编者按
科技兴则民族兴，科技强则国家强。为了更好的展现学校科研动态，增强广大科研工作者的认同感、归属感、自豪感，激发科研创新活力、促进学科交叉融合，科学研究院将持续汇总报道校内各单位重要科研进展，诚邀各单位积极来稿。
OUTLINE
内容速览
1.物理学院王彪教授-李华山教授团队在材料属性预测方面取得新进展
2.地球科学与工程学院师超凡副教授团队在NSR上发表化石昆虫捕捉足功能形态演化研究成果
3.生态学院储诚进教授课题组揭示资源供给方式与资源类型对表象竞争模型性质的影响
4.材料科学与工程学院彭飞副教授团队在Chemical Engineering Journal发表微纳马达在神经修复方面的最新进展
5.公共卫生学院静进教授和朱艳娜副教授团队揭示孤独症儿童肠道菌群的调节作用
6.肿瘤防治中心赵洪云、杨大俊、张力团队揭示BCL-2抑制剂APG-2575增强非小细胞肺癌免疫治疗疗效的机制
（1）物理学院王彪教授-李华山教授团队在材料属性预测方面取得新进展
基于统计机制的机器学习(ML)方法最近被广泛应用于物理、材料等研究中，以实现准确的性能预测和逆向设计。由于晶体对称性是凝聚态系统的基本属性，针对对称性的感知与识别对于准确预测材料电学性质和微观响应至关重要。然而由于卷积神经网络在感知对称性方面的固有缺陷，现有的ML算法仍然很难感知空间群中全部对称性变换。即使晶体对称性被隐式地包含在由图模型生成的材料表征中，空间特征仍会由于卷积操作而缺失对于旋转、反射、螺旋轴与滑移面等复杂变换的检测。因此，准确识别晶体对称性并强化属性预测是突破当前ML算法缺陷并增强可解释性与泛化性的关键。
研究团队开发了一种名为基于对称性增强的等变性网络(SEN)的新型ML模型，通过构建基于胶囊网络的变分自编码器识别任意对称性变换空间模式，并构建材料的化学环境以学习原子相互作用和晶体系统的空间特征。团队通过定量分析和可解释性研究表明，基于团簇-性质映射的SEN模型可以准确地感知晶体对称性，把对称性信息转换为团簇间的等价性和相似性信息，并通过减少有效特征空间强化预测性能。SEN模型解决了常规ML方法在高对称空间群中表现不佳的问题，在预测带隙和形成能时，平均绝对误差(MAE)分别为0.18eV和0.018eV/atom。
晶体胶囊表征示意图。（a）胶囊机制编码先验空间变换特征；（b）材料的晶体胶囊集合结构
以上研究成果以“Material symmetry recognition and property prediction accomplished by crystal capsule representation”为题发表在国际期刊Nature Communications。物理学院梁超博士后为第一作者，王彪教授和李华山教授为共同通讯作者。
来源：中山大学物理学院
https://mp.weixin.qq.com/s/H6AUJGsU9sj8k-92NNOIzg
（2）地球科学与工程学院师超凡副教授团队在NSR上发表化石昆虫捕捉足功能形态演化研究成果
昆虫在四亿年的演化历程中特化出多样的捕食器官，并衍生出不同的捕食策略、取食对象及分异的生态位。捕捉足是其中十分具有代表性的一类捕食器官，在昆虫纲中多次独立起源。其中，脉翅目螳蛉科（Neuroptera: Mantispidae）的演化历史最长，化石丰富，捕捉足多样化程度高，为研究昆虫捕食器官的功能形态学及其对支系演化的影响提供了范例。本研究结合支序学、几何形态、力学建模分析和生态学的数据与方法对螳蛉捕捉足及其谱系多样化历史进行了研究。
本文对化石与现生螳蛉捕捉足进行了三维重建，分别对数值模型和3D打印模型进行了有限元分析和力学实验，模拟了捕捉足夹持和穿刺猎物的场景。综合捕捉足在捕食过程中自身受力情况、施加于猎物的应力、穿刺猎物所需的力以及捕食距离等多项功能性状量化分析显示：螳蛉科演化的第一阶段捕捉足以基础功能为主，捕捉距离较大，无穿刺能力，能够施加给猎物较强的力，自身承受应力较小；第二阶段功能开始特化，增强对猎物的力或开始具有穿刺能力，但是夹持时自身应力也显著增大；第三阶段功能更为多样化，多个性状指标的最强值出现在第三阶段，同时负效应较第二阶段减小，整体趋于更稳定的状态。
系统发育回归分析显示，螳蛉捕捉足的形态分异与功能性状表现为显著的强相关，结合捕捉足演化速率与祖先状态重建的结果表明，捕捉足功能的特化由形态的变异所驱动，其演化对支系的分化具有重要影响，股节刺的演变在其中发挥了重要作用。
螳蛉科支系数变化与净多样化率表明，螳蛉科经历了两个辐射期。第一次辐射演化发生在侏罗纪–早白垩世，推测为三叠纪末大灭绝事件导致空出大量新的生态位，随着陆地生态系统的恢复，捕捉足的类型与属种多样性同步上升。但在第二个辐射期，螳蛉科支系多样化滞后于前足演化速率。捕捉足在晚白垩世开始的快速演化，推测为被子植物的崛起，引发植物以及植食昆虫引起的生态空间革新刺激了捕食器官的多样化，为螳蛉的第二次物种辐射奠定了基础。
演化速率、支系数分析结果与地史时期栖息地年均温
以上研究成果以“The associated evolution of raptorial foreleg and mantispid diversification during 200 million years”为题发表于期刊National Science Review，地球科学与工程学院赖大航为第一作者，师超凡副教授为共同通讯作者。
来源：中山大学地球科学与工程学院
https://mp.weixin.qq.com/s/1editb1ddmpyiUUpRWrY_A
（3）生态学院储诚进教授课题组揭示资源供给方式与资源类型对表象竞争模型性质的影响
生物之间的相互作用是影响种群动态、物种共存和群落结构的关键因素。传统研究通常基于表象竞争模型（Phenomenological model，如Lotka-Volterra模型）描述物种相互作用对种群动态的影响。表象竞争模型仅描述了物种相互作用的净结果，没有明确考虑具体的生态学过程（例如资源竞争）。虽然机理竞争模型（Mechanistic model，如消费者资源模型）明确包含了物种之间的竞争机制，但是实证研究中量化全部的消费者与资源的互作参数十分困难。与之相比，表象竞争模型与实证研究的联系更为紧密。因此，阐明表象竞争模型与机理竞争模型的关系，可为实证研究中选取合适的种群动态模型提供依据，为在全球变化背景下更准确拟合和预测种群动态提供基础。
研究团队通过理论模型推导和长期观测数据验证，该研究（1）探索了资源的供给方式和资源类型如何影响表象竞争模型的形式，（2）比较了不同表象竞争模型对长期演替过程中草本植物种群动态的解释和预测能力，（3）探索了资源供给比例如何影响表象竞争模型的关键参数（内禀增长速率和相互作用强度），进而决定不同的竞争结局。
研究发现，当物种竞争logistic供给下的可替代或必需资源时，种群动态可用经典的Lotka-Volterra模型描述；当物种竞争恒化供给的必需资源时（例如植物），该研究推导得到一个新的模型，称为倒数模型（Reciprocal model）。基于55年演替过程中的植物种群动态数据，该研究发现倒数模型在解释和预测植物种群动态中的表现远优于Lotka-Volterra模型，与理论预期一致。该研究还发现，不同资源竞争情形下，资源供给比例对物种的内禀增长速率和竞争强度的影响也不相同，进而决定了不同的竞争结局。
不同资源供给形式和不同资源类型下的消费者-资源模型与对应的表象竞争模型
以上研究成果以“Joint effects of resource supply and resource types on properties of population dynamic models”为题发表于期刊Journal of Ecology， 生态学院肖俊丽博士后为论文的第一作者，储诚进教授为通讯作者。
来源：中山大学生态学院
https://mp.weixin.qq.com/s/cZiewoHG7L5P1EiWTnR09Q
（4）材料科学与工程学院彭飞副教授团队在Chemical Engineering Journal发表微纳马达在神经修复方面的最新进展
神经创伤、神经系统疾病通常会导致不可逆的神经元损伤，威胁患者的健康和生命。而神经干细胞具有自我更新、分化和环境调节的能力，干细胞治疗有望成为神经损伤提供一种治疗手段。然而，目前在细胞植入精度和神经元连接恢复等方面受到限制。
彭飞副教授团队提出了一种小型化的微纳米马达支持神经干细胞的生长，并通过外部磁场对其进行精确的运输，在目标区域允许可控的细胞释放，促进神经通路的重建。在本研究中，采用了微流控技术制备的海藻酸水凝胶微纳米马达，用于封装神经干细胞和磁性纳米颗粒，还包括一个体内试验来验证微马达的有效性，这个独特的平台有可能为促进靶向细胞治疗提供的新途径。与以往的治疗方法 (如原位注射、植入手术支架) 相比，微纳米马达作为无创可控的驱动装置的出现，为神经再生提供了一个有前景的互动平台。
该马达选用海藻酸水凝胶材料为基底，通过毛细玻璃搭建的双液相微流设备，制备了可降解的、生物相容性良好的螺旋支架，避免了使用细胞毒性材料，与此同时，该制备方法不需要繁琐的程序、复杂的实验装置、高昂的费用和劳动力成本。此外，它还为细胞提供了多孔的三维网络，用于气体和营养交换。微纳米马达可高效地运输多类细胞，同时负载所需的材料和生长因子，以加快修复过程。马达在外部磁场操纵下实现了无线驱动，确保了神经干细胞精确交付到所需位置，该水凝胶支架也起到隔离层的作用，防止细胞直接暴露在微流体环境中或面临免疫系统监视，最大限度地减少细胞损失并保持细胞功能。在目标位点，微纳米马达完成酶响应细胞释放、增殖和细胞间信号通路的激活。来自微纳米马达的神经干细胞在维持其分化能力的同时，在体内建立神经元间的连接，通过电生理检测与行为学观察等，验证了促进功能性神经细胞相互作用的修复。因此，该集成化微型马达为指导神经干细胞再生和重建神经通路提供了一个综合平台，为解决神经退行性疾病和神经创伤等提供了一个潜在的解决方案。
负载神经干细胞的螺旋水凝胶微马达的制备及其应用于神经再生的示意图
以上研究成果以 “Helical Hydrogel Micromotors for Delivery of Neural Stem Cells and Restoration of Neural Connectivity”为题发表于 Chemical Engineering Journal。中山大学材料科学与工程学院2021级硕士研究生刘愫怡为独立第一作者，中山大学材料科学与工程学院彭飞副教授为通讯作者。
来源：中山大学材料科学与工程学院
https://mp.weixin.qq.com/s/RvCY6yJSr0eeLiDGjZkpZw
（5）公共卫生学院静进教授和朱艳娜副教授团队揭示孤独症儿童肠道菌群的调节作用
胃肠道（GI）症状是孤独症谱系障碍（ASD）常见的并发症状之一，包括便秘、腹泻、腹胀和腹痛等，可加重ASD症状，并与各种异常行为、免疫失调和代谢功能障碍相关。这提示ASD儿童的胃肠道问题不容忽视，寻找其危险因素是减缓ASD儿童胃肠道症状的重要方法。
ASD儿童并发的胃肠道症状最初受到关注是因为他们遭遇的喂养问题，研究报道ASD儿童出现喂养问题的可能性是正常发育（TD）儿童的5倍。我们的最新研究也表明，ASD儿童膳食不平衡是胃肠道症状的独立危险因素。饮食可快速改变微生物群组成和动态平衡。有研究表明，饮食诱导的多种疾病症状可由变化的肠道菌群所介导，这提示自闭症改变的肠道菌群是否可调节其饮食与胃肠道症状之间的关系？此外，肠道菌群可产生多种代谢产物，如胆汁酸、短链脂肪酸（SCFAs）、色氨酸代谢物和甲烷等，它们对胃肠功能具有重要影响，这进一步提示由肠道菌群产生的代谢产物是否会驱动ASD儿童并发的胃肠道症状？
研究基于16S rRNA和非靶向代谢组学分析了90名ASD和90名TD儿童的微生物组和代谢组学数据，并进行了膳食摄入和胃肠道症状评估。研究发现，与TD儿童相比，ASD儿童分别有11个肠道菌群（经FDR校正的p值< 0.05）和397个代谢产物发生改变（p值< 0.05）。在11个改变的肠道菌群中，Turicibacter、Coprococcus 1和Lachnospiraceae FCS020与便秘呈正相关（FDR校正p值< 0.25）；Eggerthellaceae与胃肠道症状总分数呈正相关（经FDR校正的p值< 0.25）。更重要的是，三种增加的肠道菌群Turicibacter、Coprococcus 1和Eeggthellaceae正向调节了ASD儿童膳食不平衡与胃肠道症状的关系，而减少的Clostridium sp. BR31负向调节了它们之间的关系（p值< 0.05）。总之，改变的肠道菌群加强了ASD儿童膳食不平衡与胃肠道症状之间的关系。在改变的代谢物中，共筛选出10种肠道菌群（Turicibacter, Coprococcus 1, Eggerthellaceae和Clostridium sp. BR31）产生的代谢产物，它们富集于8条代谢途径，并被确定与ASD儿童的胃肠道症状相关（FDR校正p值< 0.25）。这些代谢组学研究结果进一步支持了肠道菌群在ASD儿童膳食不平衡与胃肠道症状关系中的调节作用。
研究结果示意图
以上研究成果以“Multi-omics analyses demonstrate the modulating role of gut microbiota on the associations of unbalanced dietary intake with gastrointestinal symptoms in children with autism spectrum disorder”为题发表于Gut Microbes，中山大学公共卫生学院妇幼卫生学系静进教授和朱艳娜副教授为该论文的共同通讯作者，博士生李海林为第一作者。
来源：中山大学公共卫生学院
https://www.sysu.edu.cn/info/2121/36862.htm
（6）肿瘤防治中心赵洪云、杨大俊、张力团队揭示BCL-2抑制剂APG-2575增强非小细胞肺癌免疫治疗疗效的机
抗肿瘤免疫治疗是当下的研究热点，免疫检查点抑制剂已在多种晚期肿瘤中获批相应适应症，但大多数患者无法避免的会出现免疫耐药，非小细胞肺癌免疫治疗单药有效率仅20%左右。因此，进一步探索高效低毒的免疫联合治疗方案，扩大临床获益人群是亟待解决的问题。
研究团队前期在探索抗肿瘤免疫联合治疗策略提高免疫治疗疗效方面完成了大量的工作，在前面的工作基础上，研究团队进一步探索抗肿瘤免疫联合治疗新策略，开展了我国自主研发的1类创新药物BCL-2抑制剂APG-2575联合PD-1单抗的临床前研究。在CD34+人源化老鼠和C57BL/6老鼠肿瘤模型中证实了APG-2575与PD-1单抗可通过增加肿瘤微环境中CD8+ T细胞的浸润进而发挥协同抗肿瘤作用。且APG-2575发挥增强CD8+ T细胞抗肿瘤免疫的作用依赖于巨噬细胞。
接下来，研究团队研究发现APG-2575可有效的促进巨噬细胞由M2型再极化成M1型，且APG-2575对巨噬细胞极化的调控不依赖于其靶点BCL-2。进一步机制研究证实了APG-2575通过激活NF-κB/NLRP3信号通路进而促进M2型肿瘤相关巨噬细胞向M1型巨噬细胞极化，最终介导减弱肿瘤微环境免疫抑制的新作用。该研究为非小细胞肺癌免疫治疗联合新模式的开发与发展提供了全新的视角，为未来非小细胞肺癌免疫治疗临床试验中联合APG-2575和PD-1单抗的治疗提供了新的临床前证据。
研究示意图
以上研究成果以“The BCL-2 inhibitor APG-2575 resets tumor-associated macrophages toward the M1 phenotype, promoting a favorable response to anti-PD-1 therapy via NLRP3 activation”为题发表于期刊Cellular & Molecular Immunology， 中山大学肿瘤防治中心赵洪云教授、杨大俊研究员、张力教授为该文章的通讯作者，罗繁博士后、李涵医师、马文娟副主任医师、曹佳欣博士后、陈群博士研究生为该文章的共同第一作者。
来源：中山大学肿瘤防治中心
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