作机理

CRISPR-Cas是原核生物（如细菌和古菌）的一种获得性免疫系统，用于抵抗噬菌体或质粒等外源遗传元件的入侵。根据Cas效应蛋白的不同，CRISPR-Cas系统被分为两大类共七型：第1类系统包括I型、III型、IV型和VII型，由多个效应蛋白与向导RNA组成复合体行使功能；第2类系统包括II型、V型和VI型，由单个效应蛋白与向导RNA形成复合体。其中，Cas9、Cas12和Cas13分别是II型、V型和VI型系统的代表性效应蛋白，被广泛用作DNA和RNA编辑工具。目前， I至VI型的功能和机制研究比较深入，而近期发现的VII型生物学功能和分子机理尚不清楚。

近日，中国科学院武汉病毒研究所邓增钦团队与天津医科大学基础医学院张恒团队合作，该工作首次表征了VII型CRISPR-Cas系统的功能，研究证实了VII型CRISPR-Cas系统能够特异性识别细胞内转录本并靶向敲低基因表达，并能够帮助宿主菌抵抗噬菌体的感染，是具有适应性免疫功能的CRISPR系统。他们阐明了这一系统独特的组装机制、底物RNA识别和切割模式，为基于VII型CRISPR-Cas系统的RNA操控工具的设计与开发奠定了基础。（专栏作者 李潇潇）

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07815-0

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