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.物理学院郑跃教授团队在磁斯格明子研究方面取得新进展
2.生命科学学院松阳洲教授、黄燕副教授团队在端粒结构稳态研究中取得重要进展
3.材料科学与工程学院石铠源副教授课题组在氧化还原增强型电解液取得最新进展
4.中山医学院张萍/刘超/杨超团队核膜蛋白SUN2通过调节NS1介导的细胞骨架重组促进黄病毒复制
5.肿瘤防治中心刘卓炜教授团队在降低造口旁疝发生率取得新进展
（1）物理学院郑跃教授团队在磁斯格明子研究方面取得新进展
斯格明子（Skyrmion）这一概念最早源于英国物理学家托尼·斯格明（Tony Skyrme）1962年提出的一个关于拓扑保护的理论模型，用以描述高能物理中强子的稳定性。后来，研究者把具有相同拓扑构型的矢量场结构命名为斯格明子（Skyrmion）。近年来，斯格明子在磁性、铁电、液晶、光学等不同体系中被广泛发现和研究。其中，磁斯格明子由于其独特的拓扑特性赋予了其像粒子一样稳定存在并且在外场作用下自由驱动的能力，被认为是构建未来自旋电子学器件的理想信息载体。基于磁斯格明子的运动、产生和湮灭等动力学特性，有望开发高密度、低能耗、非易失性存储器件、神经形态器件、随机和量子计算器件等新型电子器件。
最近的实验观测和计算机模拟发现磁斯格明子即使在低负载情况下依然能发生显著的结构形变，意味着它们可能出乎意料的“软”。郑跃教授团队研究了电流与线缺陷共同“夹持”作用下磁斯格明子的形变与运动情况，磁斯格明子的形变与平移在微观上对应于不同的自旋集体翻转模式，通过虚功原理可以建立起这些翻转模式的能量上的联系，并且解析给出与磁斯格明子形变和运动相关的广义力的表达式。在该理论框架下，磁斯格明子的形变与运动需要遵循广义力学平衡方程。
基于上述理论框架，该研究进一步发现磁斯格明子的形变行为可以用一个新的物理量——柔度（flexibility）描述，同样电流下柔度大的磁斯格明子会发生更大的形变。通过微磁模拟计算了不同情况下磁斯格明子的形变行为，并与磁斯格明子的广义力学模型预测的结果进行了对比，验证了该模型的正确性。另一方面，该工作研究了不同柔度的磁斯格明子的电流输运特性曲线。当柔度较大时，经典的磁斯格明子动力学模型出现很大偏差，而基于磁斯格明子广义力学的拓展模型能很好地吻合数值模拟的结果。该工作进一步报道由于磁斯格明子柔度不同导致解钉扎电流出现3至5倍差异。这项研究扩展了现有的磁斯格明子动力学理论框架，提出了磁斯格明子柔度的概念，并揭示了其对磁斯格明子动力学的影响，为理解磁斯格明子在现实器件中的动力学行为提供了有益启示。研究团队正在搭建具有高时空分辨率的磁光克尔测量与显微成像系统，开展磁斯格明子形变动力学的实验研究。
磁斯格明子在电流与线缺陷作用下的广义力学模型。（a）磁斯格明子受力分析图；（b）磁斯格明子平移和形变对应的自旋翻转模式；（c）不同广义力引起的磁斯格明子形变
以上研究成果以“Emergent Mechanics of Magnetic Skyrmions Deformed by Defects”为题发表在Physical Review Letters上，物理学院为第一完成单位，博士后刘林杰为第一作者，郑跃教授和材料学院陈伟津教授为论文通讯作者。
来源：中山大学物理学院
https://mp.weixin.qq.com/s/8nnTjB0pQAToRzIyDATlHw
（2）生命科学学院松阳洲教授、黄燕副教授团队在端粒结构稳态研究中取得重要进展
端粒是真核生物染色体末端的特殊结构，由串联重复序列TTAGGG和被称为“端粒体”的蛋白质复合物构成，其主要生物学功能是阻止线性染色体末端被识别为双链断裂及由此诱发的DNA损伤反应，起到保护基因组稳定性的作用。大部分肿瘤细胞延伸端粒依赖端粒酶，另外有10-15%的肿瘤细胞通过端粒延伸替代机制（alternative lengthening of telomere，ALT）延伸端粒。TERRA是从亚端粒区转录出的含端粒重复序列的长链非编码RNA，可入侵到DNA双链中，与模板链形成RNA: DNA杂合链，称为R-loop结构。研究表明，R-loop结构可调控DNA相关的生物学过程，包括转录终止、基因调控、端粒稳态和 DNA损伤修复等，R-loop失调会造成如DNA损伤、转录延伸缺陷、染色体重组等基因组不稳定因素。其中R-loop结构对于ALT途径及端粒稳态的调控至关重要。因此找到新的端粒R-loop相关蛋白组分，对于认识端粒结构、理解肿瘤的发生发展及开发靶向型肿瘤药物都具有非常重要的意义。
本研究利用端粒体蛋白的双分子荧光互补（bi-molecular fluorescence complementation，BiFC）技术，结合RNA: DNA互作蛋白的质谱数据，筛选鉴定出ILF3是一个新的端粒R-loop结合蛋白。通过微量热泳动、免疫共沉淀、免疫荧光等实验，证明了ILF3作为端粒 R-loop Reader，以RNA依赖的方式定位在端粒上。此外，利用课题组自主开发的新型快速生物素邻近标记技术PhastID（已获国家发明专利授权），鉴定出ILF3与DHX9相互作用并阻止了TERRA进一步侵入到端粒双链DNA中，从而抑制过多的R-loop的形成。ILF3功能缺失增加了TERRA的转录，导致R-loop在端粒上积聚，增加了端粒损伤TIFs的水平。端粒脆性和染色体外端粒重复序列的增加，引起DNA损伤反应和端粒结构的异常，激活了同源重组介导的ALT通路，并最终导致了端粒的异常延伸。
实验装置及器件性能示意图
以上研究成果以“ILF3 safeguards telomeres from aberrant homologous recombination as a telomeric R-loop reader”发表于Protein and Cell，生命科学学院16级博士生王传乐（现为中山大学孙逸仙纪念医院肿瘤内科博士后）和黄燕副教授为论文共同第一作者。黄燕副教授及松阳洲教授为共同通讯作者
来源：中山大学生命科学学院
https://mp.weixin.qq.com/s/Y7MhlLxwkofamzsrodpIpg
（3）材料科学与工程学院石铠源副教授课题组在氧化还原增强型电解液取得最新进展
在众多的电化学储能技术中，锌离子混合电容器具有广阔的应用前景，它将超级电容器的高功率密度与金属离子电池的高能量密度的优点结合在一起。金属锌作为阳极活性材料和集流体具有高容量、低氧化还原电位和低成本效益的优势。尽管活性炭作为阴极材料提供了良好的循环性能，但锌阳极会产生许多不可逆的电化学反应，包括析氢反应、枝晶生长和副产物的生成等。寄生反应会引起库仑效率的降低，从而导致储能器件失效。此外，现有的混合电容器能量密度低，导致其无法商业性使用，需要进一步提高混合电容器的电化学性能。石铠源课题组研究了一系列的芳香族功能分子作为添加剂优化设计电解液，在此基础上提出将具有氧化还原活性蒽醌类分子对水系电解液修饰改性。采用所制备的氧化还原增强型电解液提高了混合电容器的比容量，同时利用去溶剂化效应提升了电极的界面稳定性，进而有效地延长了混合电容器的使用寿命。
课题组发现了结构相似的氧化还原添加剂——蒽醌类化合物具有提高电极界面稳定性和比容量的普遍规律，通过理论计算和多项实验发现蒽醌类化合物中含有的-SO3-、-COOH和-OH吸电子基团与Zn2+之间有良好的相互作用，可以调控电解液溶剂化结构，加入的有机分子降低了Zn2+-H2O的相互作用，从而诱导水系电解液活性降低。研究表明，苯环骨架提高了电解液的稳定性，拓宽了电化学窗口，延长了电极循环寿命；-C=O通过与质子的可逆氧化还原反应实现贡献额外容量，进而提高了混合电容器的比容量。循环伏安曲线中突出的氧化还原峰为AQ/AQH2的可逆氧化还原反应提供了证据。电解液的氧化还原行为源于ZnSO4水解电离产生的H+，H+通过格罗特斯机制(Grotthuss mechanism)在电解液中可逆转递，并与电解液中的有机分子发生反应。课题研究了一系列具有氧化还原特性的蒽醌分子，循环性能测试显示氧化还原增强型电解液有效提升了电极比容量，获得的混合电容器展现了良好的循环稳定性。
蒽醌类分子作为氧化还原增强型电解液的研究
以上研究成果以“Unveiling the potential of redox electrolyte additives in enhancing interfacial stability for Zn-ion hybrid capacitors”为题发表在Energy Storage Materials期刊上，材料科学与工程学院21级学硕甘雄日为第一作者，21级本科生章陈然为第二作者，材料科学与工程学院为论文第一完成单位，石铠源副教授为论文末位通讯（唯一）作者。
来源：中山大学材料科学与工程学院
https://mp.weixin.qq.com/s/xkHKZ6q5uNPBHfxV0vSmyw
（4）中山医学院张萍/刘超/杨超团队核膜蛋白SUN2通过调节NS1介导的细胞骨架重组促进黄病毒复制
黄病毒包括登革病毒（DENV）、寨卡病毒(ZIKV)和日本脑炎病毒(JEV)等，大多通过蚊媒传播，是目前流行范围最为广泛、感染人数最多的传染病之一，对全球公共卫生构成巨大威胁。黄病毒的感染不仅引起轻微的、自限性疾病（如登革热与登革出血热），还与神经系统疾病密切相关（如新生儿小头畸形、脑炎、格林-巴利综合征等）。然而，目前临床上仍无针对性药物。黄病毒是单正链RNA病毒，只能编码十个病毒蛋白，必须募集与挟持宿主蛋白以完成其生命周期。鉴定和阐明参与病毒复制过程的宿主蛋白，可为抗病毒药物的筛选提供新的靶标。
研究人员首先发现敲除内核膜蛋白SUN2后，多个黄病毒成员包括ZIKV、DENV2和JEV的复制水平明显下降。有趣的是，SUN2的同功蛋白——SUN1的缺失对这些病毒的复制并没有影响。定位于核膜的蛋白是如何调控在细胞质中进行的病毒复制呢？研究人员通过复制子实验和透射电镜实验，发现SUN2主要调控黄病毒的基因组RNA复制，并观察到SUN2参与了病毒诱导的内质网膜重塑和复制囊泡的形成。作为黄病毒RNA复制的重要场所——病毒复制囊泡，是由病毒的非结构蛋白共同驱动细胞骨架和内质网膜重构形成。那么，SUN2是如何调控复制囊泡形成的呢？研究人员发现SUN2敲除后，病毒非结构蛋白NS1与骨架蛋白actin的结合显著下降，并减弱了actin的重构，提示SUN2是介导NS1/actin结合、内质网和细胞骨架重构的关键蛋白。
SUN2位于细胞内核膜，它是如何“遥控”细胞质骨架运动的呢？研究人员推测： SUN2可能通过与之相连的外核膜蛋白（Nesprins）传递机械力，来指导细胞质骨架的运动。免疫共沉淀实验表明SUN2、Nesprin、actin和NS1的确存在互作；在病毒感染后，外核膜蛋白Nesprins以SUN2依赖的方式向核周聚拢。当破坏Nesprins结构完整性后， NS1与actin的互作减弱，表明SUN2与Nesprins共同介导了NS1-actin诱导的复制囊泡的形成。此外， Nesprins的负显性表达，与SUN2敲除一样，显著下调病毒的复制水平。最后，研究人员利用病毒感染的乳鼠模型，证实SUN2敲除使得寨卡病毒在动物体内的复制、传播和致病力都大大减弱。
SUN2促进黄病毒复制的分子机制
以上研究成果以“Nuclear membrane protein SUN2 promotes replication of flaviviruses through modulating cytoskeleton reorganization mediated by NS1”为题发表于Nature Communications，中山医学院张萍教授、刘超副教授和中山大学附属第一医院杨超主任医师为该论文的共同通讯作者，博士后黄燕霞、直博生彭秦钰和硕士生田旭为本论文的共同第一作者。
来源：中山大学中山医学院
https://mp.weixin.qq.com/s/YTGDMYHNJwv4kKijwCLfyA
（5）肿瘤防治中心刘卓炜教授团队在降低造口旁疝发生率取得新进展
膀胱癌是泌尿生殖系最常见恶性肿瘤之一，初诊的膀胱癌中约30%为肌层浸润性肿瘤，需行膀胱癌根治术合并尿流改道手术。目前最常用的尿流改道方法为回肠导管术和原位新膀胱术，但临床并发症并不少见，且时间越长并发症越多；与造口有关的并发症中，造口旁疝最常见。发生造口旁疝的患者当中，有大约一半会出现腹部不适、急性嵌顿疝、肠梗阻等，从而需要进一步手术修复。既往有文献报道，术中应用人造补片对术后造口旁疝有一定预防作用，但人造补片可能带来额外并发症，如感染、瘘管等，并且增添患者医疗费用。
本研究设置了改良组（腹膜外化术式）和对照组（传统回肠导管术式），符合入排标准的患者按1:1随机入组，每组共纳入52例患者。两组患者术式的主要差别为：改良术式为回肠导管经过腹膜外隧道至腹壁，传统术式为直接穿透腹膜至腹壁。除此之外，其余手术步骤均保持一致，并在术后接受规律的CT复查以评估影像学上造口旁疝的发生率。患者及负责评估的影像科医生对分组情况保持双盲。
入组的104例膀胱癌患者均完成了对应方案的手术治疗，对照组患者中位随访时间为32个月，改良组为30个月。对照组中患者造口旁疝的发生率为28.8%（15/52），而改良组中的发生率则为11.5%（6/52）。两组的造口旁疝风险比值（HR值）为0.374。通过多因素Cox回归分析矫正年龄、性别、BMI等因素后，两组间的造口旁疝发生率仍有显著差异，风险比值为0.333。在术中出血、手术时间、术后住院天数等围术期方面，以及术后其它并发症发生率方面，两组间无显著差异。
研究发现，改良的腹膜外化回肠导管术式对于降低患者术后造口旁疝的发生具有较好的效果，为临床应用腹膜外化改良回肠导管术提供了循证医学证据。相较于传统回肠导管，该改良术式不会增加手术难度、术后其它并发症，且没有使用额外耗材，不会增加患者经济负担，是一种更好的手术方式选择。
研究示意图
以上研究成果以“Extraperitonealization of the ileal conduit decreases the risk of parastomal hernia: A single-center, randomized clinical trial”为题发表于Cell Reports Medicine，中山大学肿瘤防治中心刘卓炜教授、李志勇副主任医师、周芳坚教授为该论文的共同通讯作者。肿瘤防治中心博士研究生周朝晖、博士研究生熊龙滨、尧凯主任医师、影像科马华丽主治医师、危文素主治医师为该论文的共同第一作者。
来源：中山大学肿瘤防治中心
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转自：“中大科研”微信公众号
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