来源:生物探索 2022-03-26 12:56
在日常生活中,您是否也有过这种感觉:明明晚上睡得很香,但第二天醒来却觉得好累。出现这种情况,不排除基础疾病和亚健康的原因,但是否是环境影响了睡眠质量?生活中有很多事情我们无法控制,但睡眠环境我们可以在一定程度上控制,让自己“好好睡觉”。那怎么样才算是“好好睡觉”呢?科学家们为我们做出了解答。
美国西北大学费恩伯格医学院神经病学系昼夜和睡眠医学中心在Proceedings of the National Academy of Sciencesof the United States of America(PNAS)上发表了题为“Light exposure during sleep impairs cardiometabolic function”的文章(图1)[1]。该项研究结果发现试验者仅在睡眠期间暴露于光照环境一晚,其血糖和心血管调节功能便会受到损害。即使试验者感觉自己睡着了,其自主神经系统仍然会被激活,使睡眠碎片化,身体并没有按照应有的方式得到休息。
此项研究选取20名18至40岁的健康成年人为实验对象,这些人经常在晚上9点至凌晨1点之间入睡,睡眠时间为6.5至8.5小时。研究人员将实验对象随机均分两组,并分别在室内光线(前一晚在<3 lx的昏暗光线下,随后一晚室内光线为100 lx的情况下)和昏暗光线(连续两晚在昏暗的光线<3 lx中)条件下睡眠(图2)。实验期间,研究人员对受试者进行口服葡萄糖耐量试验(Oral Glucose Tolerance Test,OGTT),并收集胰岛素、褪黑素、睡眠宏观结构、心率等数据。
研究人员通过对试验数据分析发现:
通过对血糖调控系统监测,受试者在开灯房间睡觉后,第二天就会出现胰岛素抵抗,夜晚睡眠期间的光照环境可通过增加胰岛素抵抗来改变葡萄糖代谢,降低褪黑激素水平,从而改变胰岛素分泌;
通过对睡眠宏观结构监测,受试者在光照环境下,很难进入深度睡眠,睡眠持续性差,容易中途醒来,身体无法按照应有的方式得到休息;
通过对心血管系统监测,受试者在光照环境下处于睡眠状态时,自主神经系统被激活,身体进入警戒状态,增加应激激素皮质醇和心率,并降低心率变异性。
该研究的第一作者Phyllis Zee博士表示:“我们的研究表明,睡眠期间暴露在中等室内照明下仅仅一晚便会损害血糖和心血管调节,而这些是心脏病、糖尿病和代谢综合征的危险因素。”
作为该项研究的共同第一作者,Daniela Grimaldi博士表示:“我们发现,在光线充足的房间里睡觉,受试者心率会增加,身体进入警戒状态。这种情况很糟糕,意味着即使你觉得自己睡着了,而自主神经系统却被激活。正常情况下,我们的心率和其他心血管参数在夜间是较低的,在白天才会较高。你无法感知到身体的变化,但是大脑却能感受到,这就导致睡眠碎片化,睡眠质量较差,身体并没有按照应有的方式得到休息。”(生物谷 Bioon.com)
《自然》子刊:好好睡觉太重要了!别让大脑里的“修理工”罢工
来源:学术经纬 2019-10-28 12:11
大部分人要花人生三分之一的时间做一件事:睡觉。这件事无疑很重要,因此科学家们一直在探究睡眠到底给身体和大脑带来哪些好处,以及缺少睡眠会对大脑健康有什么损害。比如前不久,我们介绍过关于缺觉为什么会导致“智力下降”的两项新研究。
最近,纽约罗切斯特大学医学中心(University of Rochester Medical Center)的一支研究团队,通过小鼠实验首次发现脑中的免疫细胞在睡眠时起着重要的“网络修护”作用,加强说明了睡眠与大脑健康之间的重要关系,同时有助于我们理解阿尔茨海默病等神经退行性疾病与睡眠障碍的关系。这项研究成果发表在学术期刊《自然》子刊Nature Neuroscience上。
这类重要的免疫细胞名为小胶质细胞(microglia),它们是脑和脊髓中的卫士。一旦中枢神经系统受伤或感染,它们在接收到炎症信号后会迅速改变形态,采取行动消除感染或吞噬死去的细胞和组织碎片,帮助大脑清除垃圾。
“一直以来,人们假设小胶质细胞的动态变化不太会受到动物行为状态的影响。”Ania Majewska教授是这项研究的主要负责人,她说,“这项研究发现,大脑中调控睡眠/觉醒的信号也会像开关一样作用于免疫系统。”
具体来说,研究者关注的信号与去甲肾上腺素有关。当我们睡着时,这种化学物质在大脑中的含量很低;而当去甲肾上腺素增加,它会唤醒神经细胞,让我们醒来,让大脑变得机警。
这种神经递质不仅会作用于神经细胞,也会通过特殊的受体作用于小胶质细胞。研究人员利用先进的活体成像技术,观察小鼠的大脑活动。他们发现,当脑中去甲肾上腺素的含量很高时,小胶质细胞会进入一种类似休眠的状态,无法对局部损伤做出反应。
除了修复损伤,小胶质细胞还有一项重要的能力也与清醒/睡眠状态有关。Majewska教授和其他研究者过去的工作发现,小胶质细胞会对神经网路的连接节点进行精细调节。它们有助于维持突触的健康和功能,还会修剪不再需要的神经连接。而复杂的神经连接网络不断布线和重新布线,是让我们能够学习、记忆、认知和运动的重要基础。
研究人员利用镇静剂右美托咪定(DEX)让小鼠进入与慢波睡眠相类似的麻醉状态。睡眠质量高不高与慢波睡眠很有关系。
与清醒状态相比,当动物处于类似睡眠状态时,小胶质细胞处于高度活性的“监控”状态,很快伸展出更多、更密的突起,可以调节周围更大范围内的突触。因此,小胶质细胞可能是大脑的夜间修理工。
“我们的工作揭示,睡眠增强神经环路重塑和损伤修复,部分小胶质细胞与大脑相互作用的能力是原因之一。”第一作者Rianne Stowell博士总结。
鉴于有越来越多的科学证据表明,小胶质细胞的状态与阿尔茨海默病等神经退行性疾病有关,而其他失智症、自闭症谱系障碍、精神分裂症等也与大脑整体神经网络的稳定性密不可分,这项研究结果提示我们注意睡眠问题,保护大脑健康。(生物谷Bioon.com)
大规模研究揭示,人造甜味剂与癌症风险增加有关
来源:生物世界 2022-03-26 12:39
随着经济发展和生活水平的提高,在全世界范围内,肥胖已经成为了一个主要公共健康问题。据世界卫生组织(WHO)统计,全球有近20亿人超重或肥胖,从1975到2016年,全球肥胖率翻了近3倍,每年因超重或肥胖导致的死亡高达280万。
肥胖不仅会导致生活不便、运动能力下降,还会带来代谢性疾病和心脑血管疾病,此外,许多研究表明,肥胖与十多种癌症的发病风险增加和预后及生存率降低有关。
为了减少糖对健康的影响以及肥胖的影响,越来越多的人开始使用人造甜味剂代替正常糖类,这些人造甜味剂具有糖类的甜味,却又不产生热量,人们认为其可作为一种健康的饮食方式,因此近年来广受追捧。然而,人造甜味剂对健康的影响仍然存在很大的争议。
巴黎第十三大学的研究人员在 PLOS Medicine 期刊发表了题为:Artificial sweeteners and cancer risk: Results from the NutriNet-Santé population-based cohort study 的研究论文。
人造甜味剂的使用,可以减少添加糖的含量并减少相应的热量,还能保持甜味,但这项最新研究表明,一些人造甜味剂与癌症风险增加有关。
许多含有人造甜味剂的食品和饮料每天被数百万人食用。然而,这些添加剂的安全性一直是争论的主题。
为了评估人造甜味剂的潜在致癌性,研究团队分析了参与 NutriNet-Santé 研究的 102865 名法国成年人的数据。NutriNet-Santé 研究是由营养流行病学研究小组(EREN)于 2009 年发起的一项正在进行的基于网络的队列研究。参与者自愿报名,并自行报告病史、社会人口学、饮食、生活方式和健康数据。
研究团队从24小时饮食记录中收集了有关人造甜味剂摄入量的数据。在随访期间收集癌症诊断信息后,进行了统计分析,以调查人造甜味剂摄入量与癌症风险之间的关联。
研究团队调整了一系列变量,包括年龄、性别、教育、体育活动、吸烟、体重指数、身高、随访期间的体重增加、糖尿病、癌症家族史,以及能量、酒精、钠、饱和脂肪酸、纤维、糖、全麦食品和乳制品的基线摄入量。
研究人员发现,与不食用人造甜味剂的人相比,摄入大量人造甜味剂,尤其是阿斯巴甜和安赛蜜的参与者整体癌症风险更高(风险比为1.13,95%置信区间为1.03至1.25)。其中乳腺癌和肥胖相关癌症的风险更高。
该研究有几个重要的局限性;膳食摄入量是自我报告的。选择偏见也可能是一个因素,因为参与者更有可能是女性,具有更高的教育水平,并表现出健康意识的行为。该研究的观察性质也意味着可能存在残余混杂,不能排除反向因果关系。需要进一步的研究来证实这些发现并阐明潜在的机制。
研究团队表示,这项研究结果提示了使用人造甜味剂作为食品或饮料中糖的替代品并非我们之前认为的那么安全,也为食品添加剂甜味剂的重新评估提供了重要而新颖的见解。(生物谷 Bioon.com)
Science:揭示甲烷氧化细菌如何将甲烷转化为燃料
2022年3月19日讯/生物谷BIOON/---甲烷氧化细菌(methanotrophic bacteria)每年消耗3000万公吨的甲烷,并因它们将这种强大的温室气体转化为可用燃料的天然能力而吸引了科学家们。然而,我们对这种复杂的反应是如何发生的知之甚少,从而限制了我们利用这一双重优势的能力。
在一项新的研究中,来自美国西北大学的研究人员通过研究甲烷氧化细菌用来催化这种复杂反应的酶,发现了驱动这一过程的关键结构。他们的发现最终可能导致人们开发出将甲烷气体转化为甲醇的人造生物催化剂。相关研究结果发表在2022年3月18日的Science期刊上,论文标题为“Recovery of particulate methane monooxygenase structure and activity in a lipid bilayer”。
论文通讯作者、西北大学的Amy Rosenzweig说,“甲烷的化学键很强,所以有一种酶可以破坏它的化学键,这非常了不起。如果我们不确切了解该酶是如何进行这种复杂的化学反应的,我们就无法出于生物技术应用的目的设计和优化它。”
这种称为颗粒甲烷单加氧酶(particulate methane monooxygenase, pMMO)的酶是一种特别难以研究的蛋白,因为它嵌入在甲烷氧化细菌的细胞膜中。通常情况下,当科学家们研究甲烷氧化细菌时,他们使用一种苛刻的程序,即用一种洗涤剂溶液将这种蛋白从细胞膜上撕下来。虽然这个过程有效地分离出这种酶,但这也杀死了它的全部活性,因而限制了人们能够收集的信息量。
在这项新的研究中,这些作者完全使用了一种新的技术。论文第一作者、Rosenzweig实验室博士生Christopher Koo想知道通过将这种酶放回类似于它的天然环境的膜中,他们是否能了解到一些新的东西。Koo利用来自甲烷氧化细菌的脂质在一种称为纳米盘(nanodisc)的保护性颗粒内形成一层膜,然后将这种酶嵌入这层膜中。
Koo说,“通过在这种纳米盘内重建这种酶的天然环境,我们能够恢复它的活性。然后,我们能够使用结构技术在原子水平上确定这种脂质双分子层是如何恢复它的活性的。在这样做的过程中,我们发现了这种酶中可能发生甲烷氧化的铜位点的完整排列。”
这些作者使用了低温电镜(cryo-EM),这是一种非常适合膜蛋白的技术,因为在整个实验过程中,脂质膜环境没有受到干扰。这使得他们能够首次高分辨率地观察到这种活性酶的原子结构。
Rosenzweig说,“作为近期低温电镜‘分辨率革命’的结果,我们能够观察到原子水平的结构细节。我们所观察到的完全改变了我们对这种酶的活性位点的看法。”
Rosenzweig说,这种酶的低温电镜结构为回答继续堆积的问题提供了一个新的起点:甲烷是如何进入这种酶的活性部位的?或者甲醇是如何这种酶中释放出来的?活性位点的铜是如何进行化学反应的?接下来,这些作者计划使用一种称为低温电子断层扫描(cryo-ET)的前沿成像技术直接在甲烷氧化细菌细胞内研究这种酶。
如果成功的话,这些作者将能够准确地观察到该酶在细胞膜中的排列方式,确定它在真正的天然环境中如何运作,并了解该酶周围的其他蛋白是否与它相互作用。这些发现将为工程师提供一个关键的缺失环节。
Rosenzweig说,“如果你想优化这种酶,将它插入生物制造途径,或消耗除甲烷以外的污染物,那么我们需要知道它在天然环境中的样子,以及甲烷在哪里结合。你可以用带有工程酶的细菌从压裂现场采集甲烷,或者清理石油泄漏。”(生物谷 Bioon.com)
参考资料:
Christopher W. Koo et al. Recovery of particulate methane monooxygenase structure and activity in a lipid bilayer. Science, 2022, doi:10.1126/science.abm3282.
JNCI Cancer Spectrum:20岁开始,多胖一年,多一年患结直肠癌的风险!胖得越久,风险越高!
来源:中国生物技术网 2022-03-24 12:39
众所周知,肥胖,乃万病之源。早在几十年前,肥胖或超重就已被确定为包括结直肠癌在内的各种重大疾病的关键风险因素。
结直肠癌(大肠癌,CRC)是对初始在结肠或直肠部位的组织发展形成的癌症统称。它是世界范围内最常见的恶性肿瘤之一。
根据世界卫生组织下属国际癌症研究机构(IARC)发布的2020年全球最新数据显示,结直肠癌是仅次于乳腺癌和肺癌的第三大常见癌症,患者占比高达9.4%,其中中国结直肠癌患者占全球31%。结直肠癌导致的死亡人数在中国癌症死亡人数排行榜中位列第五。
此前,发表在《JNCI Cancer Spectrum》上的一项最新研究中,来自美国纽约大学领导的大型国际研究团队首次对早发性结直肠癌的非遗传风险因素进行的大规模研究发现,较高的身体质量指数(BMI)、久坐的生活方式、红肉摄入较多、受教育程度较低和饮酒过多等因素与50岁以下人群结直肠癌发病率增加有关。
关于BMI与CRC的风险已被各种研究证实。然而,此前的研究多关注于一段时期内的BMI对CRC风险的影响,很少有研究评估长期或者终生超重/肥胖对CRC的影响。如果一直胖下去,会面临多大程度的结直肠癌风险呢?
近日,发表在肿瘤学领域顶刊、美国医学会杂志旗下《JAMA Oncology》(IF=31.777)上的一项新研究中,来自德国海德堡大学的研究团队评估了终生超重/肥胖与结直肠癌风险的关系。该研究发现,长期超重/肥胖对CRC的风险更大。
在这项研究中,研究人员使用了一项2003年在德国开展的基于人群的病例对照研究,该研究涉及5635名首次诊断为结直肠癌(CRC)的患者和4515名对照患者,这些患者的年龄57岁至79岁。CRC患者组40.3%为女性,对照组38.9%为女性。
与对照组相比,在CRC组患者中,目前/以前吸烟、肥胖和糖尿病患者比例更高,并且受教育水平较低。
研究人员根据参与者BMI的变化情况计算了他们20岁至2021年超重/肥胖生活年数加权(WYO)。WYO为每一年超重(eBMI)的累加值。如果BMI低于25,则eBMI设置为0。
与对照组相比,CRC患者在每个十年期的年龄段都有明显较高的BMI值。同样,在每个年龄段,CRC患者的超重/肥胖率也都明显高于对照组。
通过计算分析,研究人员观察到20至70岁之间所有十年期的超重与CRC风险以明确的剂量反应方式相关,其关联性比在任何单个时间点观察到的超重/肥胖与CRC的关联性要强得多。自20岁以来超重或肥胖是CRC在整个成年生命周期中的持续累加的风险因素。
与体重保持在正常范围内的参与者相比,WYO每增加1标准差与CRC风险增加55%相关。
在调整年龄和性别后,研究人员发现,超重患CRC的风险增加了16%至36%;而肥胖患CRC风险增加了64%至106%。
因此,该研究结果表明,累积终生超重/肥胖对结直肠癌风险的影响比基于单一时间BMI测量的传统分析估计的风险更大。
此外,早发性结直肠癌患者的增加令人感到担忧,因为这些病例往往比那些在老年人群中诊断出来的癌症更加糟糕。
此前,发表在《Journal of the National Cancer Institute(JNCI)》上的一项研究中,来自哈佛大学医学院Dana Farber癌症研究所的研究团队首次比较了在转移性结直肠癌治疗临床试验中年轻患者和老年患者的生存率。他们发现,尽管年轻患者往往比老年患者更加健康,且能接受更深入的治疗,但35岁以下患者的中位总生存期在所有年龄组中最短。总的来看,年轻患者与50岁以上结直肠癌患者的生存率没有统计学上的差异。(生物谷Bioon.com)
《自然·癌症》:放疗会诱发中性粒细胞组织修复相关反应,促进癌症转移
来源:奇点糕 2022-03-20 21:15
目前,放疗是肿瘤患者最常规且有效的治疗方式之一,约60%癌症患者会接受放疗。
随着放疗技术设备及影像技术的更迭,放疗的有效性及可靠性越来越高。尽管如此,放疗过程中对于健康组织的误伤仍然不可避免。
组织损伤首先带来炎症反应,但后期就需要启动组织修复。组织修复(再生)需要抑制炎症免疫反应,这跟肿瘤免疫抑制的微环境相似。然而,放射损伤-修复微环境与肿瘤转移之间的关系仍不清楚。
近日,由伦敦玛丽女王大学Ilaria Malanchi领衔的研究团队在《自然?癌症》发表重要研究结果。
他们发现小鼠健康肺部被辐射之后,会导致大量外周循环的中性粒细胞浸润到损伤部位,产生与组织修复相关的中性粒细胞反应,并激活肺上皮细胞Notch信号通路介导的促肿瘤肺转移。用中性粒细胞脱颗粒抑制剂Nexinhib20,或者Notch抑制剂DAPT能够有效抑制中性粒细胞介导的肿瘤转移。
Malanchi团队的前期研究表明,乳腺癌发生肺转移时,肺组织会发生一种组织再生的现象[2]。随后,Malanchi团队分析了以往的基础研究及临床研究数据,结果发现接受放疗的患者,乳腺癌病灶同侧的肺组织肿瘤转移的现象更为常见[3,4]。
因此,Malanchi团队想知道放疗对健康组织的误伤是否可能有助于肿瘤细胞的转移。如果是,他们还想知道背后的分子机制是什么。
为了回答这个假设,Malanchi团队用辐射(单次13Gy)肺部造成的急性肺损伤,结合移植肿瘤细胞的小鼠模型,来探究健康组织损伤与肿瘤转移的关系。
在辐射造成小鼠急性肺损伤后,无论是小鼠原位乳腺移植肿瘤细胞,还是尾静脉直接植入肿瘤细胞,研究人员都发现:移植14-21天后,辐射组小鼠肺部的肿瘤数目、肺组织切片展示的肿瘤面积都急剧增加。
为了排除个体差异,他们精准辐射小鼠右侧肺部造成损伤,随后尾静脉植入肿瘤细胞。实验数据表明,小鼠右侧肺叶的肿瘤数目显着高于未辐照的左侧肺叶。
在辐射造成小鼠急性肺损伤后,Malanchi团队还通过组织切片染色证实辐射的确会带来组织损伤,如DNA的断裂。此外,他们还有个意外发现:进入到损伤肺部的中性粒细胞显着增加,且呈现为多分叶核和颗粒蛋白含量增加的炎症活化型细胞形态。
为了验证浸润的中性粒细胞是否参与促进肿瘤细胞转移到受损组织定殖,Malanchi团队采用一正一反两种策略。
先来看第一种策略。在辐射前一天开始直到实验结束,他们每天给小鼠腹腔注射抗Ly6G抗体,清除小鼠体内的中性粒细胞。在辐射7天后,他们又通过尾静脉注射,给小鼠移植肿瘤细胞。在移植肿瘤细胞7天后,他们发现清除中性粒细胞能够有效抑制转移到肺部肿瘤的生长。
在第二种策略中,他们采用了G-csf(粒细胞刺激因子)敲除小鼠作为肿瘤移植受体鼠。从辐射前一天开始,每隔一天共4次皮下注射外源重组粒细胞刺激因子(rGCSF),给G-csf敲除小鼠补充GCSF。在辐射7天后,进行尾静脉肿瘤细胞移植。在移植肿瘤细胞7天后,他们发现注射rGCSF能够促进肿瘤转移到肺部。
基于以上研究成果,Malanchi团队推测辐射损伤健康肺组织,能够预激活浸润的中性粒细胞,进而改造肺部微环境利于肿瘤细胞转移定殖。
为了验证这种猜想,Malanchi团队设计了一个二次移植实验:先将供体小鼠肺部进行辐射损伤,7天后用抗Ly6G磁珠富集分离出肺部浸润的中性粒细胞。将这些已经预激活的中性粒细胞转移到正常小鼠体内,再通过尾静脉注射肿瘤细胞。
结果显示,移植预激活中性粒细胞的小鼠肺部肿瘤数目显着高于对照组。这个实验结果表明:这群预激活的中性粒细胞具备将肺部微环境改造成有利于肿瘤转移的能力。
为了探究预激活的中性粒细胞影响肺部的具体靶细胞群,Malanchi团队借助抗Ly6G抗体清除中性粒细胞,然后通过流式分选肺上皮细胞(CD45-CD31-Ter119-EpCAM )、间充质细胞(CD45-CD31-Ter119-EpCAM-),并进行RNA-Seq测序。
主成分聚类分析显示:辐射加注射抗Ly6G抗体实验组的样本与单纯辐照实验组的样本不能够聚类在一起。这表明清除中性粒细胞对辐射处理的肺上皮细胞影响非常大。再结合体外肺类器官培养模型实验,证实了预激活的中性粒细胞能够更好地激活肺上皮细胞。
为了探究预激活的中性粒细胞对肺上皮细胞功能的影响,Malanchi团队深入分析了肺上皮细胞RNA-Seq数据。结果发现肺上皮细胞的Notch信号通路被预激活的中性粒细胞活化。
为了了解这群Notch信号通路异常活化的肺上皮细胞是否参与到肿瘤细胞转移中,Malanchi团队构建了他莫昔芬诱导的Notch在II型肺泡细胞特异性过表达的转基因小鼠(Sftpc-CreER; Rosa26NICD-IRES-GFP)。随后让这种小鼠与自发乳腺癌小鼠(MMTV-PyMT)交配,获得能够自发原位乳腺肿瘤,且能被他莫昔芬特异性诱导II型肺泡细胞活化Notch信号通路的小鼠模型。
借助于上述小鼠模型,他们发现Notch过度活化的II型肺泡细胞确实能够促进乳腺癌的肺转移。他们还借助单细胞测序分析证实,辐射后的肺上皮细胞在肿瘤细胞到达之前,Notch信号通路已经被过度活化。
鉴于干细胞转录因子Sox9是Notch1的下游靶基因[5],Malanchi团队想知道在Notch信号通路过度活化微环境中,肿瘤细胞自身的干性是否被增强。他们发现辐射确实促进了Notch信号的传递和转移肿瘤细胞的干细胞化。
那么,故事讲到这个份上,就必须回到本研究的主角中性粒细胞。这群预激活的中性粒细胞又是如何影响到肺上皮细胞的呢?
Malanchi团队根据前面发现的中性粒细胞胞内颗粒蛋白增加现象,猜测有可能是这些颗粒蛋白的释放介导了上述过程?因此,他们提出通过抑制中性粒细胞的脱颗粒过程,来探究颗粒蛋白不再释放是否会影响肿瘤的转移。
他们发现,脱颗粒抑制剂Nexinhib20的确可以逆转辐射损伤肺部由中性粒细胞介导的促肿瘤转移现象。更进一步,他们还采用中性白细胞弹性硬蛋白酶(Ela2)基因敲除小鼠模型,得到了与抑制剂Nexinhib20相同的效果。
那么,如果抑制肺上皮细胞过度活化的Notch信号通路,是否也能够达到逆转辐射损伤肺部由中性粒细胞介导的促肿瘤转移效果呢?
研究人员采用γ-分泌酶抑制剂DAPT(Notch抑制剂)处理肺辐射损伤小鼠,发现的确能够有效抑制肿瘤干性,进而抑制肿瘤的转移、生长。(生物谷Bioon.com)