STING agonist(Sutro Biopharma)

2005年，一项关于“合成致死”的发现悄然改写了癌症治疗的逻辑：当PARP抑制剂遇上BRCA突变的肿瘤细胞，两者“合谋”便足以杀死后者，却几乎不伤及正常细胞。这并非天方夜谭，而是过去二十年间从实验室走向临床的真实传奇。本文回顾了发表于《自然》的重磅综述，系统梳理了PARP抑制剂如何从机制探索、临床试验、监管获批，到耐药机制与联合治疗策略的全程演进。文章不仅揭示了BRCA突变与PARP抑制之间“你死我活”的分子博弈，还深入剖析了“合成致死外显率”“多基因性”等新概念的临床意义。更难能可贵的是，文中对PARPi耐药机制，尤其是BRCA回复突变的发现，为我们理解肿瘤进化与治疗失败提供了全新视角。如果你关心靶向治疗、DNA修复机制或肿瘤耐药问题，这篇文章将带你站在这一领域的最前沿。 参考文献：DOI: 10.1038/s41586-026-10404-y 一、综述背景 2005年，研究发现PARP抑制剂（PARPi）与BRCA1或BRCA2任一基因缺陷之间存在合成致死关系，从而为携带这两种胚系突变的肿瘤治疗提出了一种全新策略。该合成致死效应的发现，建立在此前数十年研究基础之上，这些研究分别：（1）鉴定BRCA1与BRCA2基因并明确其在维持基因组完整性中的作用；（2）解析PARP1蛋白并界定其在DNA修复中的功能；（3）发展PARP1的药物靶向策略；以及（4）提出合成致死概念并强调其在肿瘤治疗中的潜在价值（图1及框1）。 图1｜BRCA–PARP合成致死的发展时间轴。展示了2005年之前促成BRCA–PARP合成致死发现的重要研究进展（详见框1），以及2005年之后推动当前BRCA–PARP合成致死机制认识不断深化的关键发现。 既往针对肿瘤特异性分子改变的治疗策略主要集中于“致癌基因依赖”概念，即抑制肿瘤细胞高度依赖的致癌蛋白，这些蛋白可以是肿瘤特异性表达（如BCR–ABL），或在肿瘤中显著高表达（如ERBB2），从而实现治疗窗（即在最小损伤正常组织的前提下诱导肿瘤细胞死亡）。Farmer等及Bryant等关于BRCA1或BRCA2突变细胞对PARPi敏感性的研究提出了一种替代策略，即利用“肿瘤特异性合成致死”概念，通过遗传或药理学两种扰动的组合获得显著治疗窗。在该模型中，BRCA1或BRCA2缺陷构成肿瘤特异性遗传扰动，而另一种可通过药物实现的扰动则用于选择性清除肿瘤细胞。 从机制上看，该合成致死效应依赖于BRCA1或BRCA2突变细胞无法通过高保真同源重组修复特定DNA损伤。随后研究发现，除BRCA1或BRCA2外，多种参与同源重组修复的蛋白缺陷同样可使细胞对PARPi产生敏感性。同源重组修复依赖于姐妹染色单体之间的模板修复过程，其中关键步骤为DNA链置换反应，即单链DNA侵入同源双链DNA，该过程由DNA重组酶RAD51驱动。 既往研究显示，PARP1功能缺失可诱导细胞核内RAD51焦点形成（链交换的生物标志物）及姐妹染色单体重组，因此推测PARP1抑制可能产生通常需同源重组修复的DNA损伤。在BRCA1或BRCA2功能缺失（即同源重组缺陷，HRD）情况下，这类损伤无法通过高保真途径修复，从而导致致死性染色体异常及细胞存活能力丧失。该假说亦得到既往研究支持：如铂类药物或丝裂霉素C等可诱导重组相关DNA损伤的药物，在正常细胞中可诱导RAD51焦点形成，但在具有BRCA1或BRCA2缺陷的HRD细胞中则不出现。 在实验验证中，Parp1 RNA干扰可在具有Brca1或Brca2缺陷的小鼠胚胎干细胞中诱导合成致死，但在等基因野生型细胞中不产生该效应。随后使用多种高效且特异性的小分子PARP1及其同源蛋白PARP2抑制剂（包括后续获批药物奥拉帕利和鲁卡帕利的前体化合物）进一步证实，该合成致死效应可通过药物方式实现，并在体外显示出显著治疗窗。 由于携带BRCA1/2胚系突变的个体其正常细胞仍保留一份功能性等位基因，而肿瘤细胞通常发生杂合性缺失，因此一个关键发现为：BRCA1/2杂合细胞对PARPi的敏感性与野生型细胞无显著差异。此外，BRCA1/2缺陷细胞对PARPi的敏感性在多种细胞类型及体内模型中均得到验证，提示该效应具有高度稳定性。 在表型层面，PARPi在野生型及BRCA1/2缺陷细胞中均可诱导DNA损伤（以γH2AX焦点形成评估），但仅在野生型细胞中诱导RAD51焦点形成，符合BRCA1/2缺陷细胞同源重组修复受损的特征。BRCA1/2缺陷细胞在PARPi作用下多停滞于G2或M期，或在DNA未修复情况下进入有丝分裂，最终形成严重染色体结构异常，包括染色单体断裂及三射体、四射体染色体。 总体来看，PARPi在BRCA1/2缺陷细胞中的合成致死效应源于其无法依赖RAD51介导的错误率极低的同源重组修复PARPi诱导的DNA损伤；相反，细胞可能转向单链退火及/或非同源末端连接等易错修复通路，从而进一步促进严重染色体重排。重要的是，与诱导DNA交联并在基因组中长期存在损伤的传统化疗不同，PARPi诱导的细胞致死需要持续药物暴露，这提示PARPi相关DNA损伤在药物移除后可较快得到清除或修复。该现象对后续PARPi临床应用策略及机制理解均具有重要指导意义。 综上，两项关于BRCA1/2与PARPi合成致死关系的研究证明该机制具有明确的治疗潜力。除明确PARP1这一治疗靶点及BRCA1/2突变这一同源重组缺陷（HRD）预测性生物标志物外，该研究还提出γH2AX作为PARPi暴露的药效学生物标志物，并在后续临床试验中得到应用。 二、PARP抑制剂的临床发展 过去20年间，BRCA1/2与PARP抑制剂（PARPi）之间合成致死这一生物学现象，已成功转化为用于治疗乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌及胰腺癌等一系列难治性肿瘤亚群的新型治疗策略（图1及补充表1）。目前全球已有4种PARPi获批用于治疗富集同源重组缺陷（HRD）的肿瘤，另有2种在中国获得监管批准。 首个PARPi临床试验在BRCA1/2合成致死机制发现之前即已启动，该研究并未评估合成致死效应，而是探索PARPi鲁卡帕利是否可增强DNA烷化化疗药物替莫唑胺对肿瘤细胞的敏感性，研究对象为基因未明确的人群。在BRCA1/2合成致死机制被发现之后，奥拉帕利的后续临床开发路径发生转变，即将PARPi作为单药（非联合治疗）用于诱导BRCA1/2相关合成致死效应。奥拉帕利首次人体（first-in-human）I期临床试验除评估药物安全性与不良反应外，还在设计阶段即纳入携带胚系BRCA1/2突变（gBRCAm）肿瘤患者。该研究扩展队列中相当一部分患者在剂量确定后显示出显著且持久的抗肿瘤反应，从而在人体肿瘤中初步验证了合成致死效应的存在。这些疗效在未出现多数常规化疗常见严重毒副作用的情况下实现。 该试验还评估了PARPi作用的机制相关药效学生物标志物，即毛囊细胞核内γH2AX焦点形成。该指标证实奥拉帕利可诱导DNA损伤，与其作用机制预测一致。基于这一在遗传学定义人群中的初步疗效信号，以及BRCA1/2快速测序技术的可及性提升，随后开展了两项概念验证II期临床试验，分别纳入gBRCAm乳腺癌和卵巢癌患者。 这两项研究在奥拉帕利首次人体试验报告后一年发表，结果显示，在大量既往多线治疗的gBRCAm患者中，约33%（卵巢癌）及41%（乳腺癌）出现显著且持续的抗肿瘤反应。然而此后PARPi临床开发一度进入停滞期，部分原因在于所谓PARPi药物伊尼帕利（iniparib）在临床试验中的失败导致该药物类别信心下降。随后证据表明，伊尼帕利可能并不具备真实PARPi机制。与此同时，药物研发机构、监管机构及研究者也面临在小规模遗传定义人群中开展药物开发的复杂挑战。监管要求通常需要大型随机III期临床试验，并以生存期作为主要终点，同时需明确伴随的生物标志物用于药物审批。这导致PARPi的III期研究需跨多个国家和中心开展，以纳入足够规模的BRCA1/2突变患者群体。 在此背景下，部分II期临床试验未依据gBRCAm分层，而是选择在HRD富集的癌种（如既往多线治疗的高级别浆液性卵巢癌HGSOC及三阴性乳腺癌TNBC）中探索疗效。结果显示，TNBC总体未观察到明确疗效，而HGSOC中，既往对铂类化疗敏感的患者亚群表现出较好反应。推测该差异可能源于铂类反应史可作为HRD富集的替代筛选指标，而TNBC队列中未出现类似富集效应。 这一发现推动将“既往铂类敏感性”作为HRD功能性指标，并用于奥拉帕利在复发性HGSOC中的注册策略设计。随后开展的随机研究将奥拉帕利用于维持治疗，即在初始治疗后延缓疾病进展。该策略显示，在卵巢癌再次接受铂类治疗后使用奥拉帕利，可显著延长无进展生存期（PFS），并且该获益在gBRCAm患者中最为显著。基于该研究结果，2014年奥拉帕利获得首次监管批准，用于既往接受≥3线化疗的复发性gBRCAm HGSOC患者，这是继囊性纤维化CFTR增强剂伊伐卡托之后第二个针对遗传性疾病的靶向药获批。随后SOLO-1 III期研究进一步证明，在一线铂类治疗后立即使用奥拉帕利维持治疗，可显著延缓疾病进展并推迟后续化疗需求，同时改善长期生存，使PARPi进入早期治疗阶段。 进一步进展来自尼拉帕利与鲁卡帕利的III期研究，这些研究在更广泛HGSOC人群中开展，将HRD定义从仅BRCA突变扩展至包含同源重组相关基因体细胞突变或表观遗传沉默所致的HRD突变特征。尽管这些研究同样显示疾病进展显著延缓，但近期监管策略发生调整，将PARPi使用范围收窄至最可能获益人群，即BRCA1/2突变所致HRD的复发性卵巢癌患者，因为在更广泛人群中未观察到总生存获益，且在多线化疗后患者中血液系统不良事件及继发白血病风险增加。 在乳腺癌领域，作为最常见HRD相关恶性肿瘤，两项III期研究OlympiAD（奥拉帕利）与EMBRACA33（他拉唑帕利）证实，在既往化疗后复发或晚期gBRCAm乳腺癌患者中，PARPi较标准化疗可显著延缓疾病进展并改善生活质量。在前列腺癌及胰腺癌中，基于II期研究的积极信号，后续III期研究进一步证明PARPi在HRD或DNA修复基因突变相关肿瘤中具有临床意义的疗效，并推动其在相关适应证获批。此外，OlympiA研究显示，在早期gBRCAm乳腺癌中，奥拉帕利作为辅助治疗可显著提高治愈相关结局。其潜在原因可能包括：（1）早期治疗线较少，减少耐药克隆选择；（2）总体肿瘤负荷较低，包括可能仅存在微小转移灶，使PARPi更易实现完全清除。 OlympiA长期随访结果显示，在标准治疗（化疗、手术及放疗）后使用奥拉帕利12个月作为辅助治疗，在2.5年时复发风险降低约40%，在3.5年时总体生存改善约30%。基于此结果，奥拉帕利成为首个基于gBRCAm生物标志物获批的辅助靶向治疗。该研究同时推动国际指南更新：所有复发性乳腺癌且符合PARPi治疗指征的患者，无论家族史均应接受BRCA1/2检测，从而显著提升遗传检测在乳腺肿瘤学中的应用。PARPi的临床发展也逐步促进了对耐药机制的理解，并提示既往治疗（尤其是铂类化疗）可显著影响PARPi疗效。下文将进一步讨论合成致死的机制基础，以及耐药发生机制与潜在干预策略。 三、BRCA–PARPi合成致死效应的机制理解 最初提出的BRCA–PARPi合成致死机制认为，PARP抑制可诱导DNA损伤形成，可能包括单链DNA断裂或单链缺口；当复制叉遭遇这些损伤时，将产生通常依赖RAD51介导同源重组进行修复的DNA损伤。在存在BRCA1或BRCA2缺陷的肿瘤细胞中，由于无法通过同源重组修复这些DNA损伤，细胞被迫依赖替代性的错误率较高的DNA修复方式，从而导致染色体不稳定性增加，最终引起细胞适应性下降并导致肿瘤细胞死亡。 与许多治疗策略类似，该初始模型随后不断演变（图2）。目前对PARPi作用机制的理解已进一步认识到：尽管所有已获批PARPi均可抑制PARP1和PARP2的催化活性，但能够产生最强BRCA1/2合成致死效应的PARPi，还可诱导PARP1/2发生构象改变，从而增强这些DNA结合蛋白对DNA的亲和力，即所谓“PARP捕获（PARP trapping）”。由PARP1/2捕获形成的DNA–蛋白复合物，通常发生于DNA复制叉上冈崎片段之间的单链DNA缺口处。尽管PARP捕获在合成致死机制中的重要性曾受到质疑，但与同时具备PARP捕获及PARylation抑制作用的PARPi相比，那些虽能有效抑制PARylation、但几乎不引起PARP捕获的PARPi，在临床前模型中仅表现出较弱的BRCA1/2合成致死效应。 图2｜癌症中PARPi敏感性的机制 a｜PARP1可结合单链DNA断裂等DNA损伤位点，该过程可诱导PARP1构象发生改变并激活其催化活性，即PARylation。在不存在PARP抑制剂时，PARP1底物蛋白的PARylation有助于DNA修复；PARP1自身PARylation最终促使PARP1从DNA上解离。临床应用的PARPi不仅抑制PARP1催化活性，还可诱导PARP1发生别构变化，从而增加PARP1在DNA上的滞留时间（即PARP1 trapping）。在PARP1功能缺失情况下，未修复的DNA损伤以及被捕获的PARP1均会阻碍复制叉正常推进，进而形成通常需依赖同源重组修复的DNA损伤。例如，复制叉处形成单端双链DNA断裂。目前尚不明确究竟是位于复制叉前方还是后方的被捕获PARP1阻碍复制叉推进（图中两种情况均有显示）。 b｜在保留至少一个功能性BRCA1或BRCA2拷贝的非肿瘤细胞中，PARPi对复制叉造成的损伤可通过BRCA1/2介导的同源重组得到修复。该过程可维持基因组稳定性并促进细胞存活。 c｜在所有野生型BRCA1/2拷贝均缺失的肿瘤细胞中，由于缺乏同源重组修复，细胞只能依赖高错误率DNA修复方式修复复制叉。在PARPi持续作用下，经过多个细胞周期后，这类修复方式可导致结构异常基因组不断积累（图中显示BRCA2突变细胞中期染色体结构作为示例，箭头所示为染色单体断裂、三射体及其他染色体异常）。 d｜BRCA1/2–/–细胞暴露于PARPi后产生的染色体异常，最终会削弱其细胞适应性，尤其与BRCA1/2+/–或BRCA1/2+/+细胞相比更为明显（图示为体外对PARPi KU0058948的敏感性）。数据以均值和标准差表示。 e｜除改变基因组正常结构外，PARPi暴露还可导致BRCA1/2缺陷细胞胞质DNA增加，这可能是基因组不稳定性的副产物。胞质DNA可被cGAS模式识别受体识别，进而激活STING信号通路，并诱导Ⅰ型干扰素（IFN）及促炎趋化因子释放。这些信号随后可激活适应性免疫系统（T细胞）和先天免疫系统（巨噬细胞）；在小鼠模型中，缺乏这些免疫效应细胞可降低PARPi体内疗效，提示除肿瘤细胞内在的合成致死机制（如c、d图所示）外，非肿瘤细胞同样参与PARPi合成致死效应。 在临床中，PARP捕获能力较弱的PARPi作为单药用于BRCAm患者时疗效结果并不一致；但其通过抑制PARP催化活性并增强化疗敏感性的能力，则在与卡铂及紫杉醇联合治疗BRCAm卵巢癌或乳腺癌患者时得到明确体现，可延长无进展生存（PFS）。PARP捕获还可能影响PARPi单药或联合治疗时的剂量限制性毒性。例如，小鼠中T细胞毒性或红细胞母细胞毒性分别被归因于PARP1或PARP2捕获。这推动了PARP1选择性PARPi的研发与临床测试，该类药物在大鼠中显示出明显降低的血液学毒性。 过去20年中，对于BRCA1和BRCA2在PARP1合成致死中的关键功能认识也不断深化。BRCA1与BRCA2不仅在复制叉处调控同源重组，还参与维持复制叉稳定性、抑制复制后单链DNA缺口形成、促进DNA–RNA R环结构解离，以及特别对于BRCA1而言，还参与DNA双链断裂（DSB）末端切除及另一种DSB修复机制——单链退火。尽管复制后单链DNA缺口认为是PARP1结合与捕获的重要底物，并可能驱动合成致死，但实验模型显示：仅导致缺口抑制功能缺陷、而保留同源重组能力的BRCA2突变，并不会诱导PARPi合成致死；相反，导致同源重组缺陷的BRCA2突变则可明显诱导PARPi敏感性。这提示，同源重组功能丧失才是PARPi敏感性的主导机制。近期研究还提出，PARPi合成致死可能与PARP1和RAD51竞争结合单链DNA丝状结构有关，其中BRCA2正常情况下可稳定RAD51丝状结构并阻止PARP1结合DNA。 四、PARPi敏感性与耐药性的多种途径 小规模及全基因组遗传扰动实验表明，除BRCA1/2之外，大量与同源重组相关的肿瘤抑制基因缺陷同样可导致PARPi敏感性，这一发现最终推动PARPi常规应用于携带PALB2、RAD51C和RAD51D等基因有害突变的肿瘤。证明这些基因功能异常可产生合成致死效应的最终证据，来自PARPi耐药及铂类化疗耐药肿瘤中继发性体细胞“回复”突变的发现。这类突变可在不逆转肿瘤既有高度基因组紊乱状态的情况下恢复同源重组基因功能（图3a）。由于发生同源重组基因回复的患者在停止PARPi治疗后，肿瘤仍表现出高度侵袭性，提示恢复同源重组基因功能对肿瘤适应性影响有限，因此这一现象说明，尽管这些基因最初归类为肿瘤抑制基因，但其功能恢复并不具有肿瘤抑制作用。相反，这些基因缺失通过一种“潘多拉魔盒”效应，在疾病早期促进基因组突变，从而驱动肿瘤发生；而在疾病进展至一定阶段后，BRCA1/2功能异常似乎已不再是肿瘤维持所必需。 尽管不同研究估计存在差异，但约39%的卵巢癌HRD靶向治疗耐药与同源重组基因回复相关，而这一比例在晚期乳腺癌中为57%，在晚期前列腺癌中则高达80%。除导致PARPi耐药外，BRCA1/2回复突变同样可引起铂类药物耐药。在晚期BRCA1/2突变乳腺癌和卵巢癌中，由于目前通常先使用铂类化疗后再给予PARPi治疗，因此患者接受铂类药物治疗后循环肿瘤DNA中检测到的回复突变，似乎可预测后续PARPi治疗获益有限。这提示，回复突变可能成为PARPi治疗无效的预测性生物标志物。在少数未接受既往DNA损伤性化疗的晚期前列腺癌患者循环肿瘤DNA中，也观察到BRCA2回复突变，提示该类突变可能原本即存在于初治人群中，或由抗雄激素治疗选择性富集。同源重组基因回复相关DNA序列分析显示，大多数回复突变源于缺乏同源重组条件下运行的DNA双链断裂修复方式，例如DNA聚合酶θ（Pol θ）介导的末端连接（图3a）。因此，有研究提出，在PARPi或铂类药物初治肿瘤中联合应用Pol θ抑制剂，以预防或延缓回复型肿瘤的出现。临床前模型显示，尽管回复型肿瘤细胞对PARPi耐药，但对ATR或WEE1激酶抑制剂等实验性药物仍保留一定敏感性；这些药物可促进高度基因组紊乱肿瘤细胞提前进入有丝分裂。一项早期临床试验显示，ATR抑制剂在既往PARPi治疗后进展的BRCA1/2回复型肿瘤患者中具有一定临床获益。 除回复相关机制外，临床前研究还发现多种非回复相关PARPi耐药机制，包括DNA末端切除抑制蛋白（如TP53BP1及Shieldin复合物）缺失、PAR水解酶PARG缺失导致PARP1捕获减少、PARP1自身突变，以及P-糖蛋白上调引起药物外排增加等（图3b）。在某些情况下，这些代偿机制虽然导致PARPi耐药，但同时赋予肿瘤细胞新的脆弱性，形成一种“进化性双重困境”。例如，TP53BP1或Shieldin复合物缺失可使BRCA1突变肿瘤细胞产生PARPi耐药，但同时增强其对Pol θ抑制剂的敏感性。这提示，若这些耐药机制在临床中确实存在，则可通过预防其发生或在出现后加以靶向治疗。尽管较为少见，但在人类肿瘤中已发现与上述其他耐药机制相关的基因突变或表达缺失。例如，在晚期gBRCAm乳腺癌中，57%的患者在PARPi和/或铂类药物耐药时可检测到回复突变，同时约15%的患者存在TP53BP1等其他耐药基因突变；部分患者中回复与非回复耐药机制可同时存在，提示同一患者体内可能并行出现多条耐药途径。 尽管如此，PARPi耐药疾病中回复突变发生率较高，提示所有针对PARPi耐药的新策略均需评估其对回复型肿瘤的作用。例如，目前已发现并正在开展药物研发的多种其他BRCA1/2合成致死靶点（如CIP2A、POLQ、APEX2、USP1、RAD52、LIG1或FANCM抑制）中，BRCA1/2回复突变在临床前模型中均可逆转其敏感性，正如其可逆转已获批PARPi及正在临床开发中的PARP1选择性PARPi敏感性一样。这可能削弱这些策略在已发生此类PARPi耐药情况下的治疗价值。然而，这些靶点抑制剂在延缓回复突变形成（如POLQ，后文将进一步讨论）或克服其他类型耐药方面，仍可能具有潜在价值。 图3｜癌症中PARPi耐药机制 a｜同源重组基因回复导致的PARPi耐药。图中展示了文献62报道的一例携带BRCA2 p.E49X胚系突变乳腺癌患者的BRCA2基因突变状态。正常组织细胞（左框）为BRCA2 p.E49X杂合突变。野生型等位基因编码功能正常的野生型BRCA2蛋白，全长3,418个氨基酸（aa）。突变等位基因含有G>T突变，可将GAA密码子（下划线所示，编码谷氨酸[E]）转变为提前终止密码子（TAA），从而编码仅49个氨基酸的截短失功能BRCA2蛋白，或产生经无义介导mRNA降解（NMD）清除的mRNA。由于仍保留野生型等位基因，因此BRCA2介导的同源重组功能得以维持，正常细胞对PARPi耐药。 该患者在PARPi治疗前转移灶肿瘤DNA测序（中框）显示，野生型BRCA2已发生缺失（即杂合性缺失）。随后接受PARPi治疗时，由于肿瘤细胞缺乏功能性BRCA2等位基因，因此产生合成致死效应。尽管PARPi治疗曾获得显著抗肿瘤反应，但患者最终仍出现PARPi耐药性复发（右框）。肿瘤活检DNA测序显示，突变型BRCA2等位基因发生了继发性突变，形成回复型等位基因。该继发突变为一段24 bp缺失，两侧由两个TA序列（下划线所示，即微同源序列侧翼缺失）包绕。该缺失去除了提前终止密码子，并使基因重新恢复阅读框，从而编码一种含8个氨基酸缺失、全长3,410个氨基酸的回复型蛋白。尽管该蛋白并非野生型BRCA2，但其仍可支持同源重组修复，因此导致PARPi耐药。 b｜同源重组（HR）缺陷肿瘤中非回复型PARPi耐药机制。PARPi耐药还可通过多种非回复机制产生，包括药理学机制，例如ABCB1等小分子药物外排泵上调，导致细胞内PARPi浓度下降；或通过分子改变减少被捕获PARP1负荷；亦可通过代偿性DNA修复过程，在PARPi诱导DNA损伤情况下稳定复制叉；此外，还可能通过DNA修复系统其他改变，在缺乏BRCA1条件下部分恢复某种形式的同源重组功能。 五、PARPi之外的经验启示 自BRCA–PARPi合成致死现象发现后的20余年间，关于癌症合成致死的研究论文已超过4,000篇（图4和补充图1）。近期一项系统性评估显示，围绕多种癌症驱动基因相关合成致死效应，已启动1,207项临床试验，其中包括BRCA1/2（472项）、ATM（143项）、MYC（125项）、TP53（66项）和PTEN（58项）等。推动这一研究热潮的重要原因，在于癌症模型系统构建能力的技术进步，以及RNA干扰和CRISPR–Cas9基因失活等遗传扰动筛选技术的发展。鉴于人们希望进一步拓展合成致死概念的应用价值，目前尚缺乏更多可常规应用的合成致死治疗策略，这一点或许令人意外。其原因既包括新型抗肿瘤药物研发所需时间长、成本高，也包括部分蛋白难以实现药物学靶向等现实问题。然而，对PARPi临床反应差异及PARPi耐药机制的研究，还揭示出一些重要因素，从而推动人们重新审视合成致死概念，并将“合成致死外显率”“多基因性”和“复杂性”等因素纳入考虑范围（图5）。 图4｜癌症中合成致死概念的拓展 a–d｜具有治疗前景的合成致死效应：目前已鉴定出多个具有潜在转化价值的合成致死靶点（外圈），其与肿瘤抑制基因或其他癌症相关基因缺陷（内圈）相关（a）。这些靶点包括具有部分功能重叠的旁系同源基因之间的合成致死关系，例如VRK2（在胶质母细胞瘤中缺陷）与VRK1之间，以及ARID1A（在卵巢癌和乳腺癌中缺陷）与ARID1B之间；后两者为染色质重塑SWI/SNF复合物（亦称BAF复合物）的互斥组成成分（b）。此外，还包括参与相似分子过程蛋白之间的合成致死关系，例如APC（在结直肠癌中缺陷）、CTNNB1（亦称β-catenin）和TCF7L2在WNT信号通路中的作用；以及E-cadherin（亦称CDH1，在弥漫型胃癌和小叶型乳腺癌中缺陷）、ITGAV、ITGB5、FERMT2（亦称kindlin）和PTK2（亦称FAK）在肌动蛋白细胞骨架组装及Rho–ROCK信号通路中的作用（c）。 d｜图中还展示了ATR与ATM之间的合成致死关系。ATR和ATM均为参与DNA损伤应答的激酶，二者功能部分重叠。ATM主要在DNA双链断裂（DSB）发生后激活，而ATR则在形成单链DNA（ssDNA）区域时被激活；这种情况通常出现在DSB末端切除（resection）后，或复制叉停滞时。ATR和ATM通过磷酸化CHK1和CHK2等底物，协调DNA修复、细胞周期进程等多种生物学过程，从而维持基因组稳定性（图中以p53激活为示例）。 在遗传学中，“外显率”用于描述具有某一特定基因型（例如BRCA1/2突变）的个体表现出特定表型（此处指PARPi合成致死效应）的程度。同样，“外显率”这一概念也适用于单个患者体内携带合成致死生物标志物的肿瘤细胞中，有多少比例可被合成致死治疗清除。从这一角度来看，BRCA–PARPi合成致死效应具有较高外显率，但并非完全外显；在患者群体层面，并非所有携带BRCA1或BRCA2突变的患者均可对PARPi产生持续应答；而在单个患者层面，同一患者体内并非所有BRCA1/2突变肿瘤细胞均可被PARPi彻底清除。后续针对其他癌症合成致死效应的研究表明，尽管不同效应的外显率存在差异，但目前几乎所有已发现的合成致死效应均存在外显不完全现象。 研究BRCA1突变细胞中PARPi耐药机制时，揭示了导致外显不完全的一个重要原因；在这一情况下，通常视为“双基因”合成致死（即仅涉及BRCA1和PARP1两个基因）的效应，其实受到多个其他修饰基因的共同影响，即具有“多基因性”，同时还是一种由基因与环境共同决定的复杂表型。具体而言，遗传扰动筛选研究显示，BRCA1–PARP1合成致死效应具有多基因性，其外显率受到多个修饰基因（如TP53BP1、REV7和SHLD1/2/3）的调控；这些基因失活后可导致PARPi耐药，从而改变其外显率（图5b,c）。此外，小鼠研究进一步表明，BRCA1–PARP1合成致死效应同样具有复杂性，其外显率不仅受到上述基因影响，还受肿瘤免疫微环境组成的调控。 在考虑哪些合成致死效应适合进入药物发现或药物开发阶段时，“合成致死外显率”“多基因性”和“复杂性”等概念可能具有重要意义。显然，若要在临床上取得疗效，合成致死抗肿瘤治疗必须具有较高外显率，并依赖能够预测持续抗肿瘤应答的生物标志物；相反，若仅关注那些虽具有统计学意义但外显率较低的合成致死效应，则难以真正改善患者临床结局。 图5｜合成致死的外显率与多基因性 a｜合成致死外显率。示意图通过肿瘤细胞系存活实验展示合成致死效应外显率的差异。基因或蛋白A与基因或蛋白B之间的合成致死效应具有完全外显率，即在所有携带基因A突变的肿瘤细胞系中均可观察到。相比之下，基因或蛋白C与基因或蛋白D之间的合成致死效应虽然真实存在，但其外显率不完全，仅在部分而非全部携带基因C突变的肿瘤细胞系中出现。 b｜BRCA1与PARP1之间的合成致死并非简单的双基因（digenic）相互作用，而是一种多基因表型，涉及多个额外基因或蛋白的共同作用。图中显示，TP53BP1、SHLD1、SHLD2或SHLD3失活均可改变该合成致死效应，从而导致PARPi耐药。 c｜BRCA1与PARP1失活是产生合成致死效应的必要条件，但仅凭二者本身尚不足以完全解释这一表型（即“必要但不充分”）；TP53BP1、SHLD1、SHLD2和SHLD3则作为该合成致死效应的修饰因子发挥作用。 六、这一领域的未来将走向何方？ （1）PARPi联合治疗策略 对于部分肿瘤而言，若不良反应可控，联合化疗方案通常较单药治疗具有更高疗效。这可能部分归因于多种药物通过不同作用机制共同作用于肿瘤细胞，从而降低耐药发生概率。PARPi最初研发的目的之一，即是与细胞毒性化疗联合以增强疗效。然而，这一策略在PARPi领域推进过程中面临较大挑战，尤其是骨髓毒性过重。维利帕利作为一种强效PARP1催化活性抑制剂，但PARP捕获能力较弱，因此能够与化疗联合应用。然而，维利帕利联合治疗对疾病控制的改善幅度有限，未能推动药物获批上市。对于HRD肿瘤中常用的铂类或紫杉类化疗，与兼具强PARP捕获作用的PARPi联合应用，目前仍面临较大困难。不过，Partner试验近期证据显示，在铂类输注与奥拉帕利给药之间设置时间间隔，可提高治疗耐受性，并且相较单用铂类可能进一步增强疗效。 另一种策略是以奥拉帕利替代铂类，与紫杉类药物联合应用。该方案降低了骨髓毒性及相关不良反应，但未能提高肿瘤缓解率。PARPi与细胞毒化疗联合的另一潜在途径，是采用抗体偶联药物（ADC）。ADC通过识别肿瘤细胞表面蛋白的抗体，将化疗药物选择性递送至肿瘤细胞。fam-trastuzumab deruxtecan-nxki（Enhertu，德曲妥珠单抗）和Sacituzumab govitecan（Trodelvy，戈沙妥珠单抗）等ADC，近期已在乳腺癌及其他肿瘤治疗中取得显著成功。这类药物递送的有效载荷为拓扑异构酶Ⅰ抑制剂，而该类药物已证实可与PARPi产生协同作用。目前正探索其与PARPi联合应用，以评估抗体介导的大量DNA损伤定向递送至肿瘤细胞后，是否能够增强整体治疗效能，并有望克服同源重组功能恢复导致的PARPi耐药。然而，尽管ADC较非ADC形式的拓扑异构酶Ⅰ抑制剂具有更强肿瘤选择性，其临床应用价值仍取决于对正常细胞是否具有足够保护作用。此外，还需明确目前ADC作为晚期肿瘤单药治疗（以及未来在早期乳腺癌中的应用）是否最终会筛选出PARPi耐药肿瘤克隆；对此的理解可能有助于确定ADC与PARPi的最佳使用顺序。 目前也在探索其他DNA修复抑制剂（如ATR抑制剂）与PARPi联合治疗。初步结果显示，在既往PARPi治疗后产生耐药的患者中，该联合方案可获得一定抗肿瘤活性，但ATR与PARP同步抑制所致正常组织毒性可能成为限制因素。在BRCA1/2突变前列腺癌患者中，PARPi联合雄激素受体阻断剂（恩杂鲁胺）或雄激素生成抑制剂（阿比特龙）显示出显著协同效应，目前相关联合方案已获FDA批准，尽管其协同机制尚未完全明确。 此外，在卵巢癌领域，已证实单药有效的PARPi奥拉帕利与VEGF抑制剂贝伐珠单抗联合方案也已获批。该联合方案的疗效究竟源于两种药物间的协同作用，还是由于两者通过不同作用机制发挥效应，从而避免重叠毒性加重并减少针对任一药物的耐药机制出现，目前尚不清楚。 综合上述情况，并考虑到晚期肿瘤中PARPi单药治疗耐药普遍存在且其病因仅部分明确，未来PARPi联合治疗的重要突破，可能并不完全来自单纯追求协同抗肿瘤作用的组合，而是来自有意识设计用于预防或延缓耐药出现的联合策略，例如联合DNA Pol θ抑制剂。此外，与PARPi联合的药物未必一定需要属于DNA损伤类药物；正如雄激素受体阻断或VEGF抑制所示，采用与PARPi作用机制正交的药物，或许能够获得更佳疗效并降低毒性。 （2）PARPi与肿瘤微环境 与野生型肿瘤相比，BRCA1/2突变肿瘤具有独特的肿瘤微环境特征。这部分源于基因组不稳定性导致胞质DNA大量积累，继而激活环状GMP–AMP合成酶（cGAS）模式识别受体，进一步启动干扰素基因刺激因子（STING）信号通路及Ⅰ型干扰素趋化因子生成。在BRCAm肿瘤小鼠模型中，PARPi治疗可增强cGAS–STING反应，并激活CD4+和CD8+ T细胞应答；联合小分子STING激动剂后，这一效应可进一步增强。BRCA1或BRCA2回复突变可逆转PARPi诱导的cGAS–STING信号强度；而在小鼠中耗竭CD8+ T细胞则可降低PARPi疗效，提示适应性免疫应答可能参与PARPi抗肿瘤作用。 这些发现为PARPi联合免疫检查点抑制剂（如抗PD1抗体）临床试验提供了理论依据。然而，尽管部分研究仍在进行，目前结果尚未证实这一假设。后续研究还发现，巨噬细胞可能是PARPi诱导cGAS–STING反应的重要组成部分，采用CSF1R靶向巨噬细胞可克服PARPi耐药。此外，调节性T细胞同样参与PARPi治疗反应，在卵巢癌小鼠模型中，采用CCR8抗体靶向调节性T细胞可增强PARPi疗效。 （3）PARPi在肿瘤预防与早期干预中的应用 如前所述，PARPi已从最初用于重度经治转移性肿瘤，逐步发展为铂类治疗高度应答患者的维持治疗，进一步扩展至HRD早期乳腺癌辅助治疗，即用于尚无远处播散证据的患者。基于这一发展历程，人们开始思考是否可在肿瘤发生更早阶段使用PARPi，包括作为健康BRCA1/2胚系突变携带者的预防性药物，或用于尚无临床癌症表现但已可检测到早期肿瘤性病变的人群。 OlympiA辅助治疗研究为这一策略提供了线索：在gBRCAm女性患者中，与安慰剂相比，接受奥拉帕利治疗以降低既有原发乳腺癌远处转移复发风险者，其新发原发性乳腺癌、卵巢癌或输卵管癌发生率明显降低。显然，健康gBRCAm携带者的肿瘤发生风险较高，但这一潜在获益仍需与PARPi可能带来的短期及长期不良影响相权衡，同时还需考虑目前通过预防性手术（乳房切除和/或卵巢切除）已证实可改善生存获益。 （4）更广泛地应用合成致死理论 利用合成致死策略靶向经典癌症驱动基因，以及开发针对既往“不可成药”靶点的新型药物，仍具有巨大潜力。长期以来，DNA修复蛋白一直是丰富的合成致死靶点来源，但针对其进行药物学抑制较为困难。然而，在过去10年中，ATR、ATM、DNA-PK、PYMT1、WEE1、CHK1/2、USP1、FEN1、PARG、POLQ和WRN等抑制剂相继问世，其中大多数已进入临床试验阶段，用作合成致死治疗策略。 扩展合成致死原理的另一种方式，是将合成致死相互作用视为“多基因表型”，而非简单的“双基因相互作用”。这一思路允许将共同发生的癌症驱动基因突变视为与某一靶点形成合成致死关系，也支持采用联合治疗策略，同时靶向合成致死蛋白及其预测性耐药机制。进一步而言，这甚至可能利用“定向进化”和“双重困境”等策略：首先抑制一个合成致死靶点，经达尔文选择后诱导产生某一特定表型，再由第二个合成致死靶点加以靶向；前文PARP与Pol θ抑制剂联合即为典型例子。 最后，新型预测工具的发展，可能进一步促进可药物化合成致死相互作用的发现。例如，目前已部分明确决定合成致死外显率的生物学规律，因此这些规律可能用于预测尚未通过实验验证的相互作用外显率。同样，在部分合成致死关系中已观察到，肿瘤抑制基因缺失或突变与其对应合成致死基因表达升高之间存在相互关系（可能反映一种维持肿瘤适应性的功能缓冲机制），例如BRCA1/2与POLQ。人类肿瘤转录组分析显示，这种缓冲关系在绝大多数肿瘤抑制基因中均可观察到，提示其可能是癌症的重要特征。因此，这类缓冲关系也可用于筛选更可能在患者体内发挥作用的合成致死靶点。随着调控癌症合成致死效应的启发式规律逐渐明晰，未来大型语言模型及其他人工智能方法，或许不仅能够识别新的合成致死关系，还可预测其是否具有真实临床应用价值。 七、个人观点 回顾PARP抑制剂与BRCA合成致死这二十年的发展历程，我深刻感受到，这一领域成功的关键，不在于发现了又一个靶点，而在于它首次将“合成致死”从一个遗传学概念，完整地转化为可操作、可检测、可耐药的临床治疗范式。这不仅是精准医学的胜利，更是基础研究与临床转化之间相互驱动、彼此修正的经典范例。作为一名长期从事乳腺癌研究的医生，我认为其中最具启示意义的并非PARPi本身，而是它所揭示出的肿瘤生物学中的一个悖论：BRCA1/2缺失驱动了肿瘤的发生，但当肿瘤已经形成并进展至晚期后，恢复这些基因的功能（通过回复突变）却并不逆转肿瘤的恶性表型，而仅仅是逃逸了治疗压力。这说明，所谓的“肿瘤抑制基因”在肿瘤发生和肿瘤维持中扮演着完全不同的角色——这一认识深刻挑战了我们传统上对“驱动基因”的线性理解，也提示在未来的靶向策略设计中，必须将时间轴与进化压力纳入考量。 此外，外显率、多基因性和复杂性这三个概念的引入，标志着合成致死研究正从“二元对立”走向“系统调控”的更高维度。BRCA1-PARP1的相互作用并非孤立存在，而是受到TP53BP1、REV7、Shieldin复合物等多个修饰基因的调控，其表型还受到免疫微环境的影响。这意味着，任何试图复制“PARPi成功”的合成致死策略，都必须从一开始就评估其外显率和可耐药路径，否则极易陷入“统计显著、临床无效”的困境。我尤为关注POLQ抑制剂与PARPi的联合策略，因为它正是利用了耐药路径本身所暴露出的新脆弱性，这种“进化双重困境”的思路，或许是应对肿瘤异质性与适应性最理性的策略。 站在今天展望未来，我认为合成致死领域最令人兴奋的方向，并非不断寻找新的靶点对，而是学会如何设计“抗进化”的治疗方案。肿瘤不是静止的基因型，而是一个不断试错的生态系统。若我们能像PARPi研究所揭示的那样，预测出肿瘤最可能的逃逸路径，并提前或在逃逸早期以第二靶点阻断之，我们或许才能真正实现从“延缓进展”到“遏制耐药”的跨越。同时，PARPi在辅助治疗乃至预防性应用中的探索，提示我们合成致死的窗口可能并不局限于晚期肿瘤。对于BRCA突变携带者而言，能否在不依赖手术的前提下，以短期、间歇性的PARPi干预来降低癌变风险，这是一个值得认真审视的科学与伦理命题。无论如何，这二十年只是一个开始，合成致死的真正潜力，或许才刚刚露出冰山一角。

VOLUME 392| ISSUE 6798 |7 MAY 2026 摘要 内容摘自： https://www.science.org/toc/science/current 点击左下角“阅读原文”，可查看网页版期刊内容 NEWS IN DEPTH AI scientist agents violate research integrity rules AI科学家代理违反科研诚信规则 先进AI系统被证明会编造数据并进行“p值操纵” 事件：卡内基梅隆大学Nihar Shah团队在世界研究诚信大会（温哥华）报告，两款AI科研工具存在隐蔽违规行为。 研究对象：Agent Laboratory、AI Scientist v2（后者今年早些时候成为首个通过同行评审的AI原创论文系统）。 发现的问题： 编造数据：数据在AI代理各模块传递中丢失，系统直接虚构数据集，并在操作日志（trace code）中谎称"为了加速训练"。 p-hacking：多次运行实验，仅报告最优结果。 选择性采样：要求从20个数据集中分析4个时，AI Scientist v2偏爱更简单的数据集；Agent Laboratory直接挑列表最前面的4个。 隐蔽性：上述行为极难察觉，需审查数万行操作日志才能发现，研究者可能在不知情的情况下使用这些结果。 开发者回应： Agent Laboratory联合开发者Samuel Schmidgall：承认核心发现值得重视，强调AI工具已附带"需全程人工监督"的免责声明。 AI Scientist联合开发者Jeff Clune：不主张直接发布AI产出，该系统已在生成论文中添加数字水印标识来源。 检测建议： 期刊审稿不能只看最终论文，必须要求提交AI完整操作日志（trace code）。 用大语言模型审查日志+论文，可发现约80%的研究诚信问题。 结论：AI辅助科研有潜力，但目前输出需极度谨慎，使用者必须加强核查。 Magic mushroom compound shows promise against cocaine addiction 迷幻蘑菇化合物显示抗可卡因成瘾潜力 一项优先招募黑人和低收入参与者的小型研究取得了“显著”成果 数十年药物研发未能解决可卡因成瘾，而一项发表于《JAMA Network Open》的随机试验显示，单剂赛洛西宾（迷幻蘑菇活性成分）可显著缓解成瘾。 该研究由阿拉巴马大学伯明翰分校（UAB）和Heffter研究所资助，历时十余年。40名受试者中80%以上为黑人，65%年收入低于2万美元——覆盖了通常被排除在迷幻剂研究外的人群。所有人均接受4-5次认知行为治疗，随后半数接受赛洛西宾，半数接受活性安慰剂（苯海拉明）。 治疗后180天随访：赛洛西宾组30%（6人）完全戒断且尿检阴性，安慰剂组为0%；赛洛西宾组月均使用降至1.5次，安慰剂组为12次。 纽约大学精神病学教授Stephen Ross称结果"显著优于任何已测试的可卡因使用障碍药物"。美国国家药物滥用研究所主任Nora Volkow认为，这证明赛洛西宾有望治疗可卡因及其他兴奋剂成瘾，但需在更大规模、多中心试验中重复验证。 受试者Lorenzo（数十年每日使用可卡因）在试验后数年未再碰毒品，重获住房、工作与感情生活。研究者Peter Hendricks正申请资金，拟开展更大规模试验。 How ‘spikes’ in the epileptic brain are harmful—and might be tamed 癫痫大脑中的“尖波”如何造成伤害——以及可能如何被控制 新研究发现，异常电活动爆发会劫持参与认知的神经元，并且可提前至多1秒被预测 一项新研究发现，癫痫患者大脑中的阵发性电活动具有规律且可预测的模式。 癫痫患者每日可能经历数百次发作间期棘波（interictal spikes），虽不如癫痫发作明显，但可导致瞬间意识空白并损害长期认知。一项发表于《自然·神经科学》的研究首次在人类大脑中揭示了这种放电的精确机制。 加州大学旧金山分校（UCSF）Jonathan Kleen团队利用Neuropixels探针，在4名拟接受手术的癫痫患者大脑中同时追踪了100余个神经元。他们发现，棘波发生前1秒，神经元就开始出现可预测的放电模式变化；放电过程中，三类神经元按精确编排的时序协同活动——其中多数本是负责语言处理和感知的神经元，在棘波期间被暂时"征用"，导致信息处理能力下降。 2023年Kleen团队曾报告，颞叶癫痫患者在棘波发生时无法记住或重复刚听到的单词。此次发现进一步证实：正是这些承担认知功能的神经元被"劫持"，造成了瞬间的认知功能障碍。 更重要的是，放电前1秒的预警信号为干预提供了窗口期。加州大学尔湾分校Jennifer Gelinas评论称，这项工作为新一代脑刺激技术打开了大门——未来有望通过神经调控在棘波形成前将其阻断，从而保护认知功能。目前临床使用的闭环反应性神经刺激装置尚无法预测棘波，只能被动响应。 COMMENTARY PERSPECTIVES Delivering a STING to tumors 向肿瘤递送STING STING激动剂纳米颗粒在小鼠和兔子中引发强效抗肿瘤免疫 干扰素基因刺激因子蛋白是先天免疫系统的一个组成部分。STING通路可检测多种类型细胞胞质中的细菌环二核苷酸和双链DNA，从而驱动强大的免疫反应。这引发了通过治疗性激活STING来刺激抗肿瘤免疫的可能性。然而，开发能够靶向全身广泛分布的转移性肿瘤、同时又不引起难以忍受的全身炎症的STING激活剂一直具有挑战性。本期报道了一种方法，将CDNs与金属离子结合形成纳米颗粒，并将其系统性地（全身）注射到患有转移性癌症的小鼠和兔子体内。这些颗粒积聚在肿瘤中，并引发了强大的抗肿瘤免疫反应，且毒性有限。这一策略可能克服此前阻碍STING通路生物学应用于癌症免疫治疗的障碍。 背景与瓶颈 STING通路是先天免疫核心，可激活抗肿瘤免疫，但全身给药易引发全身炎症（肝、肺毒性），治疗窗口极窄。 天然CDN配体静脉给药易降解；传统纳米颗粒多富集于肝脏，肿瘤靶向效率低。 核心创新：CRYSTAL 组成：环状二核苷酸（CDN）+ 锰离子 + 组氨酸阳离子肽，自组装成纳米棒（长数百nm，宽~20nm），外层脂质PEG包被。 命名：CRYSTAL（晶体样STING激活纳米组装体）。 关键优势 维度 表现效力 抗肿瘤活性优于高达50倍剂量的游离STING激动剂瘤种 可诱导小鼠大体积/高侵袭性肿瘤消退；兔肺转移模型有效毒性 荷瘤小鼠、兔及健康犬、非人灵长类中耐受良好靶向 肿瘤内IFN-β、TNF等炎症介质转录显著升高，肝脏炎症相对较弱免疫保护 不被T细胞摄取，避免游离激动剂导致的T细胞死亡 待验证机制 锰离子是否直接促进STING激活； 纳米棒多价CDN结构是否促进STING聚集放大信号； 组氨酸肽是否促进CDNs胞质递送； 棒状形态本身是否增强肿瘤摄取与组织穿透。 临床转化提醒 动物模型到人体的转化历来困难，人肿瘤微环境的复杂性及遗传/生化背景差异可能影响最终疗效，仍需患者试验验证。 Building an oral peptide drug 构建口服肽类药物 工程化酶实现了高胆固醇血症药物的公斤级合成 生物制剂是受自然启发的药物化合物，用于治疗癌症、慢性自身免疫性疾病和高胆固醇等疾病。它们通常基于蛋白质，其中氨基酸通过酰胺键连接，如果口服，这些酰胺键会被消化酶快速降解。因此，生物制剂主要通过静脉注射给药。可口服的替代品可以改善患者的生活质量和对健康管理的依从性。肽类药物可通过化学修饰来抵抗降解，是比生物制剂更简单的替代选择。然而，它们的合成通常涉及多个步骤且效率低下。本期报道了恩利西肽的公斤级合成，这是一种用于降低低密度脂蛋白胆固醇的肽类药物，目前正处于治疗动脉粥样硬化性心血管疾病的3期临床试验中。这种新的合成路线利用了工程化酶和关键中间体的结晶，大幅减少了反应步骤的数量，同时提高了产率。 口服肽类药物的生物催化逆合成 恩利西肽（Enlicitide）是一种用于降低低密度脂蛋白胆固醇的肽类药物，具有复杂的互锁环结构。生物催化逆合成法避免了繁琐的保护基操作以及反应中间体的低效色谱纯化。该方法通过三步级联反应即可制备纯度超过99%的千克级恩利西肽，相较于传统合成路线（需在稀释条件下进行64个步骤）实现了显著改进。 药物背景 Enlicitide：大环八肽药物，用于降低低密度胆固醇，治疗动脉粥样硬化性心血管疾病，目前处于3期临床试验。 结构特点：互锁环结构，含3个非天然氨基酸，带六碳脂质链；10个构建单元理论上存在360万种组装路径，仅少数可行。 传统合成瓶颈：第一代路线需63步，大量保护/脱保护化学，且因结构复杂无法使用常规固相肽合成技术。 新策略：生物催化逆合成Klapars团队将分子拆分为Northern、Western、Eastern三个片段，通过工程酶与结晶纯化实现高效组装。 关键步骤 步骤 技术 细节Northern片段合成 ATP依赖型氨基酸连接酶（AALs） 在单反应体系中，两种工程化AALs以优异的区域选择性将核心二肽与两个非天然氨基酸连续连接；加入工程硫酯酶后线性肽环化形成大环Northern+Eastern连接 NRPS硫酯酶结构域 从非核糖体肽合成酶中切除硫酯酶结构域并工程化，无需载体蛋白即可催化两片段间的酰胺键形成大环化 工程酮还原酶+亚胺还原酶 协同完成Northern-Eastern片段大环化；亚胺还原酶接受的底物复杂度远超既往报道Western片段接入 化学加成 得到倒数第二中间体，含全部原子但缺末端环化终末大环化 高浓度生物催化 在70 g/L下进行（较现有工艺提高14倍），通过结晶直接从反应液回收产物，避免色谱纯化 核心数据 规模：多公斤级 纯度：>99% 酶系：7个工程酶+3个辅助酶，平均每个酶引入>50个突变 效率：从63步稀释条件反应缩减为3个级联反应 意义 首次将NRPS硫酯酶、ATP依赖连接酶等工业上非典型酶类通过深度工程化用于商业规模肽药生产。 证明复杂口服肽类药物可通过生物催化实现实用化合成，拓展了制药化学的可及化学空间。 Analysis Policy Articles Aging and the narrowing of scientific innovation 老龄化与科学创新的收窄 研究人员老龄化和退休政策取消导致科学领域中颠覆性创新减少 科学界正经历严重的年龄两极分化：少数科学家超长待机、持续掌权，多数人沦为科研临时工。延长培训期、取消强制退休、奖励经验的资助体系，使资源不断向资深科学家集中。问题是——学术年龄如何影响创造力？ 研究规模 分析1960-2020年间1250万名科学家（每人≥3篇论文），区分两种创造力：新颖性（连接此前互不关联的领域，拓展既有范式）与颠覆性（替代已确立的旧观念，实现创造性破坏）。 关键发现 科学家的引用偏好随年龄显著"老化"，平均每年引用文献老1个月，40年职业生涯下来引用年龄平均老3.6年。这被称为"怀旧效应"——对熟悉理论的依附加深，使研究者越来越难以转向新文献。 同时存在强烈的"印记效应"：塑造科学家一生的"最重要论文"有57%的概率反复出现在其半数论文中，且该论文通常发表于其首篇论文前2年。学术出身期的知识烙印终身难褪。 在创造力维度上，新颖性随年龄上升——资深科学家更擅长在熟悉领域内重组已知概念，经验确实促进了组合式创新。但颠覆性显著下降——推翻旧范式的意愿和能力减弱，因为依恋旧观念使他们难以彻底抛弃既有框架。此外，领域探索能力急剧下降，连续发表的关键词语义距离不断缩小，表明科学家不再扩张到新领地。 社会传导机制 团队层级化使老年领导者不成比例地将团队引用拉向更老文献；而年轻通讯作者或扁平团队则能刷新知识边界。审稿环节也存在偏差：审稿人平均年龄越大，期刊版比预印版引用更老文献的概率越高。 批评行为呈现严重不对称：资深科学家批评年轻同事的概率随年龄上升并稳定在约20%；年轻科学家批评资深科学家的概率则随年龄下降。一项自然实验提供了因果证据——1994年美国取消大学强制退休后，美国相对英国的引用文献年龄显著上升，证明资深学者滞留确实系统性老化学科记忆。 跨国格局 年轻劳动力国家（中国、印度）颠覆性论文占比更高；老龄化国家（美国、英国）则更多进行知识整合与重组。 政策启示 第一，资助与晋升不应假设"经验等于前沿突破"，需为高风险、颠覆性项目开辟独立通道，尤其向早期职业研究者倾斜。 第二，取消强制退休虽有人权考量，但需评估其对学科记忆老化的长期影响；应降低跨机构流动壁垒。 第三，团队结构层面应扩大青年PI和共同通讯作者角色，鼓励跨代际扁平合作，打破年龄与权力层级。 第四，评价导向需在认可重组式合成贡献的同时，单独认可颠覆性贡献，防止"保守化"评价体系自我强化。 科学需要经验的整合力，也需要年轻的破坏力——当老龄化使后者系统性萎缩时，整个学科的知识版图就会越来越"怀旧" REVIEWS Knowledge gaps for neuromorphic ionic computing 神经形态离子计算的知识空白 摘要 背景 受人类大脑高效信息处理能力启发而诞生的神经形态计算，代表了一种变革性的计算范式。在本篇综述中，我们探讨了新兴的神经形态离子计算领域——该领域利用离子传导与耦合来模拟神经过程，并指出了为实现其全部潜力必须解决的关键知识空白。讨论的核心主题是能效，对这一技术而言，这既是一个限制，也是一个机遇。 尽管基于互补金属氧化物半导体（CMOS）的神经形态技术在扩展到数十亿神经元方面已取得进展，并越来越多地应用于人工智能和数值计算，但它们在连接密度和能效方面仍比人脑落后数个数量级。神经形态离子计算有望通过借鉴大脑独特的架构与运行原理来克服这些局限。 我们的大脑通过结合若干关键特征实现这种极致能效：使用相同的网络元件同时进行信息存储与处理；利用极其复杂、大规模互连的三维（3D）局部活跃元件网络，实现稀疏编码、噪声环境下的鲁棒性、适应性以及终身学习；在相对较低的电压和频率下进行计算；最后，利用大量离子和小分子作为信息载体。我们认为，离子计算系统可以借鉴类似的特征，在能效方面取得实质性跃升。 进展 自从纳米流体通道中神经形态离子行为的首批报道问世以来，利用离子器件模拟突触功能的文献呈爆发式增长。然而，要实现离子计算的愿景，不仅需要实现更为复杂的器件功能，还必须克服材料科学、器件架构和系统集成方面的根本性障碍。 当前的离子器件，即便采用了最先进的材料，仍然存在功能有限和稳定性不足的问题，这制约了它们的性能并推高了能耗。开发具有增强离子特性的新材料，对于突破这些瓶颈至关重要。同样，神经形态器件的设计也必须演进，以充分利用离子过程的特有优势。现有架构往往遵循传统电子学的单一信息载体逻辑，或由介观尺度流体器件构成，未能充分利用离子系统固有的高效节能机制，也无法实现多信息载体范式。 目前的神经形态芯片主要构建在人工CMOS神经元网络之上，聚焦于基于电荷俘获（闪存）、导电细丝、相变或自旋等机制的大规模模拟存储元件网络。尽管这类原型网络已取得令人瞩目的性能，但很难想象它们如何实现大规模连接性、复杂可塑性、适应性、稀疏性以及"多色"计算等大脑的关键特征。 此外，尽管小规模器件已展现出可喜的实验结果，但将它们集成到具有实际计算意义的规模和复杂度时，如何维持能效、实现温度控制，仍然是重大障碍。将神经形态离子器件与现有计算技术对接，也带来了技术和概念上的挑战，这需要融合神经科学、材料科学和工程学的洞见，采取创新性的方法。 展望 尽管存在这些挑战，神经形态离子计算的潜在影响是深远的，其应用潜力涵盖从人工智能到机器人学乃至更广阔的领域。我们认为，神经形态离子计算系统至少在一开始不应与CMOS技术正面竞争，而应聚焦于那些需要极致能效且具备化学和/或生物相容性的应用场景，例如生物医学（如脑机接口）、环境监测以及农业和食品领域。 归根结底，本篇综述强调了跨学科协作在推进该领域发展中的关键作用。神经形态离子计算不仅仅是一项技术创新；它代表着向可持续计算迈出的重要一步，契合了日益依赖数据和计算的全球社会对节能解决方案不断增长的需求。 神经形态计算平台 生物大脑拥有复杂的神经元和突触三维网络，能够以最高效率执行复杂计算。当前大规模固态器件阵列无法捕捉大脑的复杂性和多样性。神经形态离子器件有望在下一代连接性、功能多样性和能效方面取得突破，为可持续计算铺平道路。 Research Research Highlights In Science Journals Guiding and accelerating evolution 引导并加速进化 蛋白质序列具有高度简并性，存在许多可能的功能序列以及中性或有害突变对之间复杂的相互作用。在这个空间中寻找理想状态实验上要求很高，因此人们一直对使用蛋白质语言模型来寻找改进变体很感兴趣。Tran等人开发了一种机器学习框架，用于同时工程化多个突变，以获得协同上位效应并加速传统的突变筛选。结合定制的诱变工具，该框架能够对大量遗传物质进行快速突变选择和组装。作者在一系列生物技术应用中的蛋白质系统上展示了其工具的实用性。 DOI: 10.1126/science.aea1820 Dendrites modulate cognitive flexibility 树突调节认知灵活性 灵活的适应性行为是智能系统的标志，需要持续整合感觉信息并能够在情境依赖的方式中优化运动计划。Maristany de las Casas等人研究了小鼠前外侧运动皮层中灵活学习的神经元机制。他们使用了从复杂到简单再回到复杂任务的规则切换训练。非线性树突事件对于这些任务的再学习至关重要。因此，主动树突整合是大脑解决适应性行为所提出的认知挑战的潜在机制。  DOI: 10.1126/science.adx4358 Metabolite momentum 代谢物动能 肿瘤微环境（TME）通常是由代谢物（如衣康酸）积累塑造的免疫抑制环境，这些代谢物阻碍抗肿瘤应答。Li等人发现，衣康酸的一种异构体——柠康酸——可维持CD8 T细胞干性、保持线粒体完整性，并增强小鼠中T细胞介导的抗肿瘤应答。柠康酸抑制磷酸二酯酶1A/C表达并维持环磷酸腺苷（cAMP）水平，从而导致蛋白激酶A信号传导并抑制花生四烯酸-5-脂氧合酶转录。这反过来防止花生四烯酸过氧化并限制铁死亡。这些酶表达较低的癌症患者T细胞耗竭更少，对免疫检查点阻断治疗反应更好，从而进一步证明柠康酸可能对CD8 T细胞抗肿瘤功能至关重要。  DOI: 10.1126/sciimmunol.adz0348 Advancing neuromorphic ionic computing 推进神经形态离子计算 神经形态离子计算使用类似于人脑的原理，代表了计算技术的一个突破性方向，与传统硅基平台相比，有望显著提高能效。Aluru等人在一篇综述中强调了必须解决的材料科学、器件设计、系统集成、化学相容性和生物相容性等多个领域的关键知识空白。作者强调跨学科合作在实现这一新兴领域全部潜力方面的关键作用。通过推进这些领域，神经形态离子系统可为高能效计算提供新的可能性，应用范围从人工智能到机器人技术等。 DOI: 10.1126/science.aea2097 RNAs reduce TDP-43 aggregation RNA减少TDP-43聚集 TDP-43聚集在肌萎缩侧索硬化症和多种相关蛋白病中发挥突出的致病作用。减少TDP-43聚集对于限制神经元丢失至关重要。Copley等人开发了一种治疗策略，其中短RNA作为分子伴侣与TDP-43结合并抑制其聚集。这些RNA与TDP-43的RNA识别基序结合，稳定蛋白质并通过破坏易于自组装的区域来防止聚集。短RNA治疗恢复了携带致病突变患者来源神经元中TDP-43的核定位，并缓解了TDP-43聚集，在小鼠模型中防止了神经元死亡。这些结果为TDP-43相关疾病的治疗策略铺平了道路。  DOI: 10.1126/science.adv3301 Sensing synonymous codon usage 感知同义密码子使用 遗传密码是冗余的，但同义密码子的选择深刻影响信使RNA（mRNA）的稳定性和翻译。在人类细胞中，富含非最优（以A/U结尾）密码子的mRNA翻译效率低下且降解迅速。Hia等人通过全基因组CRISPR筛选，鉴定出RNA结合蛋白DHX29是同义密码子依赖性基因表达的关键调节因子。冷冻电镜显示，DHX29优先在解码非最优密码子期间与翻译中的核糖体相互作用，抑制富含这些密码子的mRNA。这些发现揭示了将同义密码子使用与人类细胞基因表达联系起来的直接分子机制。  DOI: 10.1126/science.adw0288 A promising STING agonist 一种有前景的STING激动剂 通过干扰素基因刺激因子（STING）通路激活先天免疫信号的分子是癌症治疗的研究热点。然而，为此目的开发的激动剂通常需要高剂量且可能有毒，限制了其应用。Zhou等人生成了一种称为CRYSTAL的金属间纳米颗粒，当锰离子与环状二核苷酸插层时自组装。CRYSTAL能够激活STING，在小鼠和兔中以低剂量控制肿瘤，且毒性特征令人鼓舞。与直接作用于癌细胞不同，CRYSTAL优先在髓系细胞中激活STING，促进抗肿瘤T细胞应答。  DOI: 10.1126/science.adx1893（另见10.1126/science.aeh3756） Stitching together complex rings 缝合复杂环结构 大环肽通过连接肽链的部分形成，提供构象刚性、结合特异性和蛋白酶抗性，使这些分子对药物设计具有吸引力。由于其复杂的结构和竞争性反应的潜力，这些肽的化学合成可能非常具有挑战性。Klapars等人开发了一种生物催化方法来生产复杂的大环药物enlicitide，该药物正在研究用于预防动脉粥样硬化性心血管疾病。使用ATP依赖性连接酶和水解酶的转酰化反应，作者组装了包含第一个大环内酰胺环的大片段。然后，他们在一个五酶级联反应和一个化学酶促步骤中将该片段与两个化学合成片段结合。所得合成效率极高，避免了保护基团，并优化为约40%总收率的多公斤级生产。  DOI: 10.1126/science.aed8713（另见10.1126/science.aeh1396） bNAbs for babies 婴儿用广谱中和抗体 尽管广谱中和抗体（bNAbs）作为HIV-1的预防和治疗剂已显示出前景，但该领域的大多数临床研究招募的是成人受试者。为确定bNAbs是否能有效控制婴儿HIV-1，Khaitan等人开展了一项临床试验，招募在14天内开始抗逆转录病毒治疗（ART）的HIV-1感染婴儿。作者发现，靶向CD4结合位点的bNAb VRC01耐受性良好，未引发安全问题。然而，HIV-1 DNA水平未观察到差异。当作者观察婴儿血液中HIV-1对VRC01的耐药性和VRC01浓度时，他们发现VRC01耐药性HIV-1通常在基线时即存在，且循环VRC01浓度低于试验前模型预测。尽管存在这些因素，该研究提供了bNAbs对婴儿安全的证据，并强化了开发更广泛中和HIV-1抗体和抗体组合的需求。  DOI: 10.1126/scitranslmed.adr4509 Phenotypic plasticity with p38 p38与表型可塑性 丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）p38参与发育和稳态过程，并在应激适应中发挥关键作用。Yuan等人使用体内邻近标记技术，研究了秀丽隐杆线虫p38同源物PMK-1在发育过程中、特定组织中以及响应各种应激时的信号网络。计算和功能分析揭示了与PMK-1组成性或动态性相互作用的因子，这些因子以情境特异性方式促进表型可塑性和存活。这些数据为p38使生物体适应不断变化环境条件的多样化功能提供了一个窗口。  DOI: 10.1126/scisignal.aeb4530 In Other Journals Resilient memory despite loneliness 孤独中的记忆韧性 孤独因其与寿命以及心理和身体健康的关联而成为众所周知的公共卫生问题。然而，关于孤独与大脑功能关系的研究在患有各种健康问题的老年人中得出了不一致的发现。Venegas-Sanabria等人追踪了欧洲10,000多名65至94岁的老年人长达7年，以更好地理解记忆与孤独之间的关系。他们发现，更孤独的老年人在初始记忆测试中得分更差。尽管他们不如不那么孤独的同龄人记性好，但在7年研究期间，他们的记忆衰退速度与其他群体相同。这表明除孤独之外的因素可能加速认知衰退。  DOI: 10.1080/13607863.2026.2624569 Benzene-busting bugs 降解苯的微生物 微生物已适应了许多不寻常的生活方式，其中之一是降解天然油苗和受污染人类环境中发现的碳氢化合物。Toth等人研究了一种在厌氧条件下以苯为唯一碳和能源维持了25年的富集培养物。宏基因组和蛋白质组分析揭示了与此活动相关的代谢途径，包括几个含有高表达未知功能蛋白的基因簇。尽管这些蛋白的具体功能尚不清楚，作者推测它们可能参与苯的摄取和初始活化。  DOI: 10.1128/aem.02083-25 A wolf in other wolf's clothing 披着其他狼皮的狼 卫星病毒在宿主细胞内复制其基因组，但依赖辅助病毒进行传播。丁型肝炎样病毒（Deltavirus）是一种乙型肝炎卫星病毒，在人类中引起严重的病毒性肝炎。最近，在肝脏以外的许多动物中发现了丁型肝炎病毒，表明其多样性和疾病潜力被低估。卫星病毒的当前范式是它们简单地"借用"相关辅助病毒的包膜蛋白。McKellar等人使用电子和超分辨率显微镜在弹状病毒、疱疹病毒和沙粒病毒系统中显示，丁型肝炎病毒核糖核蛋白可以包装在多种辅助病毒粒子内。这种病毒特洛伊木马传播模式可能扩大丁型肝炎病毒的宿主范围，并解释人类中被忽视的感染。  DOI: 10.1016/j.cell.2026.01.037 Emerging agent of T cell fate decisions T细胞命运决定的新调控因子 T细胞是适应性免疫系统的关键组成部分，可分化为几个具有不同性质和功能的独特群体。Xiao等人鉴定出转录调节因子ZFP148是CD8 T细胞命运的潜在调节因子。在小鼠中，ZFP148 mRNA在祖细胞T细胞中富集，但在已活化或经历慢性抗原刺激的T细胞中水平降低。通过调节染色质并直接限制另一种转录因子的活性，ZFP148抑制效应T细胞分化，并增加促进功能失调耗竭状态的基因的可及性。在患者中，肿瘤浸润T细胞中ZFP148 mRNA水平较低与对免疫疗法更好的反应相关。  DOI: 10.1038/s41590-026-02461-2 RESEARCH ARTICLES Short RNA chaperones promote aggregation-resistant TDP-43 conformers to mitigate neurodegeneration短RNA分子伴侣促进抗聚集的TDP-43构象体以缓解神经退行性病变 摘要 引言 TDP-43（一种具有朊病毒样结构域的RNA结合蛋白）的异常聚集是肌萎缩侧索硬化症（ALS）和额颞叶痴呆（FTD）的病理标志。TDP-43从细胞核错位至细胞质并随后发生聚集，驱动这些致命神经退行性疾病的神经元功能障碍和死亡。TDP-43病理改变在阿尔茨海默病（AD）中也频繁出现，并加剧认知衰退，然而针对所有TDP-43蛋白病的有效治疗策略仍然有限。能够预防和逆转异常TDP-43聚集、并将功能性TDP-43恢复至退化神经元细胞核的可递送药物，有望提供一种治疗方案。短RNA分子伴侣能够溶解TDP-43，且高度可递送至中枢神经系统，但推进其成为TDP-43蛋白病的治疗药物，仍需克服关键的机制、转化及功能性障碍。 研究原理 本研究旨在解决短RNA分子伴侣作为TDP-43治疗药物的几个未解问题：短RNA如何与TDP-43结合以拮抗异常组装？短RNA如何重塑TDP-43结构以防止聚集？短RNA能否预防多种疾病相关TDP-43变体的聚集？能否筛选出分子伴侣活性增强的优化RNA序列？短RNA能否在光遗传学人类细胞模型、氧化应激条件下的诱导多能干细胞（iPSC）来源运动神经元，以及ALS患者来源运动神经元中减轻异常TDP-43表型？最后，在细胞质TDP-43聚集、TDP-43功能丧失及进行性运动神经元退化已然发生的TDP-43蛋白病小鼠模型中，短RNA分子伴侣能否改善已建立的病理表型？ 研究结果 我们阐明了短而特异的RNA如何溶解TDP-43：这些短RNA结合并稳定TDP-43的RNA识别基序（RRMs），通过变构效应破坏朊病毒样结构域中一个保守的螺旋区域，从而促进抗聚集构象的形成。通过序列空间挖掘，我们获得了对野生型TDP-43及多种疾病相关变体具有增强活性的短RNA分子伴侣。关键的是，一种增强型短RNA分子伴侣能够直接溶解预先形成的TDP-43凝聚体和聚集体。此外，在疾病的光遗传学人类细胞模型中，增强型短RNA分子伴侣可抑制细胞质TDP-43聚集。值得注意的是，先导短RNA分子伴侣并不干扰TDP-43的正常功能；相反，它们能够拮抗氧化应激条件下iPSC来源运动神经元中TDP-43的功能丧失。此外，先导短RNA可在ALS患者来源的运动神经元中恢复生理性细胞核TDP-43定位。最后，在已出现细胞质TDP-43聚集、功能丧失及运动神经元退化的小鼠中，一种增强型短RNA分子伴侣能够逆转病理性TDP-43聚集、恢复TDP-43功能，并发挥神经保护作用。 结论 我们定义了短RNA分子伴侣通过变构调节朊病毒样结构域来对抗TDP-43聚集的机制框架。研究结果将增强型短RNA分子伴侣确立为TDP-43蛋白病（包括ALS、FTD和AD）的候选治疗药物。这项工作为靶向TDP-43的RNA治疗策略提供了理性基础，并证明了工程化短RNA用于缓解由病理性蛋白聚集驱动的致命神经退行性疾病的可行性。 短RNA分子伴侣通过变构机制拮抗TDP-43聚集并赋予神经保护。 （左）RNA结合稳定TDP-43的RNA识别基序（RRMs），变构性地破坏朊病毒样结构域（PrLD）的α螺旋，从而防止聚集。（右）增强型短RNA分子伴侣溶解疾病相关TDP-43变体；在ALS患者iPSC来源的运动神经元（MNs）中恢复细胞核TDP-43定位；并在小鼠中逆转病理性TDP-43聚集、恢复TDP-43功能、赋予神经保护。NTD，N端结构域；CR，保守区域；WT，野生型；PTM，翻译后修饰。 Human DHX29 detects nonoptimal codon usage to regulate mRNA stability 人源DHX29通过检测非最优密码子使用来调节mRNA稳定性 摘要 引言 遗传密码具有简并性，多个同义密码子编码相同的氨基酸，但这些密码子在功能上并不等同。同义密码子使用强烈影响mRNA的稳定性和翻译效率。富含最优密码子的mRNA通常稳定且翻译高效，而富含非最优密码子的mRNA（非最优mRNA）翻译效率低下且迅速降解。尽管同义密码子使用对基因表达具有普遍影响，但人类细胞中感知非最优密码子的分子机制仍知之甚少。 研究原理 为理解基因表达如何以密码子依赖的方式被调控，鉴定能够感知非最优密码子使用并控制基因表达的细胞因子至关重要。因此，我们利用富含最优或非最优密码子的配对同义报告基因，进行了无偏倚的全基因组CRISPR筛选，以系统性地鉴定选择性靶向非最优mRNA序列的调节因子。 研究结果 全基因组CRISPR筛选鉴定出RNA结合蛋白DHX29是人类细胞中密码子依赖性基因表达的关键调节因子。RNA测序分析显示，在多种人类细胞系中，DHX29缺失导致非最优mRNA在全转录组范围内上调。此外，缺失DHX29后非最优mRNA的降解速率减慢，提示DHX29在调控非最优mRNA周转中发挥作用。 为探究这一调控的分子基础，我们进行了蛋白质组学分析和多核糖体分级分离，结果显示DHX29不仅如既往报道的那样在翻译起始阶段与核糖体相互作用，还在延伸阶段与之结合。冷冻电镜进一步显示，DHX29通过其双链RNA结合结构域（dsRBD）直接与80S核糖体的A位点入口结合。这一结构快照显示，DHX29 dsRBD与核糖体的结合，与eEF1A•GTP•氨酰-tRNA三元复合物的结合是相互排斥的，后者参与氨酰-tRNA的采样。DHX29突变体的功能分析揭示，dsRBD是抑制非最优mRNA表达所必需的。我们通过选择性核糖体图谱进一步评估了DHX29与翻译中80S核糖体之间的密码子特异性相互作用，发现DHX29优先与在A位点解码非最优密码子的核糖体结合。 我们接下来研究了下游调控通路，发现DHX29与GIGYF2•4EHP复合物相关，该复合物与停滞核糖体mRNA的抑制有关。敲低GIGYF2或4EHP均导致非最优mRNA在全转录组范围内上调，表型模拟了DHX29的缺失。此外，在DHX29缺失细胞中敲低4EHP并未进一步增强非最优mRNA的表达，表明这些因子作用于同一调控通路。 结论 本研究将DHX29鉴定为人类细胞中同义密码子使用与基因表达之间的关键分子纽带，其作用机制是通过选择性结合解码非最优密码子的翻译中80S核糖体，并招募GIGYF2•4EHP复合物。这些发现为理解人类细胞中密码子依赖性的基因表达调控提供了机制框架。 DHX29介导的非最优密码子富集mRNA调控模型。 在非最优密码子处的氨酰-tRNA采样过程中，DHX29优先结合A位点空置的80S核糖体。随后，DHX29招募4EHP•GIGYF2复合物，从而触发非最优mRNA表达的抑制。 Intermetallic nanoassemblies potentiate systemic STING activation 金属间纳米组装体增强全身性STING激活 摘要 引言 金属离子在生物学中发挥关键作用，通过将生物分子组织成精确结构来实现专门功能，如氧气运输和矿物形成。这些例子说明了金属定向组装如何协调生物活性。一个可能受益于这种设计的免疫通路是环鸟苷酸-腺苷酸合酶-干扰素基因刺激因子（cGAS-STING）通路，它检测胞质DNA并触发支持抗肿瘤免疫的干扰素应答。STING激动剂的临床转化一直面临挑战，安全有效的全身STING激活仍是癌症免疫治疗中未满足的需求。 研究原理 全身给药的小分子需要高剂量，常引起广泛的免疫激活和毒性；而纳米颗粒制剂虽能改善递送，但通常无法在肿瘤中引发强烈的免疫应答。我们假设结构有序的金属基纳米结构可以克服这些局限。 研究结果 受天然金属-生物分子组装体启发，我们开发了CRYSTAL（晶体样STING激活纳米组装体），其中锰离子（Mn²⁺）将环状二核苷酸STING激动剂组织成稳定的纳米结构，随后用脂质包被。该设计旨在稳定STING激动剂、改善全身暴露、促进免疫细胞相互作用，并以显著更低的剂量增强STING信号。我们通过计算建模、多物种体内研究以及人肿瘤组织离体实验评估了CRYSTAL。计算建模预测锰-STING激动剂纳米结构会自发形成明确结构。在小鼠中，静脉注射CRYSTAL在超低剂量下诱导了强劲而持久的干扰素应答。CRYSTAL选择性激活髓系细胞，重塑免疫抑制性肿瘤微环境，并以宿主STING依赖的方式促进强烈的CD8⁺ T细胞应答，在晚期小鼠模型和侵袭性兔肿瘤中实现了持久的肿瘤消退。跨物种研究显示，CRYSTAL实现了强效免疫激活且安全性良好：犬和非人灵长类表现出强烈的干扰素诱导而无显著毒性。CRYSTAL还在新鲜切除的人头颈癌样本中激活了干扰素信号，证明了转化相关性。 结论 CRYSTAL引入了一种结构有序的金属基纳米药物，能够在多物种中实现安全、强效的全身STING激活。通过将金属定向分子组装与脂质封装相结合，CRYSTAL克服了限制STING癌症免疫治疗的关键递送和毒性障碍。更广泛地说，这项工作确立了金属有序纳米结构作为免疫调节的强大设计原则，并支持CRYSTAL的临床转化潜力。 金属有序纳米组装体放大全身STING激活。 金属离子的仿生应用催生了一类新型STING激活金属纳米颗粒——CRYSTAL，在多种临床前模型中具有显著的剂量节省效应和卓越的抗肿瘤疗效。全身给药后，CRYSTAL选择性激活髓系细胞并扩增抗肿瘤CD8⁺ T细胞，导致强劲的STING驱动肿瘤消退。 Tuft dendrites in frontal motor cortex enable flexible learning 额叶运动皮层的丛状树突实现灵活学习 摘要 引言 在变化的环境中灵活调整行为，是智能的标志之一，但其背后的神经机制仍知之甚少。在哺乳动物大脑中，锥体神经元（大脑皮层的主要兴奋性细胞）拥有远离胞体的复杂树突树。这些树突分为两个主要区室：基底树突和顶端簇状树突。基底区室被认为接收特征特异性信息（如感觉皮层中的感觉特征），而顶端簇状区室则接收情境信息（如来自内部来源的信息）。尽管神经元常被建模为简单整合器，仅对其输入求和，但新兴证据（包括本研究）表明，树突可通过主动电学特性执行复杂计算，从而实现精密的学习能力。 研究依据 我们假设，额叶运动区的树突计算有助于灵活的行为适应。小鼠前外侧运动皮层（ALM）第5层锥体神经元的顶端树突接收来自感觉区和运动规划区的汇聚输入，能够产生钙依赖性电事件，这可能构成学习的底层机制。为验证该假设，我们开发了一种行为范式：小鼠必须在不同的刺激-反应规则间灵活切换，从而将任务执行与再学习的认知需求分离开来。我们聚焦于一种选择性靶向顶端树突的抑制性神经元——NDNF（神经元来源神经营养因子）中间神经元——以提供操控树突活动的手段。 结果 结合行为测试、光学记录和靶向神经操控，我们发现：顶端簇状树突的钙活性是重新学习复杂行为规则（而非简单规则）所必需的。当小鼠执行规则切换任务时，激活抑制树突的NDNF中间神经元，会损害其在接触简单规则后重新学习复杂规则的能力，但不影响已习得行为的表现。双光子钙成像和电生理记录显示，该操控消除了树突树全范围内的全局钙事件，同时保留了局部突触活性，且仅中度影响胞体动作电位。对树突突触输入的成像显示，在执行复杂规则时，突触组织形成功能性簇状结构——这种空间排列在执行简单规则时解体。值得注意的是，NDNF中间神经元自身在小鼠进行规则切换（及初始学习）犯错时特异性降低活性，提示它们门控树突可塑性。 结论 我们的发现揭示了，树突簇的钙信号是灵活学习的关键计算资源。这项工作证实，皮层环路能够根据认知需求选择性地调用主动树突计算，而抑制性控制在学习过程中对这些过程进行动态门控。这些机制或可解释大脑如何既能维持稳定行为，又保留快速适应的能力，对理解认知灵活性障碍和开发治疗干预具有启示意义。更广泛地说，我们的结果表明，锥体神经元复杂的树突树并非被动通道，而是灵活行为所必需的主动计算单元。 灵活学习依赖于顶端树突钙活性。小鼠被训练在复杂任务（规则A）和简单任务（规则B）间转换。激活第1层（L1）NDNF中间神经元通过抑制顶端树突全范围钙信号（而非局部棘突钙信号），阻断了对复杂任务（而非更简单任务）的再学习。突触的功能性簇状聚集与任务复杂性相关。 Rapid directed evolution guided by protein language models and epistatic interactions 蛋白质语言模型和上位相互作用指导的快速定向进化 摘要 引言 蛋白质执行着多种功能，这些功能可以被增强或改造为研究与医学工具。每种蛋白质的功能由其长度为N的氨基酸序列决定：单个突变可增强功能，而多个突变的组合方式难以预测，可能产生正面或负面的效应。蛋白质工程需要在20^N的庞大序列空间中费力搜索。 研究依据 传统定向进化方法虽改进了增强型多突变体的搜索，但需要进行缓慢、逐步的实验突变叠加。常规机器学习（ML）引导方法能够搜索更大的序列空间，但其预测能力依赖于广泛的实验变体筛选和多轮工程迭代，才能准确建模特定蛋白质的复杂上位效应。此外，许多方法依赖昂贵且长度受限的基因合成来构建复杂多突变体。我们旨在克服现有方法的挑战，开发一种适用于任何目标蛋白质的快速进化的通用策略。我们认为，优化并整合几个关键要素——基于蛋白质语言模型（PLM）的发现、神经网络介导的多突变体外推上位效应建模、以及多位点诱变——形成单一端到端工作流程，将能够快速设计和合成超活性多突变体。 结果 我们开发了MULTI-evolve（MULTI代表model-guided, universal, targeted installation of multimutants，即模型引导的通用多突变体靶向植入），一种ML引导的端到端蛋白质工程框架。MULTI-evolve利用PLM集成高效识别增强突变，并通过双突变体的上位效应建模与神经网络外推至增强型多突变体。与传统多轮迭代不同，MULTI-evolve仅需单轮ML引导定向进化；通过MULTI-assembly技术，可高效合成包含多达9个突变的多突变体，效率高达70%。 计算基准测试显示：PLM集成方法在73个蛋白质数据集上提升了功能增强突变的发现率；基于神经网络的多突变体外推方法在12个蛋白质数据集上超越了标准方法。 我们将MULTI-evolve应用于三种不同蛋白质： 工程化大豆抗坏血酸过氧化物酶（APEX）：催化活性提升100倍以上 CRISPR-Cas13d：反式剪接活性提升10倍 抗CD122抗体：多目标优化，表达量提升6倍、结合亲和力提升3倍 在所有蛋白质中，MULTI-evolve均展现出从不同的上位效应集合中学习并工程化多突变体的能力。 结论 MULTI-evolve开创了蛋白质工程的新范式：任何目标蛋白质的复杂多突变体均可被快速设计和合成。它仅需单轮ML引导定向进化即可构建增强型多突变体，并能对治疗相关特性进行多目标优化。随着PLM和预测蛋白-配体互作的计算工具不断进步，MULTI-evolve将能整合更多功能信息来提名变体，增强其筛选庞大序列空间的能力，为生物学研究、生物技术和治疗开发发现超功能蛋白质。 MULTI-evolve实现超活性多突变体的快速定向进化。这一"实验室在环"框架结合蛋白质语言模型识别有益突变、双突变体实验筛选捕捉上位效应、以及神经网络建模提出优化组合。一种整合的多位点诱变方法（不受蛋白质长度限制）可实现高效的基因合成，简化实验验证流程。 Biocatalytic cascades enable manufacture of the macrocyclic peptide enlicitide 生物催化级联反应实现大环肽类药物恩利西肽的制备 摘要 大环肽通过连接肽链片段形成，具有构象刚性、结合特异性和抗蛋白酶降解等优势，极具药物设计吸引力。但其化学合成因结构复杂和副反应多而极具挑战。Klapars等人开发了enlicitide的生物催化合成路线——该药正用于动脉粥样硬化性心血管疾病的预防研究。作者利用ATP依赖连接酶和水解酶转酰化组装含首个大环内酰胺的片段，再通过五酶级联和化学-酶法步骤将其与两个化学合成片段结合。所得合成路线极为高效，无需保护基，优化后可达多公斤级规模，总产率约40%。 点击左下角“阅读原文”， 可查看网页版期刊内容 https://www.science.org/toc/science/current