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2018年度中國科學(xué)十大進(jìn)展發(fā)布  科技部基礎(chǔ)研究司司長葉玉江和科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心、基礎(chǔ)研究管理中心主任劉敏為十大進(jìn)展入選者頒發(fā)榮譽證書。專家對十大進(jìn)展進(jìn)行了逐項解讀。 “中國科學(xué)十大進(jìn)展”遴選活動由科技部基礎(chǔ)研究管理中心牽頭舉辦，至今已成功舉辦14屆，旨在宣傳我國重大基礎(chǔ)研究科學(xué)進(jìn)展，激勵廣大科技工作者的科學(xué)熱情和奉獻(xiàn)精神，開展基礎(chǔ)研究科普宣傳，促進(jìn)公眾理解、關(guān)心和支持基礎(chǔ)研究，在全社會營造良好的科學(xué)氛圍。 中國科學(xué)十大進(jìn)展遴選程序分為推薦、初選和終選3個環(huán)節(jié)�！吨袊A(chǔ)科學(xué)》《科技導(dǎo)報》《中國科學(xué)院院刊》《中國科學(xué)基金》和《科學(xué)通報》5家編輯部推薦了353項科學(xué)研究進(jìn)展，所推薦的科學(xué)進(jìn)展須是在2017年12月1日至2018年11月30日期間正式發(fā)表的研究成果。 2018年12月，科技部基礎(chǔ)研究管理中心組織召開了中國科學(xué)十大進(jìn)展初選會議，按照推薦科學(xué)進(jìn)展的學(xué)科分布，分成數(shù)理和天文科學(xué)、化學(xué)和材料科學(xué)、地球和環(huán)境科學(xué)、生命和醫(yī)學(xué)科學(xué)等4個組，邀請專家從推薦的科學(xué)進(jìn)展中遴選出30項進(jìn)入終選。終選采取網(wǎng)上投票方式，邀請中國科學(xué)院院士、中國工程院院士、973計劃顧問組和咨詢組專家、973計劃項目首席科學(xué)家、國家重點實驗室主任、部分國家重點研發(fā)計劃負(fù)責(zé)人等2600余名專家學(xué)者對30項候選科學(xué)進(jìn)展進(jìn)行網(wǎng)上投票，得票數(shù)排名前10 位的科學(xué)進(jìn)展入選“2018年度中國科學(xué)十大進(jìn)展”。 1. 基于體細(xì)胞核移植技術(shù)成功克隆出獼猴 非人靈長類動物是與人類親緣關(guān)系最近的動物。因可短期內(nèi)批量生產(chǎn)遺傳背景一致且無嵌合現(xiàn)象的動物模型，體細(xì)胞克隆技術(shù)被認(rèn)為是構(gòu)建非人靈長類基因修飾動物模型的最佳方法。自1997年克隆羊“多莉”報道以來，雖有多家實驗室嘗試體細(xì)胞克隆猴研究，卻都未成功。中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所/腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心孫強和劉真研究團(tuán)隊經(jīng)過五年攻關(guān)最終成功得到了兩只健康存活的體細(xì)胞克隆猴。他們研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合使用組蛋白H3K9me3去甲基酶Kdm4d和TSA可以顯著提升克隆胚胎的體外囊胚發(fā)育率及移植后受體的懷孕率。在此基礎(chǔ)上，他們用胎猴成纖維細(xì)胞作為供體細(xì)胞進(jìn)行核移植，并將克隆胚胎移植到代孕受體后，成功得到兩只健康存活克隆猴；而利用卵丘顆粒細(xì)胞為供體細(xì)胞核的核移植實驗中，雖然也得到了兩只足月出生個體，但這兩只猴很快夭折。遺傳分析證實，上述兩種情況產(chǎn)生的克隆猴的核DNA源自供體細(xì)胞，而線粒體DNA源自卵母細(xì)胞供體猴。體細(xì)胞克隆猴的成功是該領(lǐng)域從無到有的突破，該技術(shù)將為非人靈長類基因編輯操作提供更為便利和精準(zhǔn)的技術(shù)手段，使得非人靈長類可能成為可以廣泛應(yīng)用的動物模型，進(jìn)而推動靈長類生殖發(fā)育、生物醫(yī)學(xué)以及腦認(rèn)知科學(xué)和腦疾病機(jī)理等研究的快速發(fā)展。德國科學(xué)院院士Nikos K. Logothetis以“克隆猴：基礎(chǔ)和生物醫(yī)學(xué)研究的一個重要里程碑(Cloning NHP: A major milestone in basic and biomedical research)”為題發(fā)表評論認(rèn)為，這項工作證明了利用體細(xì)胞核生殖克隆獼猴的可行性，打破了技術(shù)壁壘并開創(chuàng)了使用非人靈長類動物作為實驗?zāi)Ｐ偷男聲r代，是生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域真正精彩的里程碑。 2. 創(chuàng)建出首例人造單染色體真核細(xì)胞 真核生物細(xì)胞一般含有多條染色體，如人有46條、小鼠40條、果蠅8條、水稻24條等。這些天然進(jìn)化的真核生物染色體數(shù)目是否可人為改變、是否可以人造一個具有正常功能的單染色體真核生物是生命科學(xué)領(lǐng)域的前沿科學(xué)問題。中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所覃重軍和薛小莉研究組、趙國屏研究組、生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所周金秋研究組、武漢菲沙基因信息有限公司等團(tuán)隊合作，以天然含有16條染色體的真核生物釀酒酵母為研究材料，采用合成生物學(xué)“工程化”方法和高效使能技術(shù)，在國際上首次人工創(chuàng)建了自然界不存在的簡約化的生命——僅含單條染色體的真核細(xì)胞。該研究表明天然復(fù)雜生命體系可以通過人工干預(yù)變簡約，甚至可以人工創(chuàng)造全新的自然界不存在的生命。Nature、The Scientist等發(fā)表評論認(rèn)為，這可能是迄今為止動作最大的基因組重構(gòu)，這些遺傳改造的酵母菌株是研究染色體生物學(xué)重要概念的強大資源，包括染色體的復(fù)制、重組和分離。 3. 揭示抑郁發(fā)生及氯胺酮快速抗抑郁機(jī)制 抑郁癥嚴(yán)重?fù)p害了患者的身心健康，是現(xiàn)代社會自殺問題的重要誘因，給社會和家庭帶來巨大的損失。然而傳統(tǒng)抗抑郁藥物起效緩慢（6—8周以上），并且只在20%左右的病人中起效，這提示目前對抑郁癥機(jī)制的了解還沒有觸及其核心。近年來在臨床上意外發(fā)現(xiàn)麻醉劑氯胺酮在低劑量下具有快速（1小時內(nèi)）、高效（在70%難治型病人中起效）的抗抑郁作用，被認(rèn)為是精神疾病領(lǐng)域近半個世紀(jì)最重要的發(fā)現(xiàn)。然而，氯胺酮具有成癮性，副作用大，無法長期使用。因此，理解氯胺酮快速抗抑郁的機(jī)制已成為抑郁癥研究領(lǐng)域的“圣杯”，因為它將提示抑郁癥的核心腦機(jī)制，并為研發(fā)快速、高效、無毒的抗抑郁藥物提供科學(xué)依據(jù)。2018年，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院胡海嵐研究組在這一領(lǐng)域的研究取得了突破性的進(jìn)展：在抑郁癥的神經(jīng)環(huán)路研究中，該研究組發(fā)現(xiàn)大腦中反獎賞中心——外側(cè)韁核中的神經(jīng)元活動是抑郁情緒的來源。這一區(qū)域的神經(jīng)元細(xì)胞通過其特殊的高頻密集的“簇狀放電”， 抑制大腦中產(chǎn)生愉悅感的“獎賞中心”的活動。通過光遺傳的技術(shù)手段，他們直接證明韁核區(qū)的簇狀放電是誘發(fā)動物產(chǎn)生絕望和快感缺失等行為表現(xiàn)的充分條件。針對抑郁的分子機(jī)制，該研究組發(fā)現(xiàn)這種簇狀放電方式是由NMDAR型谷氨酸受體介導(dǎo)的，作為NMDAR的阻斷劑，氯胺酮的藥理作用機(jī)制正是通過抑制韁核神經(jīng)元的簇狀放電，高速高效地解除其對下游“獎賞中心”的抑制，從而達(dá)到在極短時間內(nèi)改善情緒的功效。同時，該研究組對產(chǎn)生簇狀放電的細(xì)胞及分子機(jī)制做出了更深入的闡釋。通過高通量的定量蛋白質(zhì)譜技術(shù)，他們發(fā)現(xiàn)抑郁的形成伴隨著膠質(zhì)細(xì)胞中鉀離子通道Kir4.1的過量表達(dá)。而Kir4.1通道對抑郁的調(diào)控植根于韁核組織中膠質(zhì)細(xì)胞對神經(jīng)元的致密包繞這一組織學(xué)基礎(chǔ)。在神經(jīng)元-膠質(zhì)細(xì)胞相互作用的狹小界面中，Kir4.1在膠質(zhì)細(xì)胞上的過表達(dá)引發(fā)神經(jīng)元細(xì)胞外的鉀離子濃度降低，從而誘發(fā)神經(jīng)元細(xì)胞的超極化、T-VSCC鈣通道活化，最終導(dǎo)致NMDAR介導(dǎo)的簇狀放電。上述研究對于抑郁癥這一重大疾病的機(jī)制做出了系統(tǒng)性的闡釋，顛覆了以往抑郁癥核心機(jī)制上流行的 “單胺假說”，并為研發(fā)氯胺酮的替代品、避免其成癮等副作用提供了新的科學(xué)依據(jù)。同時，該研究所鑒定出的NMDAR、Kir4.1鉀通道、T-VSCC鈣通道等可作為快速抗抑郁的分子靶點，為研發(fā)更多、更好的抗抑郁藥物或干預(yù)技術(shù)提供了嶄新的思路，對最終戰(zhàn)勝抑郁癥具有重大意義。Science、Scientific American等期刊對該工作進(jìn)行了新聞報道，稱“這是一項驚人的發(fā)現(xiàn)”。 4. 研制出用于腫瘤治療的智能型DNA納米機(jī)器人 利用納米醫(yī)學(xué)機(jī)器人實現(xiàn)對人類重大疾病的精準(zhǔn)診斷和治療是科學(xué)家們追逐的一個偉大的夢想。國家納米科學(xué)中心聶廣軍、丁寶全和趙宇亮研究組與美國亞利桑那州立大學(xué)顏灝研究組等合作，在活體內(nèi)可定點輸運藥物的納米機(jī)器人研究方面取得突破，實現(xiàn)了納米機(jī)器人在活體（小鼠和豬）血管內(nèi)穩(wěn)定工作并高效完成定點藥物輸運功能。研究人員基于DNA納米技術(shù)構(gòu)建了自動化DNA機(jī)器人，在機(jī)器人內(nèi)裝載了凝血蛋白酶——凝血酶。該納米機(jī)器人通過特異性DNA適配體功能化，可以與特異表達(dá)在腫瘤相關(guān)內(nèi)皮細(xì)胞上的核仁素結(jié)合，精確靶向定位腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞；并作為響應(yīng)性的分子開關(guān)，打開DNA納米機(jī)器人，在腫瘤位點釋放凝血酶，激活其凝血功能，誘導(dǎo)腫瘤血管栓塞和腫瘤組織壞死。這種創(chuàng)新方法的治療效果在乳腺癌、黑色素瘤、卵巢癌及原發(fā)肺癌等多種腫瘤中都得到了驗證。并且小鼠和Bama小型豬實驗顯示，這種納米機(jī)器人具有良好的安全性和免疫惰性。上述研究表明，DNA納米機(jī)器人代表了未來人類精準(zhǔn)藥物設(shè)計的全新模式，為惡性腫瘤等疾病的治療提供了全新的智能化策略。Nature Reviews Cancer、Nature Biotechnology等評論認(rèn)為該工作為里程碑式的工作；美國The Scientist期刊將該工作與同性繁殖、液體活檢、人工智能一起，評選為2018年度世界四大技術(shù)進(jìn)步。 5. 測得迄今最高精度的引力常數(shù)G值 牛頓萬有引力常數(shù)G是人類認(rèn)識的第一個基本物理常數(shù)，其在物理學(xué)乃至整個自然科學(xué)中扮演著十分重要的角色。兩個世紀(jì)以來，實驗物理學(xué)家們圍繞引力常數(shù)G值的精確測量付出了巨大而艱辛的努力，但其測量精度目前仍然是所有物理學(xué)常數(shù)中最低的。按照牛頓萬有引力定律，G應(yīng)該是一個固定的常數(shù)，不因測量地點和測量方法的不同而變化。但是，當(dāng)前國際上不同研究小組用不同方法測得的G值卻不吻合。為了深入研究這一問題，華中科技大學(xué)物理學(xué)院引力中心羅俊、楊山清和邵成剛研究組自2009年開始同時采用兩種相互獨立的方法——扭秤周期法和扭秤角加速度反饋法來測量G值。歷經(jīng)多年的艱苦努力，2018年兩種方法均獲得了迄今為止國際最高的測量精度（G值分別為6.674184 ×10−11和6.674484 ×10−11m3/kg/s2，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為百萬分之11.64和11.61），更為關(guān)鍵的是兩個結(jié)果在3倍標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)吻合。Nature期刊以“引力常數(shù)的創(chuàng)紀(jì)錄精度測量(Gravity measured with record precision)”為題發(fā)表評論認(rèn)為，這項工作是迄今為止用兩種獨立的方法測定引力常數(shù)的不確定度最小的結(jié)果，為揭示造成萬有引力常數(shù)測量差異的原因提供了非常好的機(jī)遇，同時也為進(jìn)一步測量獲得引力常數(shù)的真值提供了機(jī)遇；并評價這項工作是“精密測量領(lǐng)域卓越工藝的典范”。 |
