2013年11月07日《Nature》杂志精选导读

封面故事：SHANK3基因过度表达的效应

SHANK3 overexpression causes manic-like behaviour with unique pharmacogenetic properties

SHANK3（编码SHANK3突触支架蛋白的基因）发生的突变与自闭症、智残和精神分裂症有关，但SHANK3过度表达的效应却不大清楚。现在，Huda Zoghbi及同事发现，过度表达Shank3的小鼠会表现出类似狂躁的行为以及癫痫发作和神经活动的激发/抑制平衡发生改变等。与在小鼠身上的这些发现相一致的是，他们识别出了在22号染色体上携带含SHANK3区域的一个基因复本的两个多动症患者。这些发现支持以下假设：任何一个方向上（过度表达和表达不足）的不正确基因剂量都可能是有害的。作者提出，这项研究中所用的小鼠为了解某些形式的躁郁症的药物遗传机理提供了一个模型。（doi: 10.1038/nature12630）详细中文报道

血栓的一种新型抑制分子

A directional switch of integrin signalling and a new anti-thrombotic strategy

整联蛋白是细胞粘附分子，通过双向传输信号来调节由内向外和由外向内的信号作用。“胞质域”与细胞内分子如细胞骨架蛋白talin 和 Gα13相互作用。在这项研究中，Xiaoping Du及同事发现，信号作用方向可以被talin 和 Gα13 的协调的、相反的“结合波”(binding wave)向具有截然不同识别主题的整联蛋白“胞质域”的相同区域切换和传输。作者还设计了一种抑制分子，它选择性地以由外向内的信号作用为目标。这种分子在活体中抑制血栓，但又不会造成出血的副作用。（doi: 10.1038/nature12613）详细中文报道

为什么要与众不同？

Mating advantage for rare males in wild guppy populations

如果说自然选择既是普遍的又是无情的，那么群体中的差异又是如何维持的呢？演化生物学中这一迫切需要回答的问题，由Kimberly Hughes及同事在对虹鳉(孔雀鱼)所做的一项研究中得到了回答。虹鳉是一个特别有用的模型系统，因为雄性虹鳉的颜色是已知遗传变异性最大的生物性状之一。以前的研究表明，在一个由颜色鲜艳的虹鳉组成的种群中，出乎意料的是，具有罕见颜色图案的雄性往往比较兴旺。Hughes等人利用精心控制的野生种群发现，不仅雌性虹鳉喜欢与这些罕见雄性交配，而且这些雄性也比那些身上条纹比较普通的雄性能生出更多后代。这一现象（被称为“负频率依赖性选择”）表明与众不同是有价可循的，同时也为种群中差异性的维持提供了一个机制。（doi: 10.1038/nature12717 & doi:10.1038/nature12701）详细中文报道

大脑在葡萄糖平衡中所起作用

Cooperation between brain and islet in glucose homeostasis and diabetes

胰岛素及其对葡萄糖平衡的诸多效应的发现，长期以来决定着我们对糖尿病及其治疗的认识。但我们对大脑的关注却要少得多——除了感觉以及对低血糖做出反应外，大脑传统上被认为在这方面只起一个小作用。这篇Review文章总结新发现的关于存在一个与胰岛共同作用来降低血糖的、以大脑为中心的血糖调控系统的证据。以上两个调控系统以广泛的重叠和冗余为特点，所以二者中的缺陷也许都是罹患糖尿病所必需的。作者的结论是：要更有效地防止糖尿病流行，就应当开发瞄准以大脑及以胰岛为中心的系统的治疗方法。（doi: 10.1038/nature12709）详细中文报道

皮层连接方式与感觉

Cortical connectivity and sensory coding

大规模活体记录工作已经揭示了关于皮层细胞群怎样编码感觉信息的很多奥秘，而在遗传学及circuit-mapping方面所取得的进展也使得对神经回路的识别、定性和控制成为可能。正如Kenneth Harris 和 Thomas Mrsic-Flogel在这篇Review文章中所反映的那样，这些方面的研究现在正在融合。这篇文章关注啮齿类动物的感觉皮层中的连接模式与神经元根据行为情况编码和整合信息的方式有何关系。（doi: 10.1038/nature12654）

多巴胺运输蛋白的结构被确定

X-ray structure of dopamine transporter elucidates antidepressant mechanism

多巴胺运输蛋白(DAT)是一种膜蛋白，将神经传输物质多巴胺从突触间隙中清除，将其输入到周围细胞的细胞溶质内，从而终止神经传输物质的信号。Eric Gouaux及同事报告了与三环抗抑郁药物“去甲替林”结合在一起的果蝇DAT的X-射线结构。这是迄今确定的一种真核生物神经传输物质钠“共输送体”的第一个晶体结构。果蝇DAT的整体结构与LeuT的结构相似，但作者也发现了几个差别，这些差别在真核蛋白的运输机制及其被磷酸化的调控中可能起重要作用。（doi: 10.1038/nature12533）

自然与人类活动产生的气溶胶对气候作用力的影响

Large contribution of natural aerosols to uncertainty in indirect forcing

明确气溶胶对云反照率的影响（实质上是它们对气候的作用力效应）是现代气候科学的最大挑战之一。人们经常默认：持续的高不确定性主要与由人类活动造成的排放有关。换句话说，如果人类的影响能够被更好地了解，总体效应也就会被更好地了解。现在Ken Carslaw及同事发表了代表对可能会影响云亮度的气溶胶和前体气体排放以及其他因素的28个参数所做的一项分析。他们发现，自工业化前期（公元1750年左右）以来气溶胶作用力所发生变化的只有34%与人类活动造成的排放有关，而45%的变化与火山二氧化硫的自然排放、海洋二甲基硫化物和其他自然来源有关。这项工作向纯粹通过在了解人类活动产生的气溶胶方面的发展所能获得的进展程度提出了质疑，同时也表明我们需要对工业化之前的环境机理有更多了解，当时的自然气溶胶居主导地位。（doi:10.1038/nature12674 & doi: 10.1038/503047a）

与任务相关的感觉输入信息的选择性整合

Context-dependent computation by recurrent dynamics in prefrontal cortex

灵长类动物前额皮质的神经元代表着感觉刺激的多个方面，能产生依赖于任务的、随时间变化的反应。这些复杂反应何以代表它们在不同情况下对行为所提供输入信息的相关方面、或何以对行为做出贡献仍不清楚。Valerio Mante等人在这项研究中发现，当猴子执行一项依赖于场景的感觉运动任务时，与任务相关的信号和与任务无关的信号在前额皮质的同一单元内混在一起，但却容易在发生在神经类群层面上的一个动态过程的框架内来理解。一个以重现方式连接起来的神经网络模型能够重现这些数据的关键特征，同时也为用来做决定的、与任务相关的证据的选择和整合提出了一个新机制。 （doi: 10.1038/nature12742 & doi: 10.1038/503045a）

具有自组织潜力的微型机器人

Emergence of macroscopic directed motion in populations of motile colloids

集体运动在所有尺度上都可以在自然界看到，从成群的鸟类到成群的鱼类和成群的细菌都包括在内，但在简单的物理模型中却难以捕捉到这种行为。能够表现出集体行为的人造“活性物”系统通常都依靠碰撞，从而使得对相互作用的描述复杂化。现在，Denis Bartolo及同事建立了一个独特的实验系统，它由自行推进的滚动球组成，它们自我组织，数百万之众向一个方向运动。这些球通过直截了当的液力相互作用来“感觉”彼此，这样所有参数都可以很容易被计算和调整。这项工作显示，在个体层面上真正的物理相互作用足以让均匀的活动群体进行稳定的定向运动。该系统有可能被用来模拟自然集体运动和设计新的自组织材料及成群运动的微型机器人。（doi:10.1038/nature12673 & doi: 10.1038/503043a）

神经元对感官刺激的反应方式

The activity-dependent transcription factor NPAS4 regulates domain-specific inhibition

单个神经元能够区分在它们的细胞体和树突上接收的突触输入，但行为会怎样影响它们的平衡却一直不清楚。现在Michael Greenberg及同事发现，小鼠海马神经元通过转录因子NPAS4及其目标基因产物“脑源性神经营养因子”(BDNF)的水平的增加来对感觉输入信号的增多做出反应，而BDNF随后则促进细胞体上的抑制性突触，同时使那些在树突上的抑制性突触失去稳定性。因此，单个神经元是通过重新描绘它们抑制性输入的分布图、限制它们的细胞体输出、同时促进它们树突上的可塑性来对感官刺激做出反应的。（doi: 10.1038/nature12743 & doi:10.1038/503042a）

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