二. 医学生理学

细胞代谢

• 非损伤与微流控芯片 161031

       细胞迁移在血管再生、伤口愈合、炎症反应、胚胎发育等多种生理和病理过程中起到关键作用。细胞迁移研究中，传统的研究方法无法满足高通量的需求，且大多是单因素检测，难以综合考虑细胞基质、浓度梯度等多参数对细胞迁移的影响。

       微流控芯片分析是当前的科技前沿领域之一，其作为细胞迁移研究新的技术平台，一方面具有集成度高、灵敏度高、高通量、试剂消耗少等优势，快速实现大规模分析；另一方面芯片中微米级的通道结构可精确控制物质浓度梯度和微流体，调节溶液温度和pH等细胞微环境要素，更真实模拟细胞体内生长微环境，并完成实时监测。微流控芯片已经被广泛应用于细胞迁移研究，其模型分为二维(2D)和三维(3D)2大类，分别从平面培养和立体生长的角度，研究不同因子浓度梯度、电刺激或细胞间相互作用等条件对细胞迁移行为的影响，打破了传统方法的局限性，促进了生物及医学等领域的研究。

       近期来自中国科学院的研究人员介绍了微流控芯片在细胞迁移研究中应用的最新进展，重点综述了研究细胞迁移的2D和3D微流控芯片，并讨论了各类微流控芯片的优缺点。文章指出，微流控芯片特有的网格式通道结构、微米级尺寸、以及可同时在时间和空间上精确控制微流体等特点有利于更好模拟细胞体内真实生理环境。

       

       无伤口类细胞迁移的微流控芯片。(a) 竞争性物质梯度阵列芯片；(b) 单细胞迁移阵列芯片；(c) 电场可控型芯片；(d) 电化学组合型芯片

众所周知，NMT是测具体分离子流速的技术，而在此之前，有一种扫描振动电极技术（SVET），用于检测样品整体的电流。后来，随着技术的发展出现了NMT，可以具体检测到某种离子，精确研究形成电流的离子种类。

       

       萌发中的花粉管尖端Ca²⁺流动

       以植物花粉管研究为例，美国海洋生物学实验室的Jaffe教授在70年代利用电流密度测试发现花粉管发育过程中有较大电流出现，但是直到90年代才利用NMT证明该电流的形成90%是依靠Ca²⁺的流动，从而把机理研究推进了一大步。换言之，只有真正知道了是哪种离子或分子存在于该反应过程，才会对研究有本质上的帮助。

       总而言之，NMT是在芯片实验结果的基础上，进一步地研究其背后更加具体的信号变化。因为只有了解各离子间的相互关系，才能够真正阐明动植物生理过程中的机理机制。

       参考文献：

       [1] Liu W T, Chen H M, Nie F Q. Cell migration with microfluidic chips (in Chinese). Chin Sci Bull, 2016, 61: 364–373.

       [2] Kühtreiber WM, et al. Detection of extracellular calcium gradients with a calcium- specific vibrating electrode. Journal of Cell Biology, 1990,110(5): 1565-1573.

       [3] Weisenseel MH, et al. Large electrical currents traverse growing pollen tubes. Journal of Cell Biology, 1975, 66(3): 556-567.

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药理药效

• NMT技术在针对RyR钙离子通道药物研究中的潜在贡献 150118

       Ryanodine受体（RyR）是已知的最大Ca²⁺通道，在心肌等肌肉的兴奋收缩中具有偶联作用。过去由于对RyR的结构还不是非常清楚，因此，在相关药物的设计和应用上还有一些误区存在，比如，药物的选择性不强及毒性较大等问题。因此，近日清华大学的颜宁和施一公等在RyR的结构研究方面取得的进展，对今后相关药物的研发与应用具有较大意义。

       非损伤微测技术（NMT）可以在以下几个方面做出贡献：

       1. 药物的选择性工作：

       由于NMT可以直接测量Ca²⁺，Mg²⁺，Na⁺，K⁺ 等离子进出活体组织，通过在药物作用下测量Ca²⁺的进出情况来确定该药物的RyR选择性和有效性。

       2. 药物的毒性研究：

       通过NMT测量组织的O₂及K⁺等分子离子流生理生理指标，来验证不同药物的毒性。

       3. 对非肌肉组织RyR生理功能的研究：

       由于NMT时间分辨率的局限，会使得NMT更适用于RyR在非肌肉组织中生理功能的研究。

• 灵芝可用来改善肥胖 150706

       6月23日，来自台湾长庚大学的学者Lai Hsin-Chih在《Nature Communications》上发表了一项最新研究进展，他们通过动物实验首次发现灵芝能够调节小鼠肠道菌群生态，改善肥胖。研究发现，灵芝提取物可以诱导高脂肪饮食导致的肠道微生物失衡的逆转和体重降低，同时又保持了肠道屏障的完整性。这是灵芝首次被发现有益生和降低体重的功能。

       

NMT潜在创新应用：

       研究表明，高脂高糖膳食足可以改变肠道菌群的结构并使得组织Cl^-发生丢失（Zhang J, et al. Fems Microbiology Ecology, 2014, 88(3): 612-622.）。尽管上述研究发现了灵芝的减重功效，但菌群对肠道在生理水平上的影响仍鲜有报道。目前，国内研究人员利用NMT在肠道疾病药物机理上的研究已取得了诸多成果（Xu J, et al. British Journal of Pharmacology, 2012, 165: 197-207.），同时，旭月公司将于8月份举办“非损伤微测技术在中医药研究领域的应用思路”专题培训班，敬请关注。

       ChangC, et al. Ganoderma lucidum reducesobesity in mice by modulating the composition of the gut microbiota. NatureCommunications, 2015, doi: 10.1038/ncomms8489.

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• 糖尿病“缘”起 160808

       8月4日，Nature（doi 10.1038/nature18642）刊登了一项由22个国家的300多名科学家，对世界各地12万人的DNA的2型糖尿病基因及变体进行了精确定位，获得了影响2型糖尿病风险的基因变体数量和性状更完整的图景。此次研究相较于以往研究，其研究对象的祖先不仅只起源于欧洲，还大量涉及美洲、非洲、南亚和东亚。

       

       基因差异是否影响类似如糖尿病等常见疾病的易患倾向？这些基因差异是人类群体中所共享的还是具有个人或家族差异？研究结果表明，常见的、在人群中共享的变体可以解释大部分2型糖尿病的遗传风险。也就是说：大多数人都有患2型糖尿病的风险。

       此外，研究人员还鉴定了一种新的特定东亚人种的变体——PAX4，它只出现在东亚的韩国、中国、新加坡等地区。

       早在2005年，科研人员已经利用非损伤微测技术（NMT），发现了2型糖尿病的可能靶标——UCP3（Diabetes. 2005, 54(8): 2343-50.）。NMT在糖尿病药物研发上，具有可观的前景。它可以通过检测糖尿病相关组织细胞对不同药物的分子、离子流速反应来快速鉴别药物药效，能够有效缩短药物研发周期，降低药物筛选成本。国内学者利用扬格/旭月非损伤微测系统研究也发现，小鼠胰腺β细胞的线粒体功能缺失导致的Ca²⁺由胞外进入胞内这一流动的改变，是胰岛素分泌异常的一个关键因素。

       

       胰岛细胞检测示意图

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肿瘤

• Beclin1乙酰化促进肿瘤生长 150629

       5月26日，《Nature Commnunications》在线刊登了中山大学肿瘤防治中心朱孝峰课题组题为《Acetylation of Beclin 1 inhibitsautophagosome maturation and promotes tumour growth》的最新研究。Beclin 1是一个重要的自噬相关基因，但研究界对于自噬体到自噬溶酶体转化的分子机制仍知之甚少。本研究证实了Beclin 1磷酸化后，诱导了自身的乙酰化，抑制了自噬体成熟和胞吞运输，进而在体内外促进肿瘤细胞增殖。

       

NMT潜在创新应用：

       传统理论认为，肿瘤的发生起源于细胞特定基因的改变，而最新研究表明，正常上皮细胞向不正常微环境的移植或改造细胞的微环境，也可导致肿瘤的产生，而这些恶性肿瘤没有任何的基因改变。这提示我们，肿瘤的产生实际上是在组织和细胞水平发生了异常，基因的变化可能只是一种伴随状况。旭月公司最新推出的NMT活体肿瘤工作站，实现了同时在细胞以及组织水平上的检测，目前在国内外已取得诸多研究成果。

       [1] Sun T, et al. Acetylation of Beclin 1 inhibitsautophagosome maturation and promotes tumour growth. Nature Communications,2015, doi: 10.1038/ncomms8215.

       [2] Shabala L, et al. Exposure of colonic epithelialcells to oxidative and endoplasmic reticulum stress causes rapid potassiumefflux and calcium influx. Cell biochemistry and function, 2012, 31(7):603-611.（结肠癌细胞）

       [3] Yang L,et al. Uncoupling of K+ and Cl-transport across the cell membrane in the process of regulatory volumedecrease. Biochemical Pharmacology, 2012, 84 (3): 292-302.（鼻咽癌细胞）

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• 抛开剂量谈危害都是耍流氓! 151102

       笔者作为一个拥有酷爱食用腌肉酱肉这一“优良”传统的家族的一员，腌制肉几乎是三天两顿。鸡鸭鱼、牛羊猪，凡市面上能买到的肉，无所不腌。虽然后来得知腌制肉中亚硝酸钠的致癌危害，却依然抵不住醇香美味的诱惑。随着患癌率的逐渐增高，作为“吃货”的我们也渐渐放缓了脚步。近期，国际癌症研究机构（IARC）发布了加工肉致癌的消息，笔者也第一时间转发给了父母亲戚，“错而能改，善莫大焉”长久地回响在耳边......

       “食用红肉较可能致癌（2A级），加工肉制品被列为对人类致癌（1级）”。这是IARC过去二十年间，在饮食各异的众多国家和人群中调查了十多种癌症与食用红肉或加工肉制品之间关联的800多项研究后定下的结论。这一研究结论已刊登在The Lancet Oncology杂志上。虽然消息一出，各路吐槽如期而至，许多“与肉为盟”的吃货们肝肠寸断。但作为长期致力于利用非损伤微测技术（NMT）提升国人科研水平、提高人民生活品质的NMT人，笔者选择了相信科学。

       

       笔者近期参与的一项由“中关村NMT产业联盟”旗下的“NMT应用发展基金”提供资金支持的肿瘤项目，正与北京医院普外科合作，就离子流速与快速临床诊断的联系进行相关研究。此项目首次利用NMT检测临床活体肿瘤代谢相关的分离子流速，希望通过我们的研究，为肿瘤的预防及治疗提供新手段，让红肉、加工肉安全地回到吃货们的口中。

       最后想告诉各位吃货，不必如此伤心，抛开剂量谈危害都是耍流氓！

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• NMT让肿瘤体内检测成为可能 160125

       以往观点认为，“上皮细胞向间充质细胞转化”（EMT）是癌症发生转移的一个要求。2015年11月底，发表在Nature杂志上的两项研究（doi:10.1038/nature16064; doi:10.1038/nature15748）挑战了EMT是癌症转移至关重要效应因子这一传统观点，并且提供了证据证实：上皮性肿瘤细胞不需要转变至间充质细胞状态来形成转移灶，但这一过程确实有助于耐药。这两项研究表明了EMT靶向策略结合传统化疗来治疗乳腺癌的潜力。

       “肿瘤是一种分子病，根本原因是基因的改变”这一观点时下甚为流行，这直接促使众多研究者以离体的肿瘤细胞作为肿瘤研究模型。事实上，机体内的肿瘤组织，其周围微环境深刻影响着肿瘤细胞增殖的速度、方式等特性。了解肿瘤组织与其所处微环境之间的物质能量交换，可能会成为目前肿瘤研究“剪不断，理还乱”现状的突破口。而扬格/旭月非损伤微测系统为这类活体研究提供了技术上的可能性。

       

       

       2008年，美国New England地区海洋里的龙虾发生了甲壳病变，并导致龙虾死亡的现象。其后，美国环保局（EPA）邀请扬格公司使用非损伤微测系统对此疾病的发病原因进行研究。扬格公司利用NMT检测了正常生理状态下活体龙虾甲壳的Ca²⁺与H+流速，同时结合其它数项检测结果后得出以下结论：New England沿海地区的环境近一段时间受到人为污染，造成海水pH值降低，虽然pH值降低幅度很小，但是影响到了龙虾甲壳表面的微环境，削弱了龙虾甲壳抵御此种病害的能力，导致龙虾死亡。

       

       在此研究中，美国扬格公司设计了一些简单的装置，如维持龙虾正常生存的恒温水循环装置，维持龙虾静止状态的固定装置等等，实现了在正常生理状态下，对活体龙虾甲壳进行NMT检测。

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• NMT医疗大数据为民众的健康一直在努力 160620

       在国务院新闻办公室今天（2016年6月20日星期一）举行的新闻发布会上，国家卫生计生委副主任金小桃表示，我国将以保障全体人民健康为出发点，通过“互联网＋健康医疗”探索服务新模式、培育发展新业态，到2020年建立国家医疗卫生信息分级开放应用平台，健康医疗大数据产业体系初步形成。

       金小桃说，健康医疗大数据是涵盖人的全生命周期，既包括个人健康，又涉及医药服务、疾病防控、健康保障和食品安全、养生保健等多方面数据的汇聚和聚合。 利用健康医疗大数据，不仅对改进健康医疗服务模式，而且对经济社会发展都有着重要的促进作用，是国家重要的基础性战略资源。

       作为热词的“互联网”，“大数据”在近些年的推动下，已经渐渐的被老百姓熟知。那么大数据究竟能做什么呢？在这篇报导中，对于健康医疗大数据应用发展对民生方面的改善，金小桃认为主要体现在3个方面。一是不断增强“自主健康”服务体验，让健康数据“多跑路”，让人民群众“少跑腿”，在互联网健康咨询、预约就诊、预约挂号、诊间结算、医保联网异地结算、移动支付等方面，给百姓带来更加便捷的应用服务。二是随着健康医疗大数据的发展和完善，大数据技术与健康医疗服务的深度融合应用，能够使优势资源“下得去”，更好地推动分级诊疗落地，加快远程医疗普及，推动精准医疗发展。三是通过大数据，推动覆盖全生命周期的预防、治疗、康复和健康管理的一体化健康服务。

       面对大数据时代的需求，数据是判断事情发生发展的根本指征，而数据同时又是提出解决方案的基础。那么作为一家可以为健康服务发力的高科技公司，我们一直在为大数据的积累努力着。且我们关注的是发病率越来越高，但生存率依然比较低的恶性肿瘤领域。目前我们已经针对肿瘤的个性化治疗方案进行着数据的原始积累。且多年来持续在做这方面的研究，而且此设想也曾经在北京肿瘤医院主办的生命科学会议上受到了众人的关注。

       健康是人们追求的目标，医疗是永恒的话题，我们也很希望可以与肿瘤研究相关的专家合作，共同探讨，深入研究，让我们的NMT技术可以在这个领域中发挥更大的作用，为大数据的积累，做更多的贡献。

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• 理念的转变——肿瘤微环境与NMT 160725

       肿瘤微环境，即肿瘤细胞产生和生活的内环境，其中不仅包括了肿瘤细胞本身，还有其周围的成纤维细胞、免疫和炎性细胞、胶质细胞等各种细胞，同时也包括附近区域内的细胞间质、微血管以及浸润在其中的生物分子（国外医学:遗传学分册,2001,24(6):301-303.）。

早在100多年以前，Stephen Paget基于乳腺癌的器官特异性转移中的临床观察，提出了著名的“种子与土壤”的概念。然而，这一假说在当时并未受到足够的重视，将治疗思路仅仅局限于肿瘤细胞本身，导致人类的抗击肿瘤之路走得异常艰难。直到今天，才有越来越多的科学家开始意识到肿瘤与肿瘤微环境是一个不可分割的整体。

       低氧环境

       Thomlinson在1955年就已经注意到了许多恶性肿瘤组织中存在的缺氧状态（Nat Rev Cancer.2007,7(2):139-47.）。肿瘤细胞新陈代谢旺盛、生长迅速等特点决定了其对能量需求高，因此其对氧气能量物质的消耗比正常细胞高出许多。然而，随着肿瘤本身的体积不断增大，肿瘤组织因膨胀而远离了含营养和氧气充足的血管，这种供血不足导致了肿瘤微环境缺氧情况的进一步加深。

       2015年，旭月（北京）生物功能研究院（旭月研究院）利用非损伤微测技术（NMT），检测了活体肿瘤组织的O2与外环境的交换情况。结果显示，癌占比（肿瘤组织中癌细胞所占比例）与O2流速呈显著负相关，即癌占比越高，O₂进入肿瘤组织的速率就越大。

       

       肿瘤组织癌占比与O2的流动方向、流动速率间的关系

       低pH环境

       以往研究认为，肿瘤微环境的低pH主要是由肿瘤细胞的无氧代谢决定的。然而，有实验证明即使在乳酸产量低或者人工提高肿瘤组织氧分压或供血量的情况下，依然存在低PH的情况，这至少说明无氧代谢不是肿瘤微环境产生酸的唯一机制。实际上，肿瘤细胞的膜系统上存在着多种离子交换体，在建立肿瘤微环境的酸性环境中起着重要的作用。其中最典型的是V-ATPases，其功能是将质子从胞内泵到胞外，或者从内层膜泵到膜间层（Br J Cancer,1955,9(4):539-549.）。正是V-ATPases的存在，肿瘤细胞才能将代谢中产生的大量H+运输到细胞外，维持细胞质的中性和胞外的酸性环境，以免造成自身的酸中毒。这些被排到肿瘤细胞外的H⁺就会随浓度梯度进入正常细胞组织内并大量积聚，激活酶级联反应而导致细胞坏死或凋亡。

       同样，旭月研究院在利用NMT研究活体肿瘤组织的实验中发现，癌占比（肿瘤组织中癌细胞所占比例）与H⁺流速呈显著正相关，即癌占比越高，H⁺从肿瘤组织内排出的速率就越大。非损伤微测技术的出现，不仅丰富了活体肿瘤研究手段，更是可以为肿瘤微环境相比于正常生理环境所发生的变化，提供最直接的证据。

       [[File:图160725-2-癌占比-H⁺流速.jpg|400px]]

       肿瘤组织癌占比与H⁺的流动方向、流动速率间的关系

       前已述及，以前人类大部分治疗癌症的努力都是只着点于肿瘤细胞本身，但是在我们认识到肿瘤微环境对整个肿瘤的发生与发展的重要影响之后，治疗肿瘤的理念正在逐步改变，非损伤微测技术也必将成为肿瘤研究技术中的新热点。

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神经

• 女性患阿尔茨海默症的风险是男性两倍 150727

       笔者生活的社区里，住着一位患了“老年痴呆”的老人，每次碰面，总会很礼貌的喊住我，倾诉着一些对她来说很是“紧迫”的事情，偶尔也会听到她漫无目的地呼唤着儿子的姓名，虽然儿子的家就在楼上。看着昔日养育自己的父母，如今像孩子一般，给人更多的却是心酸。

       在美国，有540万人罹患阿尔茨海默症（Alzheimer disease，AD），其中约340万为女性。从数据上看，女性患AD的数量是男性的两倍，最新的研究成果也印证女性更易患AD的事实。一项研究发现，心智衰退可能是罹患AD的先兆，而有心智衰退早期症状的女性病情比同样情况的男性发展得快。另一项研究表明，对引发AD起关键作用的异常蛋白在女性大脑中累积的速度快于男性。

       

NMT潜在创新应用：

       前期的研究显示，β-淀粉样肽作为AD最主要的致病物质之一，其致病机理与细胞的Ca²⁺、K⁺信号直接相关（Disterboft JF, et al. Ann NY Acad sci, 1989, 747: 1-8.）。NMT在AD的发病机理以及治疗思路上的研究结果表明，β-淀粉样肽扰乱了神经元Ca²⁺、K⁺的流速平衡，破坏了离子流速稳态，而更加全面深入的分离子流速机制却鲜有涉足。目前，国内学者利用NMT在神经领域的研究已从细胞水平深入至组织水平，旭月公司期待您的加入。

       [1] Roger S, et al. The Native Copper- and Zinc- Binding Protein MetallothioneinBlocks Copper-Mediated Aβ Aggregation and Toxicity in Rat Cortical Neurons.Plos One, 2010, 5(8): 1-11.

       [2] Lana S, et al. Prolonged Aβ treatment leads to impairment in the ability ofprimary cortical neurons to maintain K+ and Ca2+homeostasis. Mol Neurodegener, 2010,5: 30.

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• 美国政府的200亿，只为解决老年痴呆症 160613

       人生在世，经历了那么多的风风雨雨，有多少值得保留和回忆的事情，如果可以和这些记忆相伴终老想必也是一件美好的事情。可世事无情，当跨入老年阶段的时候，目前高发的俗称老年痴呆症的阿尔兹海默症恐怕将会给我们的记忆蒙上一层厚厚的迷雾，吹不开打不散。

       调查发现：我国北方患老年痴呆的平均年龄为75、76岁，患血管性痴呆的年龄多在68岁左右。65岁以上人群中患重度老年痴呆的比率达5%以上，而到80岁，此比率就上升到15-20%。在世界范围内，科技发达的美国，老年痴呆症是美国人民最大的死因，美国科学家对它也束手无策。美国人在阿尔兹海默症上的花费占到了全球的44.8%，剩下的有18.8%被日本占去，那么也就意味着，还有很多很多的患者没有得到治疗。

       如此大的市场需求，也促使了众多大牌药企为之倾其所有不惜代价。不幸的消息是，自1906年德国医生Alois Alzheimer发现此病以来，至今并没有特效药可以治愈老年痴呆症，甚至延缓的效果也甚微。好的消息是，随着研究的深入，已经接受的事实是，β淀粉样蛋白是导致阿尔兹海默症的起因，一旦形成规模，就会继发一系列的病理过程，之后形成自身的恶性循环，使得病情不断恶化。同时有数据显示，各大药企巨头在最近15年的努力中已经发现了关于阿尔兹海默症95%的知识，那么理论上说只要有足够的预算，特效药的问世将指日可待。

       去年，美国前国务卿希拉里公开表示，将每年投入20亿美元，作为阿尔兹海默症的研发经费，并且连续投入十年，以确保在2026年之前成功研发出治疗甚至是治愈的方法。这也是文章开头提到的200亿的梗的来源。

       早在2010年就有报道，非损伤微测技术（NMT）在老年痴呆症的治疗方案上，提出过新的观点。比如，研究了金属硫蛋白亚型MT-2A与锌/铜的结合状态以及不同处理条件下神经元细胞的活力、Ca²⁺、K⁺离子流信息，发现通过Cu(II)Aβ处理下神经元离子动态平衡的改变，证实了Zn7MT-2A 可阻止Cu(II)Aβ诱导氧化胁迫引起的不利影响。从而降低Aβ的活性。这样的结论恰好可从前期抑制老年痴呆症的恶性爆发。

       

       图注：Cu(II)-Aβ及Zn7MT-2A处理下的Ca²⁺、K⁺离子流信息

       最新的数据显示，2015年全球平均寿命统计表中可看到中国为73.5岁，这其中涵盖了大量的中低生活水平的人口，那么作为大城市的人口，生活环境与医疗条件的优越，是拉高平均线的主力人群。为了拥有更美好的老年生活，让我们共同期待技术带来的巨大福利吧。

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• 翅膀与歌声 160905

       8月中旬，Nature（536, 7616）连续刊登了三项关于果蝇(Drosophila)的研究。

       果蝇的一些特定的昼夜节律神经元能促进运动活动的昼夜高峰，这些神经元的活动以24小时为周期，但它们在睡眠控制方面的作用尚不明确。现在，研究发现了一种叫做DN1s的背生物钟神经元，它们作为睡眠促进细胞，与起搏神经元共同参与了驱动午休和夜晚睡眠的反馈回路。此外，DN1神经元活动在两性间存在差异，且会对温度作出反应，与上述因素影响白昼睡眠的效应一致。在本期《自然》中，Gero Miesenböck及同事还报告了支配果蝇扇形体的多巴胺能睡眠促进神经元会在电活性和电静息之间转换，这是睡眠需求的功能之一。

       第三项果蝇的研究是关于翅膀与歌声的。雄性果蝇靠振动翅膀而发出求偶歌声是果蝇求偶行为中的重要一环。求偶歌声的特点及其在不同果蝇种类间的差异已经得到了充分研究。现在，David Stern及同事发现，造成拟果蝇和毛里求斯果蝇这两种野生型果蝇求偶歌声存在自然差异的遗传变异，是因为slowpoke (slo) 位点插入了一个逆转录因子，该因子编码了一个Ca²⁺依赖的K⁺通道。

       虽然非损伤微测技术（Non-invasive Micro-test Technology, NMT）是通过识别特定离子/分子，即化学信号，实现对微观粒子流速的检测。然而，离子通道、神经电信号研究与NMT同样密不可分。不仅在研究指标上，K⁺、Ca²⁺可以实现直接检测，NMT更是在哺乳动物的神经研究上取得了诸多成果。研究发现，β-淀粉样肽破坏了神经元K⁺、Ca²⁺的动态平衡；从上述结论出发，又发现K+通道抑制剂可以缓解Cu(II)-Aβ的毒害作用；此外，发现金属硫蛋白螯合疗法可以缓解阿尔茨海默症大鼠神经元K⁺、Ca²⁺的失衡状态，提供了一种新的潜在治疗手段。

       

       不添加/添加Aβ时，Glu处理神经元后，K⁺、Ca²⁺的流速变化幅度

       2016年2月中旬的《联想与创新》已经介绍了加拿大McMaster University学者利用NMT在昆虫研究上的最新研究。目前，NMT在昆虫领域中，蚊、果蝇、蟑螂等物种研究，均有研究成果发表，研究领域集中于消化生理、昆虫逆境等。

       

       DAR和Non-DAR两类细胞质子流速的差异。DAR细胞质子显著外流。

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神经传导

• 翅膀与歌声 160905

       8月中旬，Nature（536, 7616）连续刊登了三项关于果蝇(Drosophila)的研究。

       果蝇的一些特定的昼夜节律神经元能促进运动活动的昼夜高峰，这些神经元的活动以24小时为周期，但它们在睡眠控制方面的作用尚不明确。现在，研究发现了一种叫做DN1s的背生物钟神经元，它们作为睡眠促进细胞，与起搏神经元共同参与了驱动午休和夜晚睡眠的反馈回路。此外，DN1神经元活动在两性间存在差异，且会对温度作出反应，与上述因素影响白昼睡眠的效应一致。在本期《自然》中，Gero Miesenböck及同事还报告了支配果蝇扇形体的多巴胺能睡眠促进神经元会在电活性和电静息之间转换，这是睡眠需求的功能之一。

       第三项果蝇的研究是关于翅膀与歌声的。雄性果蝇靠振动翅膀而发出求偶歌声是果蝇求偶行为中的重要一环。求偶歌声的特点及其在不同果蝇种类间的差异已经得到了充分研究。现在，David Stern及同事发现，造成拟果蝇和毛里求斯果蝇这两种野生型果蝇求偶歌声存在自然差异的遗传变异，是因为slowpoke (slo) 位点插入了一个逆转录因子，该因子编码了一个Ca²⁺依赖的K⁺通道。

       虽然非损伤微测技术（Non-invasive Micro-test Technology, NMT）是通过识别特定离子/分子，即化学信号，实现对微观粒子流速的检测。然而，离子通道、神经电信号研究与NMT同样密不可分。不仅在研究指标上，K⁺、Ca²⁺可以实现直接检测，NMT更是在哺乳动物的神经研究上取得了诸多成果。研究发现，β-淀粉样肽破坏了神经元K⁺、Ca²⁺的动态平衡；从上述结论出发，又发现K+通道抑制剂可以缓解Cu(II)-Aβ的毒害作用；此外，发现金属硫蛋白螯合疗法可以缓解阿尔茨海默症大鼠神经元K⁺、Ca²⁺的失衡状态，提供了一种新的潜在治疗手段。

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       不添加/添加Aβ时，Glu处理神经元后，K⁺、Ca²⁺的流速变化幅度

       2016年2月中旬的《联想与创新》已经介绍了加拿大McMaster University学者利用NMT在昆虫研究上的最新研究。目前，NMT在昆虫领域中，蚊、果蝇、蟑螂等物种研究，均有研究成果发表，研究领域集中于消化生理、昆虫逆境等。

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       DAR和Non-DAR两类细胞质子流速的差异。DAR细胞质子显著外流。

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消化

• 一种新型的安全廉价减肥手术 150901

       二十世纪末，中国的网络还未普及之时，电视上科学类节目最高大上者莫过于Discovery探索频道。其中的一期减肥节目让人大开眼界，经过一台称为“胃旁路手术”的治疗，病人们少则减上数十斤，多者以百计，减肥效果着实令人乍舌，以至于十几年后笔者对“胃旁路”这三个字的记忆依旧清晰。直至后来接触到医学，找到了这“神奇”背后的答案，在惊讶于人们在临床上的想象力之时，也对它所带来的副作用为患者们捏了把汗。

胃旁路手术、胃切除术是常见的临床减肥术，适用于严重肥胖患者，减重效果明显，可以改善心脏病症状，缓解II型糖尿病。但手术操作复杂，费用较高，且术后存在缝合部泄漏、长期营养不良等风险，导致望而却步者甚多。

       数年前，国内已有学者利用旭月NMT进行消化系统的研究，发现了结肠响应恩他卡朋的机制与cAMP密切相关。近期，Nature Communications上的一项研究，提供了一种新型的安全廉价减肥手术。研究将肥胖小鼠的胆囊分别与小肠的各个部分相连接发现，胆汁流向小肠末端部分（回肠）的肥胖小鼠其体重降幅可以与上述的传统减肥手术相媲美。相比于传统减肥手术，这一治疗方法不仅在技术要求上更为简单，而且作为微创手术，术后的并发症风险大大降低。研究者认为，产生这一效果的原因可能与小肠减少对脂质的吸收以及肠道微生物群的改变有关。

       

       近年来，随着手术机器人技术的成熟，传统减肥手术也趋于微创化，下面是著名的达芬奇手术机器人演示的一次全胃切除手术。

       [1] Xu J, et al. Emodin induces chloride secretion in rat distal colonthrough activation of mast cells and enteric neurons. Br J Pharmacol. 2012,165(1): 197-207.（大鼠结肠粘膜）

       [2] Li L, et al. Effect of entacapone on colon motility and ion transport ina rat model of Parkinson's disease. World J Gastroenterol. 2015, 21(12):3509-3518.（大鼠结肠粘膜）

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• 旭月NMT、肠道细菌及神经退行性疾病 161205

       12月1日，Cell刊登的来自加州理工学院学者的一项研究成果显示，肠道微生物能促进帕金森病小鼠模型中神经炎症的发生，诱导运动功能障碍。斯坦福大学医学院学者表示，“这真是第一次发现肠道微生物不仅能促进神经退行性疾病，而且还在这些疾病的发生过程中扮演了关键角色。”

       许多帕金森病患者都会出现消化道方面的症状，如在神经症状出现之前很多年就有便秘的情况。科学家们也发现了患者肠道微生物组成与健康对照肠道微生物组成之间的差异。研究组采用了过表达人体α-突触核蛋白（帕金森病标志性蛋白）的转基因小鼠作为疾病模型。当模型小鼠在无菌或抗生素治疗的时候，相比于存在肠道微生物的小鼠，具有更好的运动机能，粪便排出量保持一定，而且它们的大脑中出现更少的α-突触核蛋白，帕金森病症状和脑病理学情况能有所下降。

       

       图1（图片来源：医学科普）

       此外，具有典型微生物的转基因小鼠大脑中会出现炎症，而这在无菌转基因小鼠中是不会有的。但研究人员喂食无菌转基因小鼠短链脂肪酸（微生物代谢产物）后，炎症便会出现，且α-突触核蛋白聚集，运动功能失序。由此推测在这种疾病与肠道微生物短链脂肪酸的生成之间具有重要的关联。

       数年前，国内已有学者利用旭月NMT对帕金森症与消化道疾病间的联系进行过研究，尤其是针对恩他卡朋（帕金森症治疗药物）在肠道中引起的消化道生理功能改变情况，发现恩他卡朋诱导了帕金森大鼠结肠粘膜中cAMP依赖的Cl^-外流。

       

       图2 恩他卡朋处理结肠粘膜后导致其Cl^-外排增强，加入Cl^-通道抑制、Na⁺-K⁺-2Cl^-共转运抑制剂，引起Cl^-外排减弱。

       除了帕金森症外，旭月NMT在其它神经退行性疾病的研究上，如阿尔兹海默症，获得了诸多生理学结论。前期的研究显示，β-淀粉样肽作为AD最主要的致病物质之一，其致病机理与细胞的Ca²⁺、K+信号直接相关（Disterboft JF, et al. Ann NY Acad sci, 1989, 747: 1-8.）。NMT在AD的发病机理以及治疗思路上的研究结果表明，β-淀粉样肽扰乱了神经元Ca²⁺、K⁺的流速平衡，破坏了离子流速稳态，而更加全面深入的分离子流速机制却鲜有涉足。目前，国内学者利用NMT在神经领域的研究已开始从细胞水平深入至组织水平。

       

       图3 不添加/添加Aβ时，Glu处理神经元后，K⁺、Ca²⁺的流速变化。负值表示外排。

       旭月NMT不仅在神经退行性疾病的基础理论研究上开辟出新途径，同时还直接参与到北京市民政局领导的失智项目当中，推动民生事业的发展。无论是基础研究，还是生产生活应用，旭月公司期待与您的合作。

       参考文献：

       [1] Xu J, et al. Emodin induces chloride secretion in rat distal colon through activation of mast cells and enteric neurons. Br J Pharmacol. 2012, 165(1): 197-207.（大鼠结肠粘膜）

       [2] Li L, et al. Effect of entacapone on colon motility and ion transport in a rat model of Parkinson's disease. World J Gastroenterol. 2015, 21(12): 3509-3518.（大鼠结肠粘膜）

       [3] Roger S, et al. The Native Copper- and Zinc- Binding Protein Metallothionein Blocks Copper-Mediated Aβ Aggregation and Toxicity in Rat Cortical Neurons. Plos One, 2010, 5(8): 1-11.

       [4] Lana S, et al. Prolonged Aβ treatment leads to impairment in the ability of primary cortical neurons to maintain K⁺ and Ca²⁺ homeostasis. Mol Neurodegener, 2010,5: 30.

       [5] T.R. Sampson, et al. Gut microbiota regulate motor deficits and neuroinflammation in a model of Parkinson’s disease. Cell, doi:10.1016/j.cell.2016.11.018, 2016.

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代谢疾病

• 糖尿病最新研究成果 161128

       据统计，中国拥有最多的糖尿病人群，且在逐年大幅增加。然而，目前有关胰岛素抵抗以及糖尿病的发病机制尚未阐明。

       本月初，中国医学科学院药物研究所李平平团队在Cell发表了糖尿病研究最新成果。半乳糖苷凝集素Galectin-3（Gal3）作为巨噬细胞分泌的炎性因子，与胰岛素受体结合并干扰其信号通路，直接导致胰岛素抵抗。这项研究提出了慢性炎症导致胰岛素抵抗的新机制，加深了对炎症致胰岛素抵抗理论的认识。此外，研究结果表明Gal3在肥胖病人中可直接诱发胰岛素抵抗，具有一定的临床意义。鉴于Gal3导致胰岛素抵抗这一发现，李平平团队进而研究了抑制Gal3对胰岛素抵抗的改善作用。无论基因敲除Gal3还是给予Gal3抑制剂都能明显改善肥胖小鼠的胰岛素抵抗，提示Gal3可作为治疗胰岛素抵抗和糖尿病的有效药靶。

       

       在离子/分子流速研究领域，最早被学者利用非损伤微测技术（NMT）进行研究的代谢疾病便是糖尿病。2012年，旭月研究院同国内学者合作，使用患有糖尿病的KK-Ay小鼠和正常的C57BL/6J小鼠的胰腺β细胞研究发现，葡萄糖诱导正常胰腺β细胞的Ca²⁺内流增加，但是KK-Ay的Ca²⁺并没有发生明显变化，加入genipin后，能够恢复KK-Ay小鼠胰腺β细胞的Ca²⁺内流，表明缺失线粒体功能是改变Ca²⁺内流导致的胰岛素分泌异常的重要因素。

       

       图2 胰岛细胞检测示意图

       除了细胞外，NMT研究者还以小鼠胚胎作为研究对象，发现母体糖尿病导致胚胎的氧代谢偏弱，可以诱发胚胎神经管缺陷。

       

       图3 注射生理盐水和谷氨酸母鼠胚胎的O₂流速

       胰岛组织（Islet）是非常适合用于离子/分子流测定的材料，具有稳定而明显的Ca²⁺、H⁺和K⁺流动。NMT为研究糖尿病的机理提供了重要的活体检测手段。

       参考文献：

       [1] Li P., et al. Hematopoietic-Derived Galectin-3 Causes Cellular and Systemic Insulin Resistance. Cell 167(4):973-984.

       [2] Li F, et al. Abnormal mitochondrial function impairs calcium influx in diabetic mouse pancreatic beta cells. Chinese Med J-Peking, 2012, 125(3): 502 - 510.

       [3] Li R., et al. Hypoxic stress in diabetic pregnancy contributes to impaired embryo gene expression and defective development by inducing oxidative stress. Am J Physiol-Endoc M, 2005, 289(4): E591-E599.

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• 糖尿病“缘”起 160808

       8月4日，Nature（doi 10.1038/nature18642）刊登了一项由22个国家的300多名科学家，对世界各地12万人的DNA的2型糖尿病基因及变体进行了精确定位，获得了影响2型糖尿病风险的基因变体数量和性状更完整的图景。此次研究相较于以往研究，其研究对象的祖先不仅只起源于欧洲，还大量涉及美洲、非洲、南亚和东亚。

       400px

       基因差异是否影响类似如糖尿病等常见疾病的易患倾向？这些基因差异是人类群体中所共享的还是具有个人或家族差异？研究结果表明，常见的、在人群中共享的变体可以解释大部分2型糖尿病的遗传风险。也就是说：大多数人都有患2型糖尿病的风险。

       此外，研究人员还鉴定了一种新的特定东亚人种的变体——PAX4，它只出现在东亚的韩国、中国、新加坡等地区。

       早在2005年，科研人员已经利用非损伤微测技术（NMT），发现了2型糖尿病的可能靶标——UCP3（Diabetes. 2005, 54(8): 2343-50.）。NMT在糖尿病药物研发上，具有可观的前景。它可以通过检测糖尿病相关组织细胞对不同药物的分子、离子流速反应来快速鉴别药物药效，能够有效缩短药物研发周期，降低药物筛选成本。国内学者利用扬格/旭月非损伤微测系统研究也发现，小鼠胰腺β细胞的线粒体功能缺失导致的Ca²⁺由胞外进入胞内这一流动的改变，是胰岛素分泌异常的一个关键因素。

       400px

       胰岛细胞检测示意图

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骨骼

• 竞技体育人种优势的颠覆 150804

       上周日晚，游泳队的孙杨完成了自由泳“四金”版图上的第一金，而在同一时间，国足依旧延续“恐韩症”，网络上“键盘党”们的热捧与唾骂，更是让人唏嘘。

       游泳作为我国的非优势项目，能够战胜欧美人，的确值得骄傲，就如当初刘翔在黑种人的包围下异军突起一般。而国足几十年来在对阵同为亚洲对手的韩国队，一输再输，确是叫人抬不起头。黄种人与白人、黑人在身低素质上存在着客观差距，前者精于技巧，后两者擅长速度与力量。正是因为孙杨、刘翔在身体素质高出黄种人一筹的白人、黑人中博得一席之地，才吸引了无以计数的目光。

       

NMT潜在创新应用：

       据报道，黑人的骨骼较其他人种普遍要长，尤其是臂展。在肌肉方面，黑人以白肌为主，爆发力强，白人以红肌为主，主攻耐力与对抗。同时，黑人的脚内肌肉强度远高于其他人种，脚跟腱长度也颇具优势。

       NMT由于广泛地适用于各尺寸样品，特别是可直接检测组织，因而在医学、植物学、动物学等领域大放异彩。目前，NMT在肌肉组织的研究中，揭示了大脑动脉Cl^-流速和肌原反应的关系、乙酰胆碱受体复合物通过改变平滑肌Ca²⁺流速从而影响其收缩性等一系列生理机制。此外，NMT还在小鼠跖骨的研究中发现骨骼是Ca²⁺交换的器官。可以看出，NMT已逐步将离体的细胞研究越来越多的引入活体组织研究，这也必将诞生更多的生物学新机制。

       [1] Joanne M, et al. Measurement of chloride flux associated with the myogenicresponse in rat cerebral arteries. Journal of Physiology, 2001,534(3): 753–761.

       [2] Leah C, et al. Muscarinic acetylcholine receptor compounds alter net Ca2+flux and contractility in an invertebrate smooth muscle. InvertebrateNeuroscience, 2003, 5(1): 9-17.

       [3] Marenzana M, et al. Bone as an ion exchange organEvidence for instantaneous cell-dependent calcium efflux from bone not due toresorption. Bone. 2005, 37(4): 545-554.

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伤口愈合

• 离子流调控下的细胞迁移 161107

       今年五月，广西师范大学的梁宏、杨峰同芝加哥大学的一项合作成果揭示，Src/FAK介导的AFC7磷酸化对于ACF7在粘合斑处结合F-action及协调的细胞骨架动力学至关重要。这一研究发现发布在Nature Communications上（DOI: 10.1038/ncomms11692）。

       为了探究潜在的机制，在这篇文章中研究人员解析了ACF7的NT结构域的晶体结构，这一结构域介导了F-actin互作。结构分析结果促使鉴别出了ACF7 CH结构域中的一个关键酪氨酸残基，Src/FAK复合物介导这一酪氨酸残基磷酸化对于ACF7结合F-actin至关重要。利用皮肤表皮作为模型系统，他们进一步证实ACF磷酸化在粘着斑动态和体内外表皮迁移中起着不可或缺的作用。

       

       细胞迁移是一个复杂精密的过程，包括片状伪足的伸出、粘着斑的形成、尾部粘着斑的解聚，调控或改变迁移过程中的任一环节对细胞的迁移会造成很大的影响。调节性细胞容积减小（RVD）的作用对细胞迁移至关重要，低渗环境下，细胞发生肿胀，在RVD的作用下，细胞体积恢复正常。传统理论认为这一过程中，K⁺、Cl^-协同外排，同时带走胞内水分，使细胞恢复正常体积。

       

       图注：RVD过程中，胞外pH值调控细胞内外K⁺的流动。

       暨南大学王立伟老师利用非损伤微测系统研究离子流速后发现，K⁺外流只参与了RVD最开始的一段过程，随着胞内H⁺外流至细胞外表面导致K⁺通道关闭后，H⁺的外流代替了K⁺的外流，证明了在RVD过程中，K⁺与Cl^-的外排是相对独立的，推翻了原有结论。

       

       旭月公司顾问、加州大学教授赵敏，在对内生伤口愈合过程的研究时发现有电流的产生，利用非损伤微测系统检测发现，这一电流的产生与伤口组织Na⁺、K⁺、Cl^-的内外流动相关。

       参考文献：

       [1] Yang LJ, et al. Uncoupling of K⁺ and Cl^- transport across the cell membrane in the process of regulatory volume decrease. Biochemical Pharmacology, 2012, 84 (3): 292 - 302.

       [2] Brian Reid, et al. Ion-selective self-referencing probes for measuring specific ion flux. Communicative integrative biology, 2011, 4（5）: 524 - 527.

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模式动物

• 旭月公司技术顾问林豊益教授连续发表斑马鱼泌酸过程的调控机制研究成果 160222

       2015年5月至8月期间，旭月公司NMT（非损伤微测技术）顾问、国立台湾师范大学林豊益教授分别在国际期刊International Journal of Biological Science与PLoS ONE上连续发表有关斑马鱼离子调控细胞泌酸过程的调控机制研究。

       AQP1是哺乳动物细胞上的H2O、CO2的通道。AQP1a.1存在于胚胎离子调控细胞中，但其在离子调控细胞中的作用并不明确。研究以斑马鱼胚胎为材料，Qpcr结果显示，胚胎暴露在1% CO₂中可诱导AQP1a.1的表达。原位杂交及免疫组化显示，AQP1a.1在泌酸离子调控细胞如富含H+-ATPase的细胞（HR细胞）中，表达水平较高。利用NMT直接检测斑马鱼胚胎发现，1% CO2瞬时刺激后，引起HR细胞H+外排速率上升，敲除AQP1a.1后，HR细胞H⁺的外排受到抑制。这一研究利用NMT的活体检测优势，为AQP1通过促进CO₂的转运从而调控动物胚胎泌酸这一结论提供了活体证据。

       另一篇研究中，以斑马鱼幼体作为研究对象，利用NMT、基因敲除等技术展示急性酸中毒过程中PEPCK（磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶）的诱导及其在V-ATPase表达的离子调控细胞泌酸过程中的作用。哺乳动物体内，虽然葡萄糖被认为是驱动V-ATPase的重要能量来源，但糖异生作用中的关键酶PEPCK（一种在酸中毒过程中能被激活的酶），其激活过程与泌酸的关系尚不明确。

       酸胁迫下，斑马鱼幼体V-ATPase介导的H+外排速率以及Pck1（PEPCK相关基因）表达增加。敲除Pck1后，V-ATPase介导的H⁺外排速率降低，但这一过程为葡萄糖的介入所缓解。结合氨基酸含量以及酶的表达结果表明，细胞水平上V-ATPase介导的H⁺外排速率增加印证了酸诱导的PEPCK为酸介导的自体稳态提供了葡萄糖这一结论，而NMT为这一结论的发现提供了活体证据。

       

       图注：HR细胞、角质细胞的H⁺流速结果。正值表示外排。

       林豊益教授近年来屡次在国际期刊上发表斑马鱼泌氢、排氨等机制研究，这正是利用了NMT活体测量、可测指标丰富等优势。目前，NMT已成为该方向研究的必备利器。

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• 糖尿病“缘”起 160808

       8月4日，Nature（doi 10.1038/nature18642）刊登了一项由22个国家的300多名科学家，对世界各地12万人的DNA的2型糖尿病基因及变体进行了精确定位，获得了影响2型糖尿病风险的基因变体数量和性状更完整的图景。此次研究相较于以往研究，其研究对象的祖先不仅只起源于欧洲，还大量涉及美洲、非洲、南亚和东亚。

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       基因差异是否影响类似如糖尿病等常见疾病的易患倾向？这些基因差异是人类群体中所共享的还是具有个人或家族差异？研究结果表明，常见的、在人群中共享的变体可以解释大部分2型糖尿病的遗传风险。也就是说：大多数人都有患2型糖尿病的风险。

       此外，研究人员还鉴定了一种新的特定东亚人种的变体——PAX4，它只出现在东亚的韩国、中国、新加坡等地区。

       早在2005年，科研人员已经利用非损伤微测技术（NMT），发现了2型糖尿病的可能靶标——UCP3（Diabetes. 2005, 54(8): 2343-50.）。NMT在糖尿病药物研发上，具有可观的前景。它可以通过检测糖尿病相关组织细胞对不同药物的分子、离子流速反应来快速鉴别药物药效，能够有效缩短药物研发周期，降低药物筛选成本。国内学者利用扬格/旭月非损伤微测系统研究也发现，小鼠胰腺β细胞的线粒体功能缺失导致的Ca²⁺由胞外进入胞内这一流动的改变，是胰岛素分泌异常的一个关键因素。

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       胰岛细胞检测示意图

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• 自作聪明的鱼 160829

       在睛斑扁隆头鱼中，会仔细照顾后代和筑巢的雄性受到雌性的特别青睐。然而，雄鱼中也有一些“滑头鱼”，它们既不照顾后代，自己也不求偶，而是会在雌鱼和筑巢的雄鱼交配时悄悄凑过去，试图通过释放大量精子来给一部分卵受精。

       这是上周发表于Nature Communications（doi: 10.1038/ncomms12452）的一篇研究论文。但是，“滑头鱼”仅仅是自作聪明罢了。即使在水中，雌鱼也能影响哪条雄鱼为它们的卵受精。而在此前，人们一直认为只有体内受精的物种才能实施配偶选择。

       研究显示，睛斑扁隆头雌鱼能分泌一种包裹住卵的卵巢液，以控制卵被哪些精子受精。这种卵巢液能提升精子的速度，增加精子向卵运动的精确度。这降低了精子数量的重要性，而让精子的速度更加重要。因此，卵巢液提升了筑巢雄鱼的优势：它们的精子移动速度更快、移动方向更精确。

       

       图注：呆头黑鱼胚胎检测实时截图

       早在2000年，已有国外研究者利用非损伤微测技术（NMT）研究虹鳟膀胱的离子交换。目前，鱼类研究的对象主要有青鳉鱼、鲶鱼、罗非鱼、呆头黑鱼。旭月研究院顾问、国立台湾师范大学的林豊益教授，长期利用NMT从事鱼类生理学研究，发现青鳉幼鱼线粒体富集细胞吸收NH₄⁺依赖于Na⁺的吸收（Am J Physiol-Cell Ph, 2010, 298(2): C237-50.），并在近期发表了斑马鱼泌酸过程的调控机制研究成果。此外，旭月研究院顾问、普渡大学的Porterfield教授，利用NMT检测了呆头黑鱼胚胎，发现鱼胚胎耗氧流速可作为环境监测的指标。

       

       图注：青鳉鱼表皮Na⁺、NH₄⁺流速。正值表示外排，负值表示吸收

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• 翅膀与歌声 160905

       8月中旬，Nature（536, 7616）连续刊登了三项关于果蝇(Drosophila)的研究。

       果蝇的一些特定的昼夜节律神经元能促进运动活动的昼夜高峰，这些神经元的活动以24小时为周期，但它们在睡眠控制方面的作用尚不明确。现在，研究发现了一种叫做DN1s的背生物钟神经元，它们作为睡眠促进细胞，与起搏神经元共同参与了驱动午休和夜晚睡眠的反馈回路。此外，DN1神经元活动在两性间存在差异，且会对温度作出反应，与上述因素影响白昼睡眠的效应一致。在本期《自然》中，Gero Miesenböck及同事还报告了支配果蝇扇形体的多巴胺能睡眠促进神经元会在电活性和电静息之间转换，这是睡眠需求的功能之一。

       第三项果蝇的研究是关于翅膀与歌声的。雄性果蝇靠振动翅膀而发出求偶歌声是果蝇求偶行为中的重要一环。求偶歌声的特点及其在不同果蝇种类间的差异已经得到了充分研究。现在，David Stern及同事发现，造成拟果蝇和毛里求斯果蝇这两种野生型果蝇求偶歌声存在自然差异的遗传变异，是因为slowpoke (slo) 位点插入了一个逆转录因子，该因子编码了一个Ca²⁺依赖的K⁺通道。

       虽然非损伤微测技术（Non-invasive Micro-test Technology, NMT）是通过识别特定离子/分子，即化学信号，实现对微观粒子流速的检测。然而，离子通道、神经电信号研究与NMT同样密不可分。不仅在研究指标上，K⁺、Ca²⁺可以实现直接检测，NMT更是在哺乳动物的神经研究上取得了诸多成果。研究发现，β-淀粉样肽破坏了神经元K⁺、Ca²⁺的动态平衡；从上述结论出发，又发现K+通道抑制剂可以缓解Cu(II)-Aβ的毒害作用；此外，发现金属硫蛋白螯合疗法可以缓解阿尔茨海默症大鼠神经元K⁺、Ca²⁺的失衡状态，提供了一种新的潜在治疗手段。

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       不添加/添加Aβ时，Glu处理神经元后，K⁺、Ca²⁺的流速变化幅度

       2016年2月中旬的《联想与创新》已经介绍了加拿大McMaster University学者利用NMT在昆虫研究上的最新研究。目前，NMT在昆虫领域中，蚊、果蝇、蟑螂等物种研究，均有研究成果发表，研究领域集中于消化生理、昆虫逆境等。

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       DAR和Non-DAR两类细胞质子流速的差异。DAR细胞质子显著外流。

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• 糖尿病最新研究成果 161128

       据统计，中国拥有最多的糖尿病人群，且在逐年大幅增加。然而，目前有关胰岛素抵抗以及糖尿病的发病机制尚未阐明。

       本月初，中国医学科学院药物研究所李平平团队在Cell发表了糖尿病研究最新成果。半乳糖苷凝集素Galectin-3（Gal3）作为巨噬细胞分泌的炎性因子，与胰岛素受体结合并干扰其信号通路，直接导致胰岛素抵抗。这项研究提出了慢性炎症导致胰岛素抵抗的新机制，加深了对炎症致胰岛素抵抗理论的认识。此外，研究结果表明Gal3在肥胖病人中可直接诱发胰岛素抵抗，具有一定的临床意义。鉴于Gal3导致胰岛素抵抗这一发现，李平平团队进而研究了抑制Gal3对胰岛素抵抗的改善作用。无论基因敲除Gal3还是给予Gal3抑制剂都能明显改善肥胖小鼠的胰岛素抵抗，提示Gal3可作为治疗胰岛素抵抗和糖尿病的有效药靶。

       

       在离子/分子流速研究领域，最早被学者利用非损伤微测技术（NMT）进行研究的代谢疾病便是糖尿病。2012年，旭月研究院同国内学者合作，使用患有糖尿病的KK-Ay小鼠和正常的C57BL/6J小鼠的胰腺β细胞研究发现，葡萄糖诱导正常胰腺β细胞的Ca²⁺内流增加，但是KK-Ay的Ca²⁺并没有发生明显变化，加入genipin后，能够恢复KK-Ay小鼠胰腺β细胞的Ca²⁺内流，表明缺失线粒体功能是改变Ca²⁺内流导致的胰岛素分泌异常的重要因素。

       

       图2 胰岛细胞检测示意图

       除了细胞外，NMT研究者还以小鼠胚胎作为研究对象，发现母体糖尿病导致胚胎的氧代谢偏弱，可以诱发胚胎神经管缺陷。

       [[File:161128-3.jpg|400px

       图3 注射生理盐水和谷氨酸母鼠胚胎的O₂流速

       胰岛组织（Islet）是非常适合用于离子/分子流测定的材料，具有稳定而明显的Ca²⁺、H⁺和K⁺流动。NMT为研究糖尿病的机理提供了重要的活体检测手段。

       参考文献：

       [1] Li P., et al. Hematopoietic-Derived Galectin-3 Causes Cellular and Systemic Insulin Resistance. Cell 167(4):973-984.

       [2] Li F, et al. Abnormal mitochondrial function impairs calcium influx in diabetic mouse pancreatic beta cells. Chinese Med J-Peking, 2012, 125(3): 502 - 510.

       [3] Li R., et al. Hypoxic stress in diabetic pregnancy contributes to impaired embryo gene expression and defective development by inducing oxidative stress. Am J Physiol-Endoc M, 2005, 289(4): E591-E599.

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• 旭月NMT、肠道细菌及神经退行性疾病 161205

       12月1日，Cell刊登的来自加州理工学院学者的一项研究成果显示，肠道微生物能促进帕金森病小鼠模型中神经炎症的发生，诱导运动功能障碍。斯坦福大学医学院学者表示，“这真是第一次发现肠道微生物不仅能促进神经退行性疾病，而且还在这些疾病的发生过程中扮演了关键角色。”

       许多帕金森病患者都会出现消化道方面的症状，如在神经症状出现之前很多年就有便秘的情况。科学家们也发现了患者肠道微生物组成与健康对照肠道微生物组成之间的差异。研究组采用了过表达人体α-突触核蛋白（帕金森病标志性蛋白）的转基因小鼠作为疾病模型。当模型小鼠在无菌或抗生素治疗的时候，相比于存在肠道微生物的小鼠，具有更好的运动机能，粪便排出量保持一定，而且它们的大脑中出现更少的α-突触核蛋白，帕金森病症状和脑病理学情况能有所下降。

       

       图1（图片来源：医学科普）

       此外，具有典型微生物的转基因小鼠大脑中会出现炎症，而这在无菌转基因小鼠中是不会有的。但研究人员喂食无菌转基因小鼠短链脂肪酸（微生物代谢产物）后，炎症便会出现，且α-突触核蛋白聚集，运动功能失序。由此推测在这种疾病与肠道微生物短链脂肪酸的生成之间具有重要的关联。

       数年前，国内已有学者利用旭月NMT对帕金森症与消化道疾病间的联系进行过研究，尤其是针对恩他卡朋（帕金森症治疗药物）在肠道中引起的消化道生理功能改变情况，发现恩他卡朋诱导了帕金森大鼠结肠粘膜中cAMP依赖的Cl^-外流。

       

       图2 恩他卡朋处理结肠粘膜后导致其Cl^-外排增强，加入Cl^-通道抑制、Na⁺-K⁺-2Cl^-共转运抑制剂，引起Cl^-外排减弱。

       除了帕金森症外，旭月NMT在其它神经退行性疾病的研究上，如阿尔兹海默症，获得了诸多生理学结论。前期的研究显示，β-淀粉样肽作为AD最主要的致病物质之一，其致病机理与细胞的Ca²⁺、K+信号直接相关（Disterboft JF, et al. Ann NY Acad sci, 1989, 747: 1-8.）。NMT在AD的发病机理以及治疗思路上的研究结果表明，β-淀粉样肽扰乱了神经元Ca²⁺、K⁺的流速平衡，破坏了离子流速稳态，而更加全面深入的分离子流速机制却鲜有涉足。目前，国内学者利用NMT在神经领域的研究已开始从细胞水平深入至组织水平。

       

       图3 不添加/添加Aβ时，Glu处理神经元后，K⁺、Ca²⁺的流速变化。负值表示外排。

       旭月NMT不仅在神经退行性疾病的基础理论研究上开辟出新途径，同时还直接参与到北京市民政局领导的失智项目当中，推动民生事业的发展。无论是基础研究，还是生产生活应用，旭月公司期待与您的合作。

       参考文献：

       [1] Xu J, et al. Emodin induces chloride secretion in rat distal colon through activation of mast cells and enteric neurons. Br J Pharmacol. 2012, 165(1): 197-207.（大鼠结肠粘膜）

       [2] Li L, et al. Effect of entacapone on colon motility and ion transport in a rat model of Parkinson's disease. World J Gastroenterol. 2015, 21(12): 3509-3518.（大鼠结肠粘膜）

       [3] Roger S, et al. The Native Copper- and Zinc- Binding Protein Metallothionein Blocks Copper-Mediated Aβ Aggregation and Toxicity in Rat Cortical Neurons. Plos One, 2010, 5(8): 1-11.

       [4] Lana S, et al. Prolonged Aβ treatment leads to impairment in the ability of primary cortical neurons to maintain K⁺ and Ca²⁺ homeostasis. Mol Neurodegener, 2010,5: 30.

       [5] T.R. Sampson, et al. Gut microbiota regulate motor deficits and neuroinflammation in a model of Parkinson’s disease. Cell, doi:10.1016/j.cell.2016.11.018, 2016.

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其它

• NMT-基因与功能的桥梁 151026

       2001年，人类基因组工作草图的发表标志着人类基因组计划的成功。截止目前，模式生物如拟南芥、大小鼠、斑马鱼，药用价值物种如灵芝、丹参、茯苓等，农作物与经济作物如水稻、玉米、大豆等，早已完成了全基因组测序。近期，CRISPR-Cas技术的兴起，更是让整个医学生理学领域的基因功能研究掀起又一轮的热潮，这一技术是继锌指核酸酶（ZFN）、ES细胞打靶和TALEN技术后可用于定点构建基因敲除大、小鼠动物的第四种方法。

       十月初，Nature上发表的两篇论文，报告了“1000个基因组项目”（The 1000 Genomes Project）的第三和最后一阶段成果。它现在包括来自26个全球人群的超过2500人的基因组数据，来自该项目组的这一主报告描述了所识别出的全部8800万个基因变异体的关键特征。归根结底，不论是动物还是植物，所有的基因研究最终需要落脚于功能鉴定。解决粮食产量、品质问题，克服人类疾病，提升人类生活品质是现阶段基因研究的主题。

       

       非损伤微测技术（NMT）作为基因与功能的桥梁，可将基因间的功能差异通过活体生物与外环境间的分离子交换速率直观地体现出来，尤其适用于调控膜蛋白表达基因研究上。目前，国内利用NMT收获的转基因研究成果占NMT科研总成果的64.2%，这其中逆境方向超八成。伴随全球变暖、耕地面积减小、水资源匮乏，冷热胁迫、盐碱胁迫、干旱胁迫成为NMT植物逆境研究的热门；借助精准化治疗理念的提出，NMT在临床疾病研究领域的成果已呈爆发趋势。随着深圳市某医院旭月非损伤微测系统的采购完成，旭月公司向着“做科研，服务科研，提高生活品质”的目标更进一步。

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