内容速览
1.化学学院张杰鹏教授团队提出具有超高水/氧耐受性的准开放Cu(I)位点概念用于高效CO分离
2.生命科学学院谢强教授团队在蝽类昆虫植食性进化研究中取得重要进展
3.地球科学与工程学院田云涛教授团队在Geomorphology上发表最新研究成果：活动造山带地区分水岭迁移的定量研究
4.大气科学学院韩永教授团队解决了立体匹配中遮挡区难以恢复与不连续区不易保护的关键科学技术难题
5.药学院（深圳）程芳/陈红波团队在自身免疫性疾病的靶向免疫治疗上取得新进展
6.肿瘤防治中心林东昕、郑健团队发现胰腺癌seRNA甲基化调控组蛋白修饰和癌基因表达新机制
（1）化学学院张杰鹏教授团队提出具有超高水/氧耐受性的准开放Cu(I)位点概念用于高效CO分离
CO是重要的化工原料和废气，也是一种剧毒气体。因此，CO分离与纯化对于工业和环境安全具有重要意义。CO和相关气体的沸点很低，而且CO和N2具有几乎相同的物理性质，因此蒸馏分离能耗极大，物理吸附也很难分离。不过，CO可以和金属离子配位，利用化学吸附实现超高选择性。但是，因为金属离子的强配位作用，传统化学吸附剂常表现出难脱附和稳定性低（尤其对H2O和O2）的问题。开孔型柔性吸附剂的S型吸脱附等温线能够有效解决脱附困难的问题，但是其低压不吸附的特点会导致泄漏问题。
在上述背景下，中山大学化学学院的张杰鹏教授提出了准开放金属位点（quasi-open metal site, qOMS）的概念，即金属离子本身不具备空缺配位点，需要目标分子诱导金属离子/多孔框架结构变化，进而产生/暴露配位点完成化学吸附，这需要精确控制吸附剂的柔性。为了验证这一思路，作者选择了经典的基于Cu(I)的金属多氮唑框架MAF-2及其衍生物进行研究。这类材料均表现出CO化学吸附诱导的可逆结构转变（Cu(I)可以在三角形配位和四面体配位模式之间切换），相应的S型等温线特征可有效降低脱附能耗。而且，这些材料对其他相关气体及水气均表现出弱的物理吸附，体现了qOMS对非目标分子的屏蔽作用。作者还通过改变配体取代基的尺寸，有效调控了框架柔性和等温线起跳压力。除此之外，还观察到独特的吸附锻炼现象，说明材料介观结构的变化也会影响柔性和吸附行为。
在混合物分离过程中，所选材料都表现出很高的CO吸附量和选择性，而且在较低温度就可以完成脱附并以很高的回收率获得到纯度高于99.99%的CO。吸附过程中，等温线阈值压力较大的材料均表现出正常的CO泄漏现象，无法在吸附阶段收集得到高纯N2。但是，当把阀值压力调控至较低压力时，材料基本不表现出泄漏问题，可以收集得到大量高纯N2。更重要的是，这类材料虽然含有一价铜（通常对氧气和水敏感），但是在82%的高相对湿度且有氧的条件下依然能够表现出和干燥条件下类似的分离效果，而且分离性能在超过100轮吸脱附循环后也基本没有变化，进一步证明了qOMS策略的有效性。
OMS和qOMS的吸附行为。(a)传统OMS具有空缺配位点；(b)具有隐藏配位点的qOMS；(c)具有屏蔽配位点的QMS（直接取代型）；(d)具有屏蔽配位点的qOMS（间接取代型）；(e)开孔柔性的热力学；(f)开孔协同性对等温线形状的影响；(g)刚柔性程度和开孔压力及吸附行为的关系
以上研究成果以“Quasi-open Cu(I) sites for efficient CO separation with high O2/H2O tolerance”为题发表在Nat. Mater.上，化学学院博士后张学文和博士研究生王超为该论文的共同第一作者，张杰鹏教授为通讯作者。
来源：中山大学化学学院
https://mp.weixin.qq.com/s/OBfm1stBphievvimvSu9KA
（2）生命科学学院谢强教授团队在蝽类昆虫植食性进化研究中取得重要进展
植食性蝽类昆虫近年来在国际上受到的关注持续上升，蝽类昆虫分异强烈、食性广泛，其中的绝大多数植食性物种集中于2个次目4个总科，即臭虫次目的盲蝽总科Miroidea，和蝽次目的蝽总科Pentatomoidea、缘蝽总科Coreoidea、长蝽总科Lygaeoidea。这四个总科的全世界已知物种数量合计超过3万种，占到蝽类昆虫全部物种数量的三分之二以上。
2017年以来，谢强教授团队从系统发育和共生微生物两个角度对植食性蝽类的进化历史开展了研究。在系统发育的研究部分，基于150个物种的低覆盖度基因组数据重建了臭虫次目和蝽次目的系统发育和分歧时间。结果表明植食性蝽类的适应辐射发生在白垩纪早期，其分化速率与被子植物高度一致，前者比后者滞后约1千万年。一方面，这样的滞后体现了植食性昆虫对于植物食材的取食适应并非易事，与自古以来世界上多类植食性昆虫留给人们动辄可以严重危害各种农作物等植物的普遍印象不完全一致。另一方面，10个百万年（宏进化研究中的常见时间单位）在数亿年的动物、植物进化历史中，确实不是太长的时间间隔，植食性昆虫适应辐射的步伐算得上是紧跟被子植物适应辐射的步伐。
在共生微生物的研究部分，基于三代全长扩增子测序对9总科32科209个蝽类昆虫物种的共生细菌和真菌微生物群落组成规律进行了探索。结果表明，主力共生细菌主要受宿主影响、次要共生菌主要受环境因素影响；而共生真菌主要受环境因素影响。该研究在国际上首次发现了植食性昆虫主力共生细菌在宏进化过程中的替代现象，并且这些替代大都发生在白垩纪早期，与植食性昆虫科级分类单元适应辐射的主体阶段同步。结合两项研究的结果，共同揭示了白垩纪早期是植食性昆虫快速多样化的关键时期，驱动这一重大进化事件的外因主要是被子植物的快速多样化，同时可能也包括大气氧含量升高和全球平均气温升高等古生态理化因素。同时，作为共生意义上的内因，主力共生细菌在科、属水平的多次替代起到了关键的辅助作用。
植食性蝽类昆虫亚科的分化与被子植物目级分化之间的关系
以上两项研究成果分别以“Diversification of the phytophagous lineages of true bugs (Insecta: Hemiptera: Heteroptera) shortly after that of the flowering plants”和“Different roles of host and habitat in determining the microbial communities of plant-feeding true bugs”为题，先后于2022和2023年在期刊Cladistics和Microbiome发表，第一作者分别为2021年毕业的叶飞博士和2022年毕业的杨子文博士。
来源：中山大学生命科学学院
https://mp.weixin.qq.com/s/7z3ktbdVamwOaKQhsLLiSQ
（3）地球科学与工程学院田云涛教授团队在Geomorphology上发表最新研究成果：活动造山带地区分水岭迁移的定量研究
活动造山带是构造、气候和地表过程相互作用最为剧烈的区域，也是地球内、外动力相互作用的最终结果。分水岭是评估活动造山带地貌发育和控制因素的重要研究对象，分水岭稳定性与迁移受控于岩性、降雨和构造作用及其时空差异。近年来，基于数字高程模型（DEM）的地貌参数（χ-值、Gilbert参数等）被广泛应用于分水岭迁移的定量研究。然而，不同地貌参数对于分水岭稳定性的判别仍存在争议, 尤其是在岩石抬升具有显著空间差异的活动造山带边缘地区。
青藏高原东缘水系分布广、地形起伏大、构造活动强烈，构造变形历史、地壳结构及不同时间尺度剥蚀速率等研究及数据资料丰富，是定量研究分水岭迁移及地貌参数有效性的理想实验室。为此，田云涛教授研究组博士研究生姚欣博利用χ-值和Gilbert参数等地貌参数，通过综合基岩岩性、降雨量、短-中-长周期的剥蚀速率以及上地壳结构模型所预测的抬升速率等数据，深入分析了龙门山-岷山地区分水岭的状态及控制分水岭迁移内外因素的动态耦合过程。
结果表明：（1）龙门山-岷山分水岭两侧存在明显的χ-差异，分水岭东侧的χ-值大于西侧，表面上指示分水岭由西往东迁移；（2）Gilbert参数不同地形指标均指示龙门山-岷山分水岭处于稳态，与χ-差异结果矛盾；（3）短-中-长周期的剥蚀速率结果类似，表明研究区的剥蚀已达到稳态；（4）分水岭两侧的侵蚀速率和抬升速率的差值相近，指示大尺度地形也已达到稳态，与Gilbert参数的分析结果一致。综上，平行于高原边缘的龙门山-岷山地区等地形及分水岭在较长时间尺度上已达到动态平衡，而分水岭两侧的χ-差异是铲形逆断层非均匀抬升的结果，不能再作为研究区分水岭迁移的指标。
该研究进一步提出了存在显著差异抬升地区，分水岭迁移与演化的动力由地表隆升早期的构造抬升驱动，经历一个动态平衡阶段后，最终转变为侵蚀与气候驱动。青藏高原东缘已经演化至第二个阶段，未来将伴随印度与欧亚大陆之间缩短速率的减弱，而演化至侵蚀与气候驱动。
青藏高原东缘的地形、主要河流、活动构造及历史地震
以上研究成果以“Quantifying drainage divide migration in active orogens: Insights from the eastern margin of the Tibetan Plateau”为题发表于Geomorphology，地球科学与工程学院博士研究生姚欣博为第一作者，田云涛教授为通讯作者。
来源：中山大学地球科学与工程学院
https://mp.weixin.qq.com/s/XAYoh9abIFe7pjNcRrc4kA
（4）大气科学学院韩永教授团队解决了立体匹配中遮挡区难以恢复与不连续区不易保护的关键科学技术难题
立体匹配是机器视觉的核心，如三维重建、姿态感知、未来的无人驾驶技术等。目前，在提高视差不连续和遮挡区域的匹配精度方面仍存在很大的困难，尤其是在自由/随机空间的宏微观物体的视觉匹配：宏观上，比如无人驾驶时对道路环境物体的动态感知、空中飞行器识别问题等；微观上，比如大气中粒子的相互遮挡识别、动态捕获等。这在仪器学和测量科学中具有十分重要的科学意义和工程价值。
为了提高在视差不连续和遮挡区域的立体匹配精度，韩永教授团队创新性地提出了一种基于高精度遮挡恢复与不连续性保护的立体匹配方法。该立体匹配方法立足于双目视觉技术，在立体匹配的视差估计阶段，使用纹理特征的图像分割方法作为算法前处理步骤，组合SAD、改进Census与梯度算子完成代价计算，并利用纹理分割结果改进十字交叉域代价聚合。该研究重点在于立体匹配的视差细化阶段，该阶段首先结合图像像素点间色差、距离、视差三种信息，构建基于适应度的高精度遮挡恢复算法；随后，进行视差图的二次引导滤波、自适应图像增强与自适应Canny边缘检测，并用于矫正视差不连续区，从而得到最终的视差图。研究结果采用国际上认可的立体匹配评估数据集Middlebury Stereo Datasets进行准确性和速度的评估，并完成视差细化算法的敏感性分析。此外，研究结果还使用Intel Real-Sense相机完成算法的实景评测，最后将算法引入Carla自动驾驶场景以观察其表现，验证了所开发的算法具有良好的可靠性和稳定性。结果表明，该算法具有精度高、普适性好的优点，解决了立体匹配长期存在的遮挡区难以恢复与不连续区不易保护的关键科学技术难题，为接下来微观世界的颗粒物三维重建奠定坚实的基础。
基于高精度遮挡恢复和不连续性保护的立体匹配方法流程图
以上研究成果以“Stereo matching method based on high-precision occlusion-recovering and discontinuity-preserving”为题发表于期刊Displays，大气科学学院博士研究生董理是论文第一作者，韩永教授是通讯作者。
来源：中山大学大气科学学院
https://mp.weixin.qq.com/s/DXo6CgEiytu8H6QwafAYzw
（5）药学院（深圳）程芳/陈红波团队在自身免疫性疾病的靶向免疫治疗上取得新进展
银屑病和特应性皮炎是两种发病率极高的自身免疫性皮肤疾病，发病机制与皮肤屏障的损伤和免疫系统紊乱有重要关联。现有治疗药物存在作用靶点单一、副作用严重等问题。间充质干细胞衍生的外泌体具有双向免疫调节功能、炎症部位趋向性，还可作为递送载体，已成为疾病治疗和药物递送领域的研究热点。但大规模制备外泌体的高成本限制了它们的广泛应用。近年来多项研究发现植物外泌体样纳米囊泡具有和哺乳动物来源的外泌体具有相似的物理特征，并且通过植物特有的蛋白质、脂质、核酸等活性分子，发挥抗炎，抗氧化和抗病毒作用。此外，植物外泌体具有来源广，成本低，产率高的明显优势。
因此，研究团队以探索治疗自身免疫性皮肤病的安全有效的策略为出发点，首先通过文献计量分析和细胞实验筛选出了具有抗炎和抗氧化功效的西柚来源的外泌体样纳米囊泡，设计利用囊泡的天然载体功能包载药物增强疗效。在这项工作中首次研究了 CX5461 对银屑病和特应性皮炎的治疗作用，进一步拓展了“老药”CX5461的适应症。同时，利用外泌体递送也解决了CX5461 溶解性差的问题。另一方面，为了进一步提高载药囊泡的疗效和安全性，还需要靶向性的策略实现对浸润免疫细胞的精确干预。因此构建了修饰CCR6受体的牙龈间充质干细胞来源的细胞膜囊泡，并利用细胞膜囊泡/外泌体具有双层脂质膜的相似生物物理特性，将包载CX5461的西柚外泌体与之融合制备载药融合纳米囊泡，研究结果表明，在银屑病和特应性皮炎模型中，融合囊泡通过靶向抑制炎症免疫细胞、重塑失衡的免疫微环境，从而缓解皮肤症状。
本研究首次探索了CX5461对银屑病和特应性皮炎的治疗作用，将其适应症拓宽到自身免疫病领域，并创新性地设计了载药融合囊泡，提供了一种基于生物材料的药物递送新策略。研究团队表示，植物外泌体样纳米囊泡不仅可以作为药物递送载体，还可以作为治疗剂，通过所含的脂质、天然代谢物和核酸发挥协同作用。各类植物来源的外泌体样纳米囊泡可以通过与天然/工程化修饰的细胞膜囊泡融合来实现功能优化，细胞膜囊泡的来源也可以多样化。该策略为探索中草药外泌体作为下一代植物药在慢性炎症性疾病的应用提供依据，还将对提高中草药中新型有效成分的提取、吸收、利用有重要意义，或成为中药现代化和标准化的一个突破口，未来在开发新型“绿色”治疗药物和大健康产品等领域具有广阔的应用前景。
载药融合囊泡的制备和作用机制示意图
以上研究成果以“Plant exosomes fused with engineered mesenchymal stem cell-derived nanovesicles for synergistic therapy of autoimmune skin disorders”为题发表于Journal of Extracellular Vesicles。
来源：中山大学药学院（深圳）
https://mp.weixin.qq.com/s/mqfuR0yEvSaZBGsxLVBzJw
（6）肿瘤防治中心林东昕、郑健团队发现胰腺癌seRNA甲基化调控组蛋白修饰和癌基因表达新机制
N6-甲基腺嘌呤 (m6A) 是哺乳动物RNA最常见的修饰，对多种生理和病理过程中基因表达有广泛的影响。前期研究发现，N6-腺嘌呤甲基化的mRNA可解除DNA上的甲基化促进染色质开放，这个表遗传机制在激活食管癌的癌基因表达中起重要作用(Nature Genetics, 2022)。转录组中的另一类RNA即染色质相关RNA也可以被甲基化，但其生物学作用所知甚少。超级增强子产生的RNA (seRNA)是重要的染色质相关RNA，以前被认为是无功能的转录噪声。但随着对其深入研究，现已知道超级增强子可通过其seRNA对基因表达起调控作用。既然seRNA对基因表达有调控作用，那么其m6A修饰到底会有什么样的作用？这个问题悬而未决。最近有研究报道，在小鼠胚胎干细胞中，seRNA-m6A可改变染色质状态和基因表达。但seRNA-m6A在人类细胞中是否有类似的作用？在疾病状态如癌细胞中它的作用又如何？
超级增强子表达seRNA具有显著的组织和细胞特异性。该研究以胰腺癌为对象，发现胰腺癌细胞的seRNA-m6A含量显著高于正常细胞，其原因是由于胰腺癌细胞高表达m6A甲基转移酶METTL3的协同因子CFL1。高表达的CFL1使seRNA一转录出来就被m6A修饰。m6A-seRNA随后被YTHDC2识别，后者招募组蛋白甲基转移酶MLL1，使邻近染色质区域的组蛋白H3K4三甲基化增加，导致局部染色质开放使癌基因表达上调。
该研究运用了先进的ATAC-seq、RNA-seq和m6A-seq等多组学和多组学数据的整合分析策略，除了揭示CFL1-YTHDC2-MLL1表观调控轴可促进染色质开放和相应癌基因表达外，还积累了大量可靠数据，为全面的泛癌研究打下了重要基础。因为超级增强子表达具有显著的细胞和组织特异性，泛癌研究对于进一步阐明这种表观转录组和表观基因组串扰在肿瘤形成和进展中的生物学作用具有重要意义。
CFL1-YTHDC2-MLL1调控轴促进胰腺癌染色质开放和癌基因转录的模式图
以上研究成果以“Super-enhancer RNA m6A promotes local chromatin accessibility and oncogene transcription in pancreatic ductal adenocarcinoma”为题发表于Nature Genetics，肿瘤防治中心博士研究生李芮、博士研究生赵鸿哲和副研究员黄旭东为文章的共同第一作者；郑健研究员和林东昕院士为该研究论文的共同通讯作者。
来源：中山大学肿瘤防治中心
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