季刊2020第四期.pdf
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目录 CONTENT 1 实验室新闻 科研动态 3 16 学术交流 第一单位 SCI 论文 20 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 实验室新闻 2020 第 4 期 实验室新闻 第九届中国乳腺癌干细胞高峰论坛在山东济南成功举办 2020 年 10 月 30 日 -11 月 1 日，第九届中国乳腺癌干细胞高峰论坛在山东济南如期举办。本届 大会由中国科学院昆明动物研究所主办，山东大学第二医院承办。重点实验室陈策实研究员担任大 会执行主席。本届大会继续延续了“乳腺癌干细胞基础研究和临床转化相结合”的主题，会议线下聚集 了国内近 200 名从事乳腺癌转化医学研究领域的学者，一起分享与探讨乳腺癌发生、发展和治疗等 研究领域的最新发现和成果。 重点实验室召开 2020 年第二次 PI 例会 2020 年 10 月 23 日，重点实验室召开 2020 年第二次 PI 例会。会议宣读了 2020 年学术委员会的 整体建议，并针对建议进行集中讨论。 赖仞研究员获 2020 年云南“最美科技工作者”称号 2020 年云南“最美科技工作者”评选活动由云南省委宣传部、云南省科学技术学会、云南省科学 技术厅联合开展，旨在加强对广大科技工作者的政治引领和政治吸纳，激发广大科技工作者的荣誉感、 自豪感、责任感。经广泛动员、组织推荐、专家评审、社会公示，重点实验室赖仞研究员等 10 名同 志获得 2020 年云南“最美科技工作者”称号。 上皮间质相互转换在乳腺癌干细胞中的功能、分子机制和应用研究” 项目实施工作 启动会召开 12 月 16 日，由重点实验室陈策实研究员牵头主持的国家重点研发计划“干细胞及转化研究”重点 专项—“上皮间质相互转换在乳腺癌干细胞中的功能、分子机制和应用研究”项目实施工作启动会在中 科院昆明动物研究所召开。本次会议邀请了相关研究邻域内的八位高水平学者组成了项目咨询专家 组—刘光慧研究员（中国科学院动物研究所，科技部委派责任专家，远程参会）、金亮教授（中国 药科大学，科技部委派责任专家）、张宏权教授（北京大学，咨询专家组组长）、胡卓伟教授（中 南大学，咨询专家）、张晓坤教授（厦门大学，咨询专家）、雷群英教授（复旦大学，咨询专家）、 王红霞教授（上海交通大学大学，咨询专家）和霍永良教授（广州医科大学，咨询专家）。 1 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 实验室新闻 2020 第 4 期 重点实验室召开 2020 年第三次 PI 例会 2020 年 12 月 22 日，重点实验室召开 2020 年第三次 PI 例会。会议主要对重点实验室 2020 年 度经费收支情况进行了汇报 ; 根据一年来的执行情况，对西部交叉团队项目的奖励制度做了相应调整 ; 并针对国重院重重组现状，对重点实验室下一步的工作进行了初步安排。 2 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 科研动态 2020 第 4 期 科研动态 发现首例自发罹患帕金森病食蟹猴 帕金森病是典型的神经退行性疾病，主要影响 65 岁以上的老年人群（发病率接近 2%）。我国 已全面进入老龄化社会，保守估计约有 400 万帕金森病患者，给人民健康与社会保障带来巨大负担。 帕金森病的核心症状为运动障碍（运动迟缓、静止性震颤、姿势异常与肌强直），其经典病理改变 包括中脑黑质多巴胺神经元的丢失以及磷酸化 alpha-synuclein 聚集形成的路易小体与路易突起。目前 缺乏有效治愈帕金森病的手段。 非人灵长类动物，尤其是旧大陆猴，因其大脑解剖结构和生理功能与人类的高度相似性，长期 以来被认为是模拟人类疾病的理想动物模型。那么，猴子是否能自发罹患帕金森病，这个重要问题 一直没有得到解决，而且它直接关系到如何利用猴子研究帕金森病的策略问题。如果会，那么利用 猴子作为生物医学模型来研究帕金森病是非常可靠的，也表明帕金森病的发生的机制在人类出现以 前就产生了，它不是一个人类特有的疾病。通过建立帕金森病的猴模型，我们可以深入研究该病的 发生机制；如果猴子不会罹患帕金森病，那么猴子就可能具有某种保护机制防御帕金森病的发生， 对这一机制的研究将为探索帕金森病的保护与治疗策略提供关键信息。 为了回答这个重要科学问题，重点实验室胡新天课题组长期致力于寻找自发罹患帕金森病的非 人灵长类动物。该课题组李浩博士于 2016 年发现了一例疑似自发罹患帕金森病的 10 岁雄性食蟹猴。 研究表明，此猴的帕金森运动症状很典型，包括运动迟缓、姿势异常与静止性震颤等；药理学治疗 的结果酷似临床帕金森病患者的表现；解剖学与组织病理学研究表明黑质多巴胺神经元大量丢失 （~70%），伴随胞内磷酸化 alpha-synuclein 的聚集，以及黑质出现大量磷酸化 alpha-synuclein 沉积 形成的路易突起，并且黑质区域小胶质细胞与星形胶质细胞的增生与激活显著。值得注意的是，此 猴脑脊液样本中多巴胺的含量也显著低于正常对照。因此，这只 10 岁的雄性食蟹猴具备了几乎所有 帕金森病的经典表型，可以诊断为原发性帕金森病。通过与宿兵课题组以及姚永刚课题组合作，研 究人员后续对其病理发生机制进行了研究。基于 1500 多只食蟹猴群体的 11 个帕金森病风险基因的 测序结果表明，此猴的 LRRK2 与 ATP13A2 基因出现了罕见的错义突变，体外细胞功能验证实验表明 上述 LRRK2 错义突变很可能促进了帕金森病相关的病理发生过程。该研究首次证明，除了人类，猴 子也会自发罹患帕金森病，其表型与发病机制与人类患者相似。它也表明帕金森病的发生机制在人 类出现以前就产生了，利用猴子建立帕金森病模型具有坚实的生物学基础。 该研究以 “A cynomolgus monkey with naturally occurring Parkinson's disease” 为题，发表于国际知 3 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 科研动态 2020 第 4 期 名刊物 National Science Review。该项研究工作依托昆明动物研究所承担建设的“模式动物表型与遗传 研究国家重大科技基础设施（灵长类）”开展。该设施将对灵长类动物表型与遗传型进行系统研究， 连续、快速、精准、标准化、规模化和 自动化地获取信息与分析，客观描述、 深入解析生命现象变化中的表型与内在 的遗传关系，对生命科学与医药健康领 域研究具有潜在重要意义。李浩、苏凌 燕、杨立新、李敏、刘前进以及李臻慧 为共同第一作者，宿兵、姚永刚以及胡 新天研究员为共同通讯作者。该研究得 到了国家重点研发计划、科学院战略先 导计划 B 类、广东省重点研发计划、国 家自然科学基金以及云南省基础研究计 划等项目的支持。 自发罹患帕金森病的食蟹猴具备帕金森病核心表型及其可能的发病机制示意图 论文链接：https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaa 292/6030034 在非人灵长类脑中风模型上实现大脑原位神经再生 脑中风有较强的致死率和致残率，但治疗方法有限。目前对缺血性脑中风的治疗主要是恢复血 流供应和神经保护，但治疗窗口通常在几个小时的狭窄范围内。许多中风患者很难在发作后的数小 时内到达医院接受治疗，因此可能发生大量神经元死亡和脑功能丧失。如何再生功能性新神经元是 中风后恢复大脑功能的关键。 重点实验室胡新天课题组通过与暨南大学陈功教授合作，最近首次报道了在非人灵长类脑中风 模型上实现脑内胶质细胞原位转分化为神经元进行大脑修复的工作。在这项研究中，研究团队首先 在 9 到 21 岁的成年和老年恒河猴上建立了缺血性脑中风模型。通过使用星形胶质细胞启动子 GFAP 控制神经转录因子 NeuroD1 在胶质细胞里的表达，成功地证明了因为猴脑缺血性脑中风引起的应激 性星形胶质细胞可以被高效地转化为神经元。在 NeuroD1 治疗后，有一类对脑中风损伤敏感的中间 神经元受到了显著保护，并伴有神经炎症的明显下降。该结果可能具有重要意义，提示胶质细胞原 位转分化技术不仅可以再生新的神经元，而且还能够保护受伤的神经元免受继发性的炎症损伤，从 而防止进一步的神经元丢失。这种神经再生和神经保护的耦联作用可能对大脑修复产生深远的影响。 该研究团队正在开发的是一种独特的基因疗法：通过腺相关病毒（AAV）载体向脑内直接递送 4 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 科研动态 2020 第 4 期 神经转录因子 NeuroD1。与经典的纠正 基因突变的基因疗法不同，这种基因疗 法能够再生新的神经元，因而是一种由 基因疗法介导的细胞疗法，称之为神经 再生型基因疗法。这项非人灵长类动物 的研究是世界上首次运用神经再生型基 因疗法进行灵长类大脑修复的新尝试。 该技术的不断完善将给成百上千万的脑 缺血性卒中猕猴模型脑内神经再生 中风患者和其他神经退行性疾病患者带 来新希望。相关研究结果发表于 Front Cell Dev Biol。 文章链接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fcell.2020.590008/full 运用干细胞技术快速制备新冠小鼠模型 为打赢抗击新冠肺炎疫情之战，制备用于新冠肺炎药物开发和疫苗测试的动物模型迫在眉睫。 但是，最常用的模式动物小鼠因为其病毒受体 ACE2 与人类有较大区别，对 SARS-CoV-2 不易感， 需要应用各种手段使之易感，例如在小鼠内表达人的 ACE2（hACE2），由于 ACE2 的表达具有细胞 类型特异性（REF），一般仅有基因敲入的方法可以达到细胞类型特异性的精确模拟。 重点实验室郑永唐课题组通过与生物岛实验室及中国科学院广州生物医药与健康研究院进行合 作研究，报道了一种快速大量制备 hACE2 基因敲入小鼠并用于构建新冠感染模型的方法。这一方法 直接从干细胞运用四倍体补偿技术批量制备出基因编辑小鼠，将目前使用常规技术需要半年的建模 时间缩短到 35 天，该技术有望在生物安全紧急响应体系中发挥重要作用。相关研究结果以 “Rapid generation of ACE2 humanized inbred mouse model for COVID-19 with tetraploid complementation”为题 发表在 National Science Review 上。 小鼠胚胎干细胞具有发育多能性，利用四倍体补偿技术可从小鼠胚胎干细胞直接发育成完整小 鼠个体。这一技术路线相对于囊胚嵌合、受精卵注射等制备基因编辑小鼠的常规技术，具有可绕开 繁育步骤快速大量制备纯合精准基因编辑小鼠的优势，但同时也受限于四倍体补偿技术的操作难度， 以及胚胎干细胞的培养技术，目前近交系背景或多次传代的胚胎干细胞制备四倍体小鼠成功率极低。 生物岛实验室陈捷凯课题组有多年胚胎干细胞基础研究与操作经验，能长期维持近交系胚胎干 细胞的发育干性，并利用 CRISPR-Cas9 技术对小鼠胚胎干细胞进行人源 ACE2 定点插入基因编辑； 中国科学院广州生物医药与健康研究院吴光明课题组长期从事胚胎发育研究，在该研究中采用其优 5 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 科研动态 2020 第 4 期 化的小鼠四倍体补偿技术，快速制备出有效的 C57BL/6 以及 BALB/c 近交品系的人源 ACE2 定点插 入小鼠模型，且效率可达 30%；郑永唐课题组长期从事病毒免疫学以及感染动物模型研究。各团队 通力合作，将人 ACE2 基因原位敲入小鼠 Ace2 位点，制备了人源化 ACE2 小鼠模型，其表达模式正确， 新冠肺炎病毒感染效率高并在粪便中检测到病毒存在，可应用于对中和抗体效果评价。 该研究不仅制备出有效的人源化 ACE2 小鼠模型以应用于新冠肺炎疾病研究，而且开发了一套 可快速大量制备精准基因编辑小鼠模型的方法，可快速应对紧急情况，并可实现复杂多基因同时编 辑小鼠的制备。从 3 月份制备出第一批小鼠之后，团队已经提供 340 多只小鼠用于国内多家单位的 药物筛选、抗体中和实验。 该研究获得国家重点研发计划重点专项、广东省及生物岛实验室应急攻关项目资助。 A B 6 15 16 17 frt frt mESC e ey nt Ki dn Lu Sm ng al li ey dn ng Lu Sm al li nt es tin e es tin es ey nt li 0.005 dn Wild type (BALB/c) 0.010 hACE2 (BALB/c) tin e hACE2 (B6) 0.015 hACE2 (B6) Wild type ACE2: Wild type (B6) ACTIN: 0.000 Sm al Tetraploid embryo complementation D hACE2 (BALB/c) 0.020 Ki C WPRE pA hACE2 GAATTATAAT CTTAATATTA PGK-Puro Ki pA al mACE2 locus WPRE Lu Ki ng d l i ney nt es tin e Lu n Sm K g al idne li nt y es tin e Lu n Sm K g al idn li nt ey es tin e Lu n Sm K g al idn li nt ey es tin e hACE2 Relative to GAPDH of hACE2 GAAAG CTTTC 18 19 ng 4 5 Lu 3 Sm 1 2 ATG SARS-CoV-2 25 1 9 Small intestine 4 Log10 (viral RNA copies) /μg total RNA 3 5 6 7 Time post-infection (days) 0 75 50 2 1 25 0 0 1 3 5 6 7 9 50 2 25 1 0 100 3 75 3 1 3 5 6 7 Time post-infection (days) 0 9 Feces 8 100 7 80 6 5 60 4 40 3 2 20 1 0 %SARS-CoV-2 airway 50 100 4 %SARS-CoV-2 feces 75 125 5 + 100 6 + Small Intestine Lung + Airway 125 Log10 (viral RNA copies)/g feces 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 + MERGE %SARS-CoV-2 lung ACTIN Log10 (viral RNA copies) /μg total RNA Testis hACE2 + DAPI SARS-CoV-2 Lung %SARS-CoV-2 small intestine F Log10 (viral RNA copies) /μg total RNA E 1 2 Time post-infection (days) 3 4 5 6 7 8 9 0 Time post-infection (days) 四倍体技术制备新冠肺炎模型 hACE2 小鼠的技术路线图及验证 器官芯片技术模拟新冠肺炎肺损伤和免疫反应研究新进展 新型冠状病毒 SARS-CoV-2 感染已导致全球大流行，世界范围内新冠肺炎确诊病例仍面临持续 爆发式增长，严重威胁人类健康。肺脏是 SARS-CoV-2 感染的主要靶器官，新冠肺炎（COVID-19） 临床表现以呼吸道症状为主，主要表现为发热、乏力、干咳等，危重症患者还可出现多器官功能衰竭。 6 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 科研动态 2020 第 4 期 有研究认为，由于人体免疫系统过度反应导致的“炎症因子风暴”是患者从轻症向重危症转化的重要原 因之一。至今，临床上针对 COVID-19 的治疗仍然缺乏特效药物。尽管前期细胞和动物模型已被用 于新冠病毒研究，但在一定程度上仍存在诸多局限。现阶段，仍迫切需要建立与人体生理高度相关 的疾病模型，以加速新冠病毒致病机理研究及新药发现进程。 重点实验室郑永唐课题组通过与中科院大连化学物理所秦建华研究员团队合作，首次利用器官 芯片技术建立了基于组织水平的新冠病毒感染肺模型，实现了新冠病毒感染导致的肺组织损伤和免 疫反应，为新冠病毒致病机理研究和药物评价等提供了新体系和新技术。 基于器官芯片的新冠肺炎感染模型构建研究示意图 肺泡是人体肺脏的基本功能单位，其中肺泡 - 毛细血管屏障对于维持肺脏气体交换和抵御外界 病原体感染至关重要。本研究工作从体内肺组织结构与功能特点出发，将器官芯片技术与工程生物 学方法相结合，在具有多层夹膜设计的可灌注微芯片中仿生构建人体肺泡 - 毛细血管屏障。该模型 体系主要包含多种人肺细胞、人循环免疫细胞、机械流体和组织界面等复杂组织微环境因素，在芯 片多孔膜两侧的微腔内，可实现肺泡上皮细胞、肺微血管内皮细胞和人外周血免疫细胞的 3D 动态 共培养，建立了具有功能完整性的肺泡 - 毛细血管屏障。研究结果显示，当肺泡侧上皮细胞暴露于 SARS-CoV-2 活病毒后，人肺泡上皮细胞内出现大量病毒复制，而肺微血管内皮细胞未见明显病毒感 染。转录组分析发现，两种肺细胞对病毒感染呈现不同的响应机制。病毒感染后，肺泡上皮细胞中 出现更显著的先天免疫反应和抗病毒反应，而微血管内皮细胞出现多种趋化因子上调，这可能与循 7 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 科研动态 2020 第 4 期 环免疫细胞募集和炎症反应过度激活有关。此外，病毒感染还可导致芯片血管侧的循环免疫细胞在 血管内皮细胞上的粘附增加，并释放大量炎症因子（如 IL-1β，IL-6，IL-8，TNF-α）。以上结果提示， 新冠病毒感染可通过诱导免疫细胞激活促进炎症因子释放，并加重血管内皮损伤。研究人员还进一 步利用该模型初步测试了抗病毒化合物对抑制新冠病毒复制和肺屏障损伤的作用，体现出该模型在 进行快速药物评价方面的重要应用潜力。 器官芯片是近几年新兴的前沿交叉技术，它以前所未有的方式可在体外再现人体对外界刺激的 反应。本研究首次利用器官芯片技术模拟了新冠病毒感染导致的人肺屏障功能障碍，免疫细胞粘附， 炎症因子释放和肺内皮细胞损伤等一系列病理过程。该模型体系可反映近人体的器官复杂生理和病 理特点，具有建模周期短、成本低和可实时动态监测等优势，显示了器官芯片技术在应对重大疫情 防控、开展疾病研究和药物评价等方面的应用潜力。 上述研究工作发表于 Advanced Science（DOI: 10.1002/advs.202002928）。中科院大连化学物理 研究所张敏副研究员、王鹏博士、王亚清博士和中科院昆明动物所罗荣华实验师为共同第一作者； 中科院昆明动物所郑永唐研究员和中科院大连化学物理所秦建华研究员为共同通讯作者。 该研究获得中科院战略性先导科技专项、国家科技部重大专项和国家自然科学基金委等项目资 助。感谢中科院昆明动物所姚永刚研究员和中国科技大学刘世勇教授的支持和帮助。 肽类抗新冠病毒药物研究进展 流行病学数据显示，新冠病毒（SARS-CoV-2）在一年不到的时间内在全球造成约 5400 万人感染， 130 万人死亡的严重疫情，迫切需要高效抗病毒药物。 近期，重点实验室赖仞课题组通过虚拟筛选、分子动力学和血管紧张素转化酶 2（ACE2）结合 实验等手段，从 FDA 批准的多肽 药物库中发现了一种具有抗新冠病 毒潜力的糖肽类抗生素达巴万星。 达巴万星能够直接与人血管紧张素 转 化 酶 2（ACE2） 的 S 蛋 白 结 合 区域结合，竞争性阻断新冠病毒与 ACE2 的相互作用。在此基础上进 一步与中国医学科学院医学生物学 研究所彭小忠研究员、中国科学院 昆明动物所郑永唐研究员带领的团 达巴万星竞争性结合 ACE2 阻断新冠病毒感染 8 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 科研动态 2020 第 4 期 队进行细胞、小鼠和恒河猴抗新冠病毒模型实验表明，达巴万星具有显著的体内外抗新冠病毒功能， 其对新冠病毒的半数抑制浓度（IC50）为 15 纳摩尔，而目前美国 FDA 批准的抗新冠药物瑞德西韦的 IC50 为 0.77 微摩尔。在小鼠和恒河猴模型中，达巴万星均能显著抑制新冠病毒感染引起的病毒复制 和组织病理学损伤，并能显著抑制发炎因子释放。 达巴万星是美国 FDA 2014 年批准的抗细菌感染药物。作为一个市售药物，达巴万星具有较高的 临床安全性，且在体内具有超长的血浆半衰期（8-10 天）。结合上述动物模型药效学研究，抗菌肽 达巴万星很可能成为治疗新冠肺炎的高效药物。相关研究结果近日发表在 Cell Research 上。中国科 学院昆明动物所王淦、中国医学科学院医学生物学研究所杨梦莉、中国科学院昆明动物所段自磊、 刘丰亮和靳林为共同第一作者，中国科学院昆明动物所赖仞研究员、中国医学科学院医学生物学研 究所彭小忠研究员和中国科学院昆明动物所郑永唐研究员为共同通讯作者。该工作同时得到了中国 科学院昆明植物研究所、中国科学院广州生物医药与健康研究院的大力帮助以及中国科学院药物创 新研究院的支持。 揭示 DNA 去甲基化与阿尔茨海默病病变之间的关联 阿尔茨海默病（Alzheimer disease ，AD）是一种与衰老密切相关而复杂的多因素疾病，其发病 机理十分复杂。AD 主要的神经病理特征为 β- 淀粉样蛋白沉积形成斑块及微管蛋白 tau 过度磷酸化 形成神经纤维缠结。尽管之前的 AD 病人脑组织样本和模型小鼠研究已经报道，在 AD 神经元退行 性病变过程中存在着明显的表观调控改变和功能失调，这其中就包括：DNA 甲基化和去甲基化。作 为机体重要的表观调控系统，DNA 甲基化和去甲基化参与诸多生物学过程， 同时，也与许多疾病发 生发展密切相关。但是，发生在 AD 神经元退行性病变中的 DNA 甲基化和去甲基化异常改变的特征 如何 ? 以及其是否参与和影响 AD 神经元退行性病变 ? 为了回答上述问题，重点实验室李家立课题组利用 AD 病人脑组织样本和 3xTg AD 模型小鼠， 检测和分析了 AD 神经元退行性病变中 DNA 去甲基化的动态变化特征，并对在 AD 神经元退行性病 变中可能的作用及机理进行了深入研究。5- 羟甲基胞嘧啶（5hmC）是 DNA 去甲基化的重要中间产物， 其介导的表观调控涉及许多生物学过程。该研究发现 AD 病人和 3xTg AD 小鼠的大脑皮层和海马等 脑区 5hmC 水平发生显著丢失。点杂交及 hMeDIP-seq 结果发现，在 AD 小鼠中，与神经胶质细胞 相比较，神经元 5hmC 整体水平表现出更为明显的降低，生物信息学结果表明 5hmC 丢失与神经元 生存和突触可塑性相关基因的表达失调关系最为密切。目前研究认为，5- 甲基胞嘧啶（5mC）转化 为 5hmC 的过程主要由 TET 酶家族催化调节。研究发现，AD 病人和模型小鼠大脑皮层及海马区域中 TET 酶水平显著降低，提示这可能是导致 5hmC 水平下调的重要原因。为了明确 TET 酶不同亚型在 AD 中的作用，研究人员将 TET 酶家族 3 成员的酶活性区域在 AD 小鼠海马进行过表达，发现 TET3 9 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 科研动态 2020 第 4 期 酶活性区域能够有效改善小鼠神经元退行性病变，包括减少 Aβ 沉积、老年斑形成以及 tau 蛋白过度 磷酸化和神经纤维缠结形成；同时，研究还发现突触功能及 LTP 也得到显著改善。这项研究揭示了 5hmC 介导的表观调控失调在 AD 神经元退行性病变过程中的重要作用，对深入理解由 DNA 甲基化 和去甲基化异常变化在衰老相关的神经退行性疾病中的生物学作用有重要意义。 该项工作在线发表于 FASEB Journal，李家立研究员为该论文通讯作者，昆明动物研究所博士研 究生张莹、北京大学博士研 究生张钟玉、昆明动物研究 所博士研究生李连伟和徐开 宇为该论文 的共 同第 一作 者。该工作同时得到香港中 文大学周熙文助理教授、美 国 匹 兹 堡 大 学 Herrup Karl 教授、华中科技大学刘恭平 教授以及昆明动物所马占山 研究员的大力帮助。上述研 究得到国家自然科学基金委 和科技部重点研发计划等的 5hmC 介导的表观调控失调在 AD 神经元退行性病变过程中的作用 资助。 论文链接：https://faseb.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1096/fj.202001271R E3 泛素连接酶 HUWE1 调控 AIM2、NLRP3、NLRC4 炎症小体的激活 炎症小体是由细胞质中的模式识别受体参与形成的炎症多蛋白复合体，分子量约 700 KDa。作 为天然免疫应答中炎症反应的关键效应器，其作用机制是通过模式识别受体识别病原相关分子模式 （PAMPs）或宿主来源的损伤性相关分子模式（DAMPs），招募并活化蛋白酶 caspase-1，进而诱导 促炎症因子 IL-1β/IL-18 的成熟分泌，同时水解 Gasdermin 引发细胞焦亡。炎症小体活化不仅在抗感 染免疫中发挥重要作用，也与炎性疾病、癌症以及代谢和自身免疫紊乱的发生发展有着密切的联系。 因此，炎症小体的具体组装与活化调控机制是引起极大关注的科学问题。 近 期， 重 点 实 验 室 齐 晓 朋 课 题 组 在 The Journal of Clinical Investigation 发 表 文 章 “HUWE1 mediates inflammasome activation and promotes host defense against bacterial infection”，揭示了 E3 泛素 连接酶 HUWE1 在调控 NLRP3、AIM2、NLRC4 炎症小体激活和宿主防御细菌感染的关键作用及调 控机制。为了研究弗朗西斯等胞内菌感染激活 AIM2 炎性小体激活的内在机理，研究人员通过免疫 10 Ａ Ｍ 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease Ｈ Ｄ Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 科研动态 2020 第 4 期 沉淀 - 质谱联用（IP-MS）分析了弗朗西斯菌感染后的 WT 和 Aim2 缺陷 BMDMs 的 IP 产物的蛋白 组成，发现 WT BMDMs 中特异地存在一种 E3 连接酶 HUWE1。接着通过 co-IP 实验，在内源和外源 条件下都证明了 HUWE1 与 AIM2、NLRP3 和 NLRC4 的相互作用，并且该相互作用分别由 HUWE1 的 BH3 结构域、AIM2 的 HIN 结构域以及 NLRP3 和 NLRC4 的 NACHT 结构域介导。研究人员分别 在 HUWE1 缺失和酶活性受到抑制的情况下对 NLRP3、AIM2、NLRC4 炎症小体的激活的相关指标 进行了检测，结果显示 Huwe1 基因缺失和 HUWE1 抑制剂 BI8622, BI8626 处理的细胞中，NLRP3、 AIM2 和 NLRC4 炎 症小 体的激 活水 平均 明 显 降 低。 内 在 机 制 研 究 发 现，HUWE1 可 以 通 过 调 控 AIM2、NLRP3 和 NLRC4 的 K27 链多聚泛素化修饰，促进 ASC speck 的形成进而影响炎症小体的激活。 为了进一步研究 HUWE1 调控的 AIM2、NLRP3 和 NLRC4 炎症小体激活对宿主抵抗相关病原菌感染 的影响，研究人员先用 Tamoxifen 处理 Huwe1+/+-CreER 和 Huwe1fl/fl-CreER 小鼠诱导 Huwe1 的敲除， 并建立了 Salmonella，F. novicida 和 A. baumannii 感染的小鼠模型。发现与 Huwe1+/+-CreER 小 鼠 相 比，Huwe1fl/flCreER 小鼠中 caspase-1 的激活水平和 IL-1β 分泌水平都明显降低，同时细菌 载量都显著上升，证明了 HUWE1 在 宿主抵抗病原菌感染中发挥重要保护 作用，为抗感染免疫和炎症性疾病的 治疗提供了潜在的靶位点和小分子化 合物。 该研究得到了四川大学赵旭东教 授团队、北京大学邵根泽教授团队和 北京生命科学研究所王晓东院士团队 的大力帮助和支持。受到了国家重点 研发计划，国家自然科学基金，中国 科学院，以及云南省等项目资助。 HUWE1 调控 AIM2、NLRP3、NLRC4 炎症小体激活促进防御细菌感染 揭示汉族人群双相情感障碍的遗传基础 双相情感障碍是一种异质性和遗传力较高的复杂精神疾病，患者往往表现出情绪和认知方面的 障碍，其正常生活乃至生存都会受到严重影响。然而，我们对双相情感障碍遗传与发病机制的认识 仍十分有限，使得目前针对该疾病的诊疗都面临一系列难题，如容易误诊，难以根治，药物应答存 11 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 科研动态 2020 第 4 期 在显著个体间差异等。累积研究表明，遗传因素在双相情感障碍发生发展中起到关键作用，且现有 针对该疾病的遗传学分析也已取得了一定的进展，但这些研究主要集中在欧美和日本人群，取材自 我国大陆地区的双相情感障碍遗传学研究极少。受到所处环境及人群历史动态的影响，不同人群间 的遗传背景往往存在一定差异，因此在我国人群中开展双相情感障碍的遗传学研究十分必要。 为此，重点实验室李明研究员率团队与全国多家临床和科研机构开展了广泛合作，采集了来自 多个省市共计 1822 例双相情感障碍患者和 4650 例健康对照的血液样本，对其开展了全基因组关联 （GWAS）分析，并随后在 958 个双相情感障碍患者和 2050 个健康对照中进行了重复验证实验。该 研究对我国双相情感障碍患者所携带的遗传风险进行了全面探索，鉴定到了多个疾病相关变异及一 个风险基因 TMEM108。随后，该研究也对我国人群和已发表欧洲人群该疾病的遗传风险进行了荟萃 分析和多基因风险评分分析，进一步鉴定出多个与双相情感障碍显著相关的基因，同时也证实双相 情感障碍在我国人群和欧洲人群中共享许多重要的遗传风险。这些结果为认识该病的发生遗传机制 提供了线索。此外，本研究亦证实双相情感障碍与精神分裂症、抑郁症、认知功能等共享一部分遗 传基础，为理解不同精神疾病特有及共有表型的内在原因提供了基础信息。相关研究结果以 “Novel Risk Loci Associated With Genetic Risk for Bipolar Disorder Among Han Chinese Individuals: A GenomeWide Association Study and Meta-analysis” 为题发表在《JAMA Psychiatry》杂志上。该项研究极大地 推动了对我国人群双相情感障碍疾病遗传风险的认识。 《JAMA Psychiatry》杂志对于该研究配发了同期评论 “Genetic Architecture of Bipolar Disorder in Individuals of Han Chinese and European Ancestries”，认为该研究对于促进对双相情感障碍遗传基础的 理解起到了非常大的推动作用。 中国科学院昆明动物研究所李慧娟博士、上海精神卫生中心张晨教授、苏州大学惠李研究员为 论文的并列第一作者，中国科 学院昆明动物研究所李明研究 员和上海精神卫生中心方贻儒 教授为论文共同通讯作者。该 工作受到了昆明动物研究所罗 雄剑研究员及姚永刚研究员的 建设性帮助和支持。该工作得 到了国家自然科学基金委等项 目支持。 论文链接：https://jamanetwork.com/journals/jamapsychiatry/article- abstract /2773733 12 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 科研动态 2020 第 4 期 阐明树鼩 OASL1 基因的免疫反应调控功能 树鼩可用于病毒感染模型建立，如丙型肝炎病毒、新冠病毒感染（Zool Res 2020）等，潜力巨大。 树鼩全基因组的解析（KIZ version 1, Nat Commun 2013; KIZ version 2, Zool Res 2019），一方面确定 了树鼩是灵长类动物的近亲，另一方面也解释了其用于人类疾病动物模型创建，尤其是病毒感染模 型创建的遗传基础。我们的研究发现，树鼩基因组中天然缺失了重要的抗病毒天然免疫基因 RIG-I （PNAS 2016）；位于天然免疫上游的接头蛋白 STING 在树鼩细胞中存在两种不同大小的异构体， 分别调节抗 DNA 病毒和抗 RNA 病毒反应（J Immunol 2020a）；位于线粒体的接头蛋白 MAVS 可被 丙型肝炎病毒编码的丝氨酸蛋白激酶 NS3/4A 切割，进而抑制下游 IRF3 介导的干扰素 β 的产生，但 不影响 NF-κB 信号通路的激活状态，这可能是树鼩易感丙型肝炎病毒，却难以形成持续性感染的原 因（J Immunol 2020b）。这些研究很好地展现了树鼩抗病毒天然免疫的适应性和功能多样性。 近期，重点实验室姚永刚课题组集中对树鼩的干扰素刺激基因（interferon stimulated genes, ISGs），2’, 5’- 寡聚腺苷酸合成酶家族（2’, 5’-Oligoadenylate synthetase, OAS），进行了研究。该 基因家族是干扰素诱导产生的一类具有抗病毒效应的 ISGs，作为胞内的模式识别受体，与人类疾病 密切相关。该研究组前期发现，树鼩 OAS 家族基因（tOASs）有 4 种家族成员（tOAS1、tOAS2、 tOASL1 和 tOASL2），在抗 DNA 病毒和 RNA 病毒复制中均呈现出广谱的抗病毒效应，且 tOAS1 和 tOAS2 的抗病毒效应依赖于经典的 OAS/RNase L 信号通路（Cytokine 2019）。本研究中，研究人员 进一步通过双荧光报告系统筛选发现，tOASL1 特异性地正调控 RNA 病毒诱导的免疫应答反应。过 表达 tOASL1 可以显著促进 RNA 病毒引起的天然免疫信号通路激活，而敲低或敲除 tOASL1 则会 抑制 RNA 病毒介导的免疫应答反应。在机制方面，tOASL1 与线粒体共定位，可与细胞中免疫因子 tMDA5 和 tMAVS 相互作用，并担当“桥梁”的作用，促进 tMDA5 和 tMAVS 的相互作用，正反馈调 节 tMDA5-tMAVS 介导的干扰素 β 的产生。在 RNA 病毒刺激下，与人 OASL 与 RIG-I 相互作用的方 式不同，树鼩中 RIG-I 缺失，但 tOASL1 与 tMDA5 和 tMAVS 相 互作用，进而实现抗病毒效应 的传递，这种调控作用呈现出 tOASL1 功能的物种特异性。该 研究揭示了树鼩干扰素刺激基因 OASL1 在调节 RNA 病毒复制中 的 重 要 性， 拓 展 了 OASL 的 免 疫反应调控功能的认识。该研 树鼩 OASL1 正调控 RNA 病毒介导的天然免疫信号通路 13 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 科研动态 2020 第 4 期 究结果以 “Tupaia OASL1 Promotes Cellular Antiviral Immune Responses by Recruiting MDA5 to MAVS” 为题发表于《Journal of Immunology》。姚永刚课题组的博士研究生姚玉林是该论文的第一作者，姚 永刚研究员为通讯作者。该研究工作得到 NSFC- 云南联合基金项目、中科院和云南省的资助。 全文链接：https://www.jimmunol.org/content/early/2020/11/12/jimmunol. 2000740 野生大熊猫马粪滚动行为研究 粪便对野生哺乳动物的吸引力极为罕见。大熊猫不仅频繁地嗅着新鲜的马粪，在身上打滚，还 主动将粪便物质搓遍全身。本研究中重点实验室赖仞课题组与中科院动物研究所魏辅文院士团队合 作，研究了野生大熊猫（Ailuropoda melanoleuca）的马粪滚动行为（HMR）。HMR 事件的频率与 低 于 15°C 的 环 境 温 度 高 度 相 关。 新 鲜 马 粪 中 的 BCP/ BCPO（β- 石 竹 烯 / 石 竹 烯 氧化物）通过直接靶向和抑 制瞬时受体电位 melastatin 8 （TRPM8） 来 驱 动 HMR 行 为，并减弱小鼠的冷敏感性。 因此，含有 BCP/BCPO 的马 粪有可能赋予野生大熊猫低 温下的耐寒性。该研究描述 了一种不寻常的行为，确定 了 BCP/BCPO 是 TRPM8 离 子通道的化学抑制剂，并提 供了一个合理的化学辅助机 新鲜马粪中的 β- 石竹烯 / 石竹烯氧化物通过直接抑制 TRPM8 来驱动 HMR 行为 制，在这个机制中动物可以积极地从栖息地寻找和利用潜在的化学资源来适应温度。相关研究结果 发表于国际著名期刊 Proc Natl Acad Sci U S A。 薄荷醇结合并 TRPM8 离子通道激活的分子机制 薄荷醇通过选择性激活 TRPM8 通道来激发凉爽感。但是其结构机制尚未解决。重点实验室赖仞 课题组与浙江大学杨帆团队合作研究发现，薄荷醇用它的羟基作为“手”结合 R842，异丙基作为“脚”结 合 I846 和 L843 上。通过荧光非天然氨基酸成像，发现薄荷醇结合诱导跨膜结构域内广泛的构象重排。 14 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 2020 第 4 期 通过基于单通道记录的 Φ 分析，观察到了通道构象变化的时间顺序。提出了薄荷醇结合的“抓取和站立” 机制，阐明薄荷醇如何在原子水平激活 TRPM8，相关研究结果发表于 Nat Commun。 薄荷醇激活 TRPM8 通道构象变化的顺序 15 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 学术交流 2020 第 4 期 学术交流 学术论坛 报告时间：2020 年 10 月 23 日 报告 1：凝血稳态调控分子机制研究及抗血栓药物 研发 报告人：唐小芃副研究员 报告 2： 树鼩 OAS 家族基因抗病毒功能的机制研究 报告人：姚玉林 博士生 报告 3：14-3-3ζ-c-Src-β3 复合物的形成在血小板聚 集过程中的作用研究 报告人：刘明 博士生 报告 4：HSV-1 在小鼠和树鼩三叉神经节中的感染 差异 报告人：王二林 博士生 主持人：陈勇彬研究员 报告时间：2020 年 12 月 22 日 报告 1：树鼩天然免疫特异性基因及新冠病毒动物 模型 报告人：许凌 副研究员 报告 2： 帕金森病的功能基因组学研究 报告人：陈蕊 博士生 报告 3：KLF5-regulated lncRNA IGFL2-AS1 promotes the growth and survival of breast cancer via regulating IGFL1 transcription 报告人：王海霞 博士生 报告 4：GPR168 在黑色素瘤中的功能和机制研究 报告人：韩燕飞 硕士生 主持人：陈策实研究员 16 Ａ Ｍ 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease Ｈ Ｄ Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 学术交流 2020 第 4 期 彩云医药讲坛 2020 年第 1 期，12 月 17 日 报告题目：肿瘤代谢异质性 报告人：复旦大学雷群英教授 主持人：陈策实研究员 2020 年第 2 期，12 月 17 日 报告题目：EMT：组织纤维化和肿瘤 报告人：中南大学胡卓伟教授 主持人：陈策实研究员 2020 年第 3 期，12 月 30 日 报告题目：基于原创研究的临床转化和药物研发 报告人：清华大学鲁白教授 主持人：李明研究员 特邀报告 报告时间：2020 年 12 月 17 日 报告题目：三阴性乳腺癌精准医疗之我探 报告人：上海交通大学王红霞教授 邀请人：陈策实研究员 17 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 学术交流 2020 第 4 期 特邀报告 报告时间：2020 年 12 月 17 日 报告题目：Cap cells in mammary gland development and breast cancer 报告人：广州医科大学霍永良教授 邀请人：陈策实研究员 报告时间：2020 年 12 月 25 日 报告题目：免疫微环境与肿瘤演进 报告人：南方科技大学张健教授 邀请人：陈勇彬研究员 报告时间：2020 年 12 月 25 日 报告题目：靶向 B 细胞探索结直肠癌肺转移的实 验性治疗 报告人：中山大学孙逸仙纪念医院李建民教授 邀请人：陈勇彬研究员 报告时间：2020 年 12 月 25 日 报告题目：核酸适体在分子医学中的应用研究 报告人：湖南大学叶茂教授 邀请人：陈勇彬研究员 18 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 学术交流 2020 第 4 期 特邀报告 报告时间：2020 年 12 月 25 日 报告题目：Dual roles of BRD7 in colorectal cancer: From inflammation to cancer 报告人：中南大学周鸣研究员 邀请人：陈勇彬研究员 报告时间：2020 年 12 月 25 日 报告题目：Epigenetic regulation in cell fate and glycolysis 报告人：中南大学陶永光教授 邀请人：陈勇彬研究员 19 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 发表 SCI 论文 2020 第 4 期 第一单位 SCI 论文 1. Wang G, Yang ML, Duan ZL, Liu FL, Jin L, Long CB, Zhang M, Tang XP, Xu L, Li YC, Kamau PM, Yang L, Liu HQ, Xu JW, Chen JK, Zheng YT, Peng XZ, Lai R. Dalbavancin binds ACE2 to block its interaction with SARS-CoV-2 spike protein and is effective in inhibiting SARS-CoV-2 infection in animal models. Cell Res, 2020. doi: 10.1038/s41422-020-00450-0. 2. Li HJ, Zhang C, Hui L, Zhou DS, Li Y, Zhang CY, Wang C, Wang L, Li W, Yang Y, Qu N, Tang J, He Y, Zhou J, Yang Z, Li X, Cai J, Yang L, Chen J, Fan W, Tang W, Tang W, Jia QF, Liu W, Zhuo C, Song X, Liu F, Bai Y, Zhong BL, Zhang SF, Chen J, Xia B, Lv L, Liu Z, Hu S, Li XY, Liu JW, Cai X, Yao YG, Zhang Y, Yan H, Chang S, Zhao JP, Yue WH, Luo XJ, Chen X, Xiao X, Fang Y, Li M; GeseDNA Research Team. Novel risk loci associated with genetic risk for bipolar disorder among Han Chinese individuals: a genome-wide association study and meta-analysis. JAMA Psychiatry, 2020, e203738. 3. Liu FL, Wu KX, Sun JY, Duan ZL, Quan XZ, Kuang JQ, Chu SL, Pang W, Gao H, Xu L, Li YC, Zhang HL, Wang XH, Luo RH, Feng XL, Schöler HR, Chen XW, Pei DQ, Wu GM, Zheng YT, Chen JK. Rapid generation of ACE2 humanized inbred mouse model for COVID-19 with tetraploid complementation. Natl Sci Rev, 2020. doi: 10.1093/nsr/nwaa285. 4. Li H, Su LY, Yang LX, Li M, Liu QJ, Li ZH, Hu Y, Li HW, Wu SH, Wang WC, Hu YZ, Wang ZB, Rizak JD, Huang BH, Xu M, Wu J, Lv LB, Turck CW, Yin Y, Yao YG, Su B, Hu XT. A cynomolgus monkey with naturally occurring Parkinson’s disease. Natl Sci Rev, 2020. doi: https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa292. 5. Chang H, Cai X, Li HJ, Liu WP, Zhao LJ, Zhang CY, Wang JY, Liu JW, Ma XL, Wang L, Yao YG, Luo XJ, Li M, Xiao X. Functional genomics identify a regulatory risk variation rs4420550 in the 16p11.2 schizophrenia-associated locus. Biol Psychiat, 2021, 89(3): 246-255. 6. Guo Y, Li L, Xu T, Guo X, Wang C, Li Y, Yang Y, Yang D, Sun B, Zhao X, Shao G, Qi X. HUWE1 mediates inflammasome activation and promotes host defense against bacterial infection. J Clin Invest, 2020, 130(12): 6301-6316. 7. Zhang Y, Zhang Z, Li L, Xu K, Maf Z, Chow HM, Herrup K, Li J. Selective loss of 5hmC promotes neurodegeneration in the mouse model of Alzheimer’s disease. FASEB J, 2020, 34(12): 16364-16382. 8. Yao YL, Yu D, Xu L, Gu T, Li Y, Zheng X, Bi R, Yao YG. Tupaia OASL1 promotes cellular antiviral immune responses by recruiting MDA5 to MAVS. J Immunol, 2020, 205(12): 3419-3428. 9. Ge LJ, Yang FH, Li W, Wang T, Lin Y, Feng J, Chen NH, Jiang M, Wang JH, Hu XT, Chen G. In vivo neuroregeneration to treat ischemic stroke through NeuroD1 AAV-based gene therapy in adult non-human primates. Front Cell Dev Biol, 2020, 8: 590008. 10. Li Z, Li Z, Lv X, Li Z, Xiong L, Hu X, Qin D. Intracerebroventricular administration of interferon-alpha induced depressive-like behaviors and neurotransmitter changes in rhesus monkeys. Front Neurosci, 2020, 14: 585604. 20 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 2020 第 4 期 11. Gu T, Yu D, Xu L, Yao YL, Zheng X, Yao YG. Tupaia guanylate-binding protein 1 interacts with vesicular stomatitis virus phosphoprotein and represses primary transcription of the viral genome. Cytokine, 138: 155388. 12. Long C, Liu M, Tian H, Li Y, Wu F, Mwangi J, Lu Q, Mohamed Abd El-Aziz T, Lai R, Shen C. Potential role of platelet-activating C-type lectin-like proteins in viper envenomation induced thrombotic microangiopathy symptom. Toxins (Basel), 12(12): E749 13. Ma C, Li Y, Li X, Liu J, Luo XJ. Identification of a functional SNP rs7304782 at schizophrenia risk locus 12q24.31 and validation of its association with schiz ophrenia in Chinese populations. Psychiatry Res, 294: 113491. 14. Li HJ, Su X, Zhang LW, Zhang CY, Wang L, Li WQ, Yang YF, Lv LX, Li M, Xiao X. Transcriptomic analyses of humans and mice provide insights into depression. Zool Res, 2020, 41(6): 632-643 21 A M 中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室 Key Laboratory of Animal Models and Human Disease H D Mechanisms of Chinese Academy of Sciences 季刊 2020 第 4 期 22