Uracil

引言这是一个关于一块神秘头骨、一个早已消失的古老人类种群，以及从一口“牙垢”中撬动惊天秘密的故事。这不仅仅是一次考古发现，更像是一部情节跌宕的侦探小说，只不过，案发现场在14.6万年前的中国东北，而我们的侦探，是手持基因测序仪的现代研究人员。故事的主角，是一块被称为“哈尔滨古人类头骨”的化石，它因为巨大的脑容量、粗犷的眉弓和近乎完整的形态，曾被一些研究人员命名为一个全新的物种——“龙人”(Homo longi)。它究竟是谁？是我们智人(Homo sapiens)失散多年的兄弟，还是一个全新的、独立的人类分支？长久以来，这块头骨静静地躺在博物馆里，保守着自己的身世之谜。现在，这个谜题的答案，终于被一篇发表在《Cell》上的研究“Denisovan mitochondrial DNA from dental calculus of the >146,000-year-old Harbin cranium”揭晓了。该研究用严谨的数据和巧妙的技术，让我们得以聆听这块远古头骨的“亲口述说”。让我们一起走进实验室，看看研究人员是如何让这位沉睡了十几万年的“龙人”开口，讲述那个冰河时代波澜壮阔的家族史诗。“龙人”的身份悬案：一块头骨引发的家族谜题故事，要从这块非凡的头骨化石说起。哈尔滨古人类头骨，无疑是古人类学领域的一颗璀璨明珠。它的保存状态好到令人难以置信——一个几乎完整的头颅，让我们能够清晰地一窥这位远古先民的真实面貌。它拥有一个巨大的脑容量，接近现代人的平均水平，但同时又保留着许多古老的特征：宽阔低矮的脸庞、巨大的方形眼眶、粗壮的眉弓，以及硕大的臼齿。这种“新”与“旧”的奇特混合，让研究人员们陷入了深深的思索。它不像典型的尼安德特人(Neanderthals)，也与我们直系祖先智人有着明显的区别。正因如此，最初的研究将其划定为一个全新的物种——“龙人”，并认为它可能是一个与我们智人亲缘关系非常近的姊妹群。这个论断，无疑在古人类学界投下了一颗重磅炸弹。如果“龙人”是一个独立的物种，那么亚洲的远古人类演化图谱将被彻底改写。这意味着，在十几万年前的东亚大陆上，活跃着一支我们前所未知的、智慧而强大的古老人群。但是，仅凭形态学(morphology)的判断，总会留下争议的空间。骨骼的形状可以告诉我们很多信息，但它无法揭示最核心的秘密——亲缘关系的远近，以及它在人类演化谱系中的确切位置。要解开这个终极谜题，我们需要一把钥匙，一把能够直接读取生命蓝图的钥匙。这把钥匙，就是古DNA (ancient DNA, aDNA)。DNA，这个承载着所有生命信息的分子，就像一部详细的家族史。通过比对不同个体之间的DNA序列差异，我们就能绘制出精准的“家族树”，弄清楚谁是谁的表亲，谁是谁的祖先。然而，从几十万年前的化石中提取DNA，堪称是分子生物学领域难度最高的挑战之一。时间是DNA最大的敌人。生物死亡后，体内的DNA链会迅速降解，断裂成无数微小的碎片。更糟糕的是，环境中的微生物会入侵化石，它们的DNA会像潮水一样涌入，将原本就所剩无几的古DNA淹没。同时，在化石被发现、研究和保存的过程中，来自现代人的DNA污染(contamination)也无孔不入。研究人员一次呼吸、一个不经意的触摸，都可能让自己的DNA“鸠占鹊巢”。因此，要为“龙人”验明正身，研究人员必须直面这个几乎不可能完成的任务：从一块埋藏了超过14.6万年的化石中，找到属于它自己的、极其微量且严重片段化的DNA。这场关于“龙人”身份的悬案，正式进入了最关键的DNA取证阶段。绝境中的曙光：当骨头沉默，牙结石开口在古DNA研究领域，有一个公认的“宝库”——颞骨岩部(petrous bone)。这是位于我们耳道深处的一块骨头，是人体中最致密的骨骼，像一个天然的保险箱，能最好地保护脆弱的DNA分子。因此，当研究人员决定对哈尔滨头骨进行基因测序时，他们的第一个目标，自然就是这块“希望之骨”。他们小心翼翼地从头骨上钻取了微量的骨粉样本，前后进行了5次提取尝试。整个团队都屏住呼吸，期待着测序仪能够传来好消息。然而，结果是令人失望的。无论是颞骨岩部，还是牙齿内部的牙本质(dentine)，提取出的DNA都寥寥无几。其中属于古人类的DNA信号微弱到几乎可以忽略不计。这块在东北平原沉睡了十几万年的头骨，似乎因为经历了相对温暖湿润的环境，其内部的DNA已经消散殆尽。骨头，选择了沉默。难道“龙人”的身世之谜，真的就要成为一个永久的悬案了吗？就在所有人都感到希望渺茫之际，研究团队将目光投向了一个意想不到的地方——牙齿表面的一层黄色硬化物。这个东西，我们每个人都不陌生，它就是牙结石(dental calculus)，俗称“牙垢”。在我们的日常认知中，牙结石是口腔卫生的敌人，是需要被牙医清理掉的“垃圾”。但在古DNA研究人员眼中，它却是一座蕴藏着无尽宝藏的金矿。牙结石的形成过程非常巧妙：口腔中的食物残渣、细菌和脱落的口腔上皮细胞，在唾液中矿物质的作用下，会层层钙化，最终形成坚硬的结石。这个钙化过程，就像是为微观世界制作了一个个“化石胶囊”。被包裹在其中的细菌DNA、植物DNA，甚至是宿主本人的DNA，都被这层致密的矿物基质牢牢锁住，与外界环境隔绝开来。相比于疏松多孔的骨骼，牙结石为古DNA提供了一个更为稳定和安全的避难所。这是一个大胆而巧妙的设想。此前，虽然有研究成功从牙结石中提取过古人的DNA，但大多是针对几千或上万年的样本。要从一块超过14.6万年的化石牙结石中寻找宿主DNA，其难度和不确定性都是前所未有的。研究人员抱着“最后一搏”的心态，从哈尔滨头骨的臼齿上刮取了极其微量的牙结石样本。其中一份紧紧附着在牙齿上的样本，重量仅有0.3毫克——大约相当于几粒盐的大小。就是这微不足道的0.3毫克“牙垢”，成为了解开“龙人”身世之谜的唯一希望。研究人员将它放入试管，开启了新一轮的DNA提取实验。这一次，当测序数据出现在屏幕上时，所有人都看到了曙光：在海量的微生物DNA背景中，他们终于捕捉到了清晰的、属于一个古老人类的基因信号！牙结石，这个曾被我们鄙夷的口腔“垃圾”，在骨头沉默之后，终于开口说话了。DNA侦探的“火眼金睛”：在污染的海洋中打捞远古信号从0.3毫克的牙结石中找到DNA信号，仅仅是万里长征的第一步。接下来的挑战，更为艰巨。研究人员得到的原始数据，是一个混杂着数百万条DNA片段的“大染缸”。这里面有属于牙结石主人的远古DNA，有与他共生的古代口腔微生物的DNA，还有大量来自环境和现代人的污染DNA。这就好比，我们要在一座巨大的图书馆里，找到一本特定的、被撕成无数碎片、并且混杂在成千上万本其它书的碎片中的古书。这需要一双DNA侦探的“火眼金睛”。幸运的是，真正的古DNA，都带有一个独特的“时间印记”，或者说是它的“身份证”。这个印记被称为胞嘧啶脱氨(cytosine deamination)。DNA由四种碱基(A、T、C、G)组成。在生物死亡后，DNA链中的胞嘧啶(C)会随着时间的推移，慢慢地、自发地转变成尿嘧啶(U)。而在DNA测序过程中，尿嘧啶会被误读成胸腺嘧啶(T)。因此，在古DNA片段的两端，C到T的突变率会异常地高。这就像是古书页边缘因为年代久远而泛黄破损一样，是无法伪造的岁月痕跡。研究人员对哈尔滨头骨的DNA数据进行了分析，结果证实了他们的猜想。在DNA片段的第一个碱基位置，C到T的转换率高达52%！而在最后一个碱基位置，这个比率也达到了34%。这些数据有力地证明，他们手中的DNA确实是来自远古，而不是现代污染。然而，这也带来了新的问题。这些污染DNA同样来自现代“人”，要如何精确地区分“远古人”和“现代人”的DNA呢？研究人员首先评估了样本中的污染程度。他们使用了多种复杂的生物信息学算法，比如schmutzi和AuthentiCT。这些程序就像是经验丰富的古籍鉴定专家，能够根据DNA的损伤模式（如C到T的突变率）和片段长度，估算出样本中有多少比例是现代DNA污染。估算的结果令人心惊：样本中现代人类DNA的污染比例，高达56%到67%！这意味着，超过一半的“人类”DNA片段，都来自现代人，是需要被剔除的“噪音”。面对这片污染的海洋，研究人员采取了一种“沙里淘金”式的策略。他们知道，古DNA由于降解严重，其片段通常非常短。而现代污染DNA则相对完整，片段更长。于是，他们设定了一个严格的筛选标准：只分析那些长度小于60个碱基对的DNA片段。同时，他们利用了C到T突变这个特征，进一步富集可能属于古DNA的片段。他们巧妙地筛选出那些在两端带有明显C到T损伤特征的DNA片段，因为这些片段是“古老”的可能性最大。经过这一系列严苛的过滤，研究人员从最初数以万计的DNA片段中，最终筛选出了800多条高质量的、极有可能是真正属于哈尔滨古人类的DNA片段。虽然数量不多，但每一条都弥足珍贵。现在，研究人员手握800多片“天书”的碎片，下一步就是如何将它们正确地拼接起来，复原出这位牙结石主人的部分基因组。这里有一个关键的难题：我们拿什么作为“参考地图”来拼接这些碎片呢？为了解决这个问题，研究团队构建了一个更为公正的“复合地图”。他们综合了所有已知古人类和现代人类的数据，甚至包括了我们的近亲黑猩猩的基因组，构建了一个推测性的“古人类共同祖先”的线粒体DNA序列。线粒体DNA (mitochondrial DNA, mtDNA)是独立于细胞核DNA之外的遗传物质，它只通过母系遗传，演化速率快，是研究人类演化历史的利器。最终，他们成功拼接出了一个覆盖了线粒体基因组近一半（约7800-8200个碱基位点）的序列。这部沉睡了十几万年的“天书”，终于被部分地解读了出来。跨越时空的握手：哈尔滨古人类的西伯利亚“远亲”当哈尔滨古人类的线粒体DNA序列被成功复原后，激动人心的时刻到来了。研究人员将这段序列，与已知的各种古人类（包括18个尼安德特人、7个丹尼索瓦人、以及更古老的西班牙胡瑟裂谷人）和来自全球各地的58个现代人的线粒体DNA，一同放入了复杂的系统发育分析(phylogenetic analysis)软件中。这个分析过程，就像是进行一次大规模的“亲子鉴定”。计算机会根据所有DNA序列的相似性，自动构建一棵“生命之树”。在这棵树上，亲缘关系越近的个体，就会被聚在越近的枝丫上。树的结果清晰地呈现在屏幕上，答案是 unequivocal 的，不容置疑的：哈尔滨古人类的DNA，稳稳地落在了丹尼索瓦人(Denisovans)的谱系分支上！“龙人”，并非一个全新的物种。他的母系血脉，属于那个神秘的、被称为“人类第三支”的古老种群——丹尼索瓦人。这个发现本身已经足够震撼，但研究人员的分析并未止步于此。他们发现，丹尼索瓦人这个大家族内部，似乎也分成了不同的支系。此前在西伯利亚丹尼索瓦洞穴发现的7个个体，根据其生活的年代，可以被大致分为“早期”和“晚期”两组。晚期的丹尼索瓦人，如Denisova 3和Denisova 4，生活在约5万到8万年前。而早期的丹尼索瓦人，如Denisova 2和Denisova 8等，则生活在更为久远的12万到22万年前。那么，生活在超过14.6万年前的哈尔滨古人类，他更接近哪一支呢？系统发育树给出了初步的答案：哈尔滨古人类的线粒体DNA，与那些“早期”的西伯利亚丹尼索瓦人聚集在一起，形成了一个小的进化分支。这表明，他与这些古老的丹尼索瓦人有着更近的母系亲缘关系。为了进一步验证这个结论，研究人员进行了更为精细的位点分析，这也是该研究中最具说服力的证据之一。他们找到了6个关键的线粒体DNA位点。在这些位点上，早期的丹尼索瓦人都演化出了一个新的等位基因(derived allele)，而晚期的丹尼索瓦人则保留着和我们共同祖先一样的古老等位基因(ancestral allele)。这6个位点，就像是区分丹尼索瓦人内部“早期帮”和“晚期帮”的接头暗号。结果显示，在总共6个这样的“暗号”位点中，哈尔滨古人类在其中5个位点上，都完美地对上了“早期帮”的暗号。只有一个位点例外，这可能意味着哈尔滨古人类在丹尼索瓦人家族树中的位置，可能比已知的西伯利亚“早期帮”更为古老，或者处于一个平行的姐妹分支上。但总体而言，证据是压倒性的。哈尔滨古人类，这位来自中国东北的丹尼索瓦人，与数千公里之外、生活在西伯利亚阿尔泰山脉丹尼索瓦洞穴中的早期成员，在十几万年前，完成了这次跨越时空的基因“握手”。这一发现，彻底改写了我们对丹尼索瓦人的认知。它证明了，丹尼索瓦人并非仅仅局限在西伯利亚的某个洞穴里，而是一个地理分布极其广泛的种群。他们的足迹，从寒冷的北亚，到高海拔的青藏高原，再到广袤的东北平原，遍布亚洲大地。他们是冰河时代真正的东亚主宰者之一。为“幽灵”赋予血肉：当DNA遇见化石哈尔滨头骨的丹尼索瓦人身份被确认，其意义远远超出了简单的“验明正身”。它解决了一个长期困扰古人类学界的巨大难题：为“幽灵”赋予血肉。在这次研究之前，丹尼索瓦人对我们来说，更像是一个存在于基因序列中的“幽灵种群”。我们对他们的所有了解，都来自于西伯利亚丹尼索瓦洞穴中发现的几块微不足道的骨头碎片——一截指骨、几颗牙齿，以及在青藏高原发现的一块下颌骨。我们知道他们的DNA，知道他们曾与我们的祖先发生过基因交流，并将一部分基因遗传给了现代的亚洲和大洋洲人群。但我们几乎完全不知道他们长什么样。他们的头骨、他们的体型、他们的相貌，一切都是未解之谜。现在，哈尔滨头骨的发现，第一次将丹尼索瓦人的DNA与一个近乎完整的头颅直接联系在了一起。我们终于可以开始描绘这个神秘种群的真实面貌了。这个头骨告诉我们，丹尼索瓦人拥有一个非常大的大脑，智慧程度可能不亚于我们智人。他们有着宽阔的面庞和巨大的方形眼眶，这可能是为了适应东亚寒冷干燥的气候。他们没有像尼安德特人那样突出的面中部，但保留了粗壮的眉弓和低矮的颅骨。这种独特的形态组合，为我们解开东亚其他古人类化石的身份提供了关键线索。在国内，还发现了许多形态与哈尔滨头骨相似，但年代稍晚的化石，比如大荔人、金牛山人、华龙洞人等。过去，我们将他们笼统地称为“古老型智人”或“中间类型”。现在，有了哈尔滨头骨这个明确的“丹尼索瓦人形态模板”，我们有理由推测，这些形态相似的古人类，很可能也属于丹尼索瓦人大家族。他们可能共同构成了更新世中晚期(Middle Pleistocene)东亚大陆上一个形态多样、适应力极强的庞大“土著”人群。哈尔滨头骨，就像是一块“罗塞塔石碑”，一边刻着我们陌生的丹尼索瓦人基因，另一边刻着我们可见的头骨形态。通过它，我们终于能够开始解读东亚古人类演化这部“天书”了。一口“牙垢”撬动的革命：古DNA研究的新篇章除了揭开“龙人”的身份之谜，这项研究还带来了一个更为深远的影响——它为整个古DNA研究领域，尤其是在处理那些年代久远、DNA保存状况极差的化石时，开辟了一条全新的道路。这项研究证明：牙结石，是比骨骼更可靠的远古宿主DNA来源。当被视为“最后希望”的颞骨岩部都无法提供有效DNA时，是那0.3毫克的牙结石力挽狂澜。这个发现在方法学上具有革命性的意义。全世界的博物馆里，还保存着成百上千件因为DNA降解严重而被认为“无法研究”的古人类化石。它们中的许多，都带有或多或少的牙结石。哈尔滨头骨的成功案例，无疑会激励全世界的研究人员，重新审视这些被“判了死刑”的珍贵标本。他们可以回到博物馆的库房，用新的眼光和技术，去探寻那些牙齿上不起眼的钙化沉积物。或许，在某个我们意想不到的化石的牙结石中，就隐藏着解开另一个人类演化之谜的钥匙。比如，生活在印尼弗洛勒斯岛、身材矮小的“霍比特人”(Homo floresiensis)的基因之谜；又或者，生活在菲律宾、同样神秘的吕宋人(Homo luzonensis)的身份之谜。一口“牙垢”，撬动的可能不仅仅是“龙人”的秘密，而是整个古人类学研究的新篇章。未完的史诗：龙人回家，谜底待续故事讲到这里，似乎已经有了一个圆满的结局。神秘的“龙人”头骨，终于在基因层面“认祖归宗”，回到了丹尼索瓦人这个失落已久的大家族。我们不仅知道了他是谁，还通过他窥见了一个更为广阔和复杂的远古世界。但科学的探索，从来没有终点。这次研究，成功获取的是线粒体DNA。它只能告诉我们关于母系遗传的故事。一个物种的全貌，更完整的信息，隐藏在细胞核DNA(nuclear DNA)中。核DNA包含了来自父母双方的遗传信息，它能揭示更为精细的种群历史、个体特征（比如肤色、发色）以及与其他人类种群（如尼安德特人、智人）的基因交流细节。从哈尔滨头骨的牙结石中提取核DNA，将是下一步更为艰巨的挑战。如果能够成功，我们将获得关于丹尼索瓦人前所未有的高清“快照”。但无论如何，哈尔滨头骨的故事，已经为我们描绘了一幅壮丽的画卷。它让我们看到，人类的演化并非一条直线，而是一棵枝繁叶茂的大树。在这棵树上，曾有过许多和我们一样智慧、一样顽强的旁支。丹尼索瓦人，就是其中最成功、也最神秘的一支。他们曾是东亚大陆的主人，在冰河时代的严酷环境中，演化出了独特的生存智慧和身体形态。他们与我们的祖先相遇、交流，最终将自己的血脉，融入了我们这个物种的基因长河之中。下一次，当你去口腔诊所清理牙结石时，或许可以换一个角度看待这些小小的钙化物。在它们坚硬的矿物基质里，不仅封存着你个人的生命信息，更回响着一段长达数十万年、波澜壮阔的人类史诗。而哈尔滨头骨，这位来自远古的丹尼索瓦人，正是这段史诗中，一位刚刚被我们重新认识的、最重要的讲述者。他的故事，未完待续。参考文献https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00627-0声明：本文仅用于分享，不代表平台立场，如涉及版权等问题，请尽快联系我们，我们第一时间更正，谢谢！往期热文：Nature Medicine | 告别“碰运气”：粒线体基因T型，为黑色素瘤免疫治疗提供精准决策Nature Biotechnology | 双向导航！基因编辑LNP精准“点穴”肝肺，多器官顽疾不再难治！Nature Methods | 基因“看见”形态，图像“听懂”基因：OmiCLIP如何打破生命科学的“巴别塔”？Nature | 突破性发现：CREM揭示CAR-NK细胞“疲惫”之谜，抗癌效力有望飙升！Nature Methods | 里程碑！ReLiC开创RNA功能研究新纪元Nature Medicine | 颠覆性发现：口腔细菌竟是肠癌“共犯”？跨越癌前病变到晚期，微生物群落上演“变脸秀”！

🔍研究概要我们知道，类风湿性关节炎（RA）、溃疡性结肠炎（UC）等自身免疫病，是因为T细胞误把自己组织当“外敌”攻击。传统疗法如抗CD3抗体、IL-2等，虽然能抑制T细胞，但问题是——它们杀敌一千，自损八百：会一并压制正常免疫，导致感染风险增加。于是科学家们想到了“耐受性抗原呈递细胞”（tol-APCs）：它们能像“和平使者”一样教育T细胞别再乱来。但做法太麻烦，要把病人的细胞取出来，在体外“再教育”后再输回体内，定制化、个性化、费用高，基本劝退。本研究仅靠一针“纳米疫苗”，就能让体内的免疫细胞学会“不打自己人”，精准纠正免疫系统的“过激行为”。🧪 研究内容作者提出了体内生成tol-APCs的新思路：通过脂质纳米颗粒（LNP）递送编码PDL1的mRNA，使体内APCs表达PDL1成为耐受性APCs（tol-APCs）。该策略的创新在于“逆转”细胞治疗概念——无需体外培养，而是利用LNP将负共刺激信号精准送入APCs体内，从而在原位生产tol-APCs。为实现这一思路，作者从以下几个方面展开实验设计：LNP配方优化：采用试验设计（Design of Experiments, DOE）方法系统筛选LNP成分和N/P比（脂质中的胺基与mRNA磷酸基的摩尔比），以降低LNP的免疫原性。在九种初步配方中，作者发现改变SM-102、DSPC、DMG-PEG2000、胆固醇的摩尔比和N/P比，可显著影响LNP的转染效率及刺激APCs共刺激分子的水平。最终选定了配比（如A7）表现最佳：既能有效携带mRNA，又不引发APCs高表达CD80/CD86等共刺激分子mRNA设计：作者合成了PDL1编码mRNA，并对其进行密码子优化、加帽改造，并将尿嘧啶全部置换为N1-甲基假尿嘧啶，以提高稳定性并减少内源性免疫识别。最终得到的LNP/mPDL1粒径约173 nm，表面电位约12.9 mV，适合皮下注射。给药方式与靶向性：作者选择皮下注射的给药途径，使LNP局部进入淋巴结富集。在体内，LNP被CD11c^+和CD11b^+树突状细胞和巨噬细胞等APCs优先摄取。流式细胞结果证实，在注射LNPs/mPDL1后，淋巴结中的CD11c^+或CD11b^+细胞PDL1表达显著上调，而非APCs（CD11c^-CD11b^-）未见明显表达变化。📚 原文信息标题：Generation of tolerogenic antigen-presenting cells in vivo via the delivery of mRNA encoding PDL1 within lipid nanoparticles期刊：Nat. Biomed. Eng (2025).DOI：https://doi.org/10.1038/s41551-025-01373-0来源：BioMimics 医工进展识别微信二维码，可添加药时空小编请注明：姓名+研究方向！