高中生物:生理中的正反馈和负反馈,关于体内稳态

人类生理上的正反馈指的是身体自动扩大身体对于刺激物的反应。它会加剧一个身体反应,直到某个目标被达成。

高中生物:生理中的正反馈和负反馈,关于体内稳态

让我们举一个生理上的例子。女性的分娩就是人类生理上正反馈的一个例子。分娩过程中,当婴儿的头向子宫颈推动,子宫颈内的神经会被刺激,从而神经发送给大脑一个信号。当大脑成功接收到这个信号,产妇的脑下垂体会分泌出一种荷尔蒙——催产素。催产素被释放到产妇的血流中,流向子宫。从而子宫可以大幅度的收缩,以便于胎儿可以安全又顺利的从阴道里产出。

这就是正反馈的作用。身体自动扩大对于刺激物的反应。如果缺少这种生理上的正反馈,将会导致无法成功刺激到催产素的释放,进而子宫收缩较小,影响到婴儿的娩出。这对于产妇和婴儿都是极其危险的。直到婴儿被娩出,正反馈的目标已达成,这种正反馈就会渐渐消失。反之,在分娩过程中,生理上的正反馈机制一直存在。

那么除了分娩这一个正反馈,你能否还能想出第二个生理上正反馈的例子呢?

高中生物:生理中的正反馈和负反馈,关于体内稳态

其实这一个正反馈总是被人们忽略——凝血。人类表皮受伤之后,血液会从破裂的毛细血管迸溅出来。我们的身体自动会发射信号给血小板,血小板聚集在伤口处,释放二磷酸腺苷,二磷酸腺苷则会吸引、诱导更多的血小板到达伤口处。以便达到快速愈合伤口的作用。在这里呢,正反馈的目标就是止血,不停诱导血小板而达到目标。

正反馈在凝血的例子中也起到很关键的作用。设想一下,如果没有这种“释放二磷酸腺苷,吸引更多的血小板”的正反馈,我们的伤口将愈合的慢,导致更多的血流出体外,影响身体健康。


说完了我们的正反馈,来谈谈人类生理上的负反馈。负反馈和正反馈是不同的,正反馈是扩大身体对于刺激物的反应,而负反馈是为了让身体遇到刺激后,恢复成正常机制。也就是说负反馈防止刺激物对于身体有任何改变。

高中生物:生理中的正反馈和负反馈,关于体内稳态

定义往往不好懂,我们来举一个生理上的例子。人类是恒温动物,正常情况下,人类的体温是维持在36°C — 37°C 之间,我们的体温不会因为外界因素的影响而变化太大。例如,如果一个人旅行途中要经过沙漠,那里非常热,温度大于40°,因为有负反馈机制的存在,我们的汗腺会开始分泌汗液,以达到降低身体温度的效果,从而让体温保持在36°C — 37°C之间。反之亦然,如果一个人在不穿保暖装备的情况下,在一个接近零度的室外,身体是会打哆嗦的。身上的肌肉会开始收缩,变得紧实,让身体产生少许的热量来维持正常体温。当然,温度过低或呆的时间过长,超出身体负反馈机制之后,身体会扛不住的。

高中生物:生理中的正反馈和负反馈,关于体内稳态

亲爱的读者们,你们是否可以想到另一个负反馈的例子?留言告诉我吧。

原创:砂茶q,转载需标明出处。关注砂茶q,每周获取一个简单易懂的生活or科学小知识。教科书太枯燥,让我用最直观的语言带你了解科学吧 ~

你可能没有在生物课上听到过的6个有趣的人体事实

即便是现在,对于我们来说,人体仍然充满着许多谜团,这些谜团有时无法解决,但科学家们依然为此而努力。例如,科学家发现,红头发的人麻醉剂的耐受性较低,今天,我们就要为你介绍生物课上可能没有提到过的6个有趣的人体事实。

1、胸部和臀部与骆驼驼峰存在一个相同的功能

你可能没有在生物课上听到过的6个有趣的人体事实

人类的乳房和臀部是很特别的,在其他灵长类动物中并不存在。原始人类是在东非大裂谷以东的干旱气候中进化而来的。有一种理论认为,女性的乳房可以与骆驼驼峰存在一些相似的用途。因为它们主要都是由脂肪组成的。因此,一旦人类陷入了饥饿的境地,身体就可以从那里获得营养。女性特有的脂肪储存(胸部、臀部和大腿)是生育能力的先决条件,因为它们是女性的特征,是生育能力的信号,所以它们被用作性引诱剂。

2、有些人可以控制耳朵的肌肉

你可能没有在生物课上听到过的6个有趣的人体事实

虽然我们通常能够控制骨骼肌肉组织,但至少有一个骨骼肌肉组织是我们无法掌控的。在中耳中有鼓膜张肌,大多数的人都没有办法收缩它。但是,有些人可以控制位于耳朵深处的嘎嘎作响的肌肉,该肌肉负责鼓膜的张力。当一个人使这种肌肉运动时,他听到的声音就像雷声一样。

3、天生红发的人对麻醉剂的耐受性较低

你可能没有在生物课上听到过的6个有趣的人体事实

红色是最罕见的发色,世界上只有不到2%的人拥有这种颜色的头发。科学家们发现,红头发的人对麻醉剂的耐受性较低:在治疗过程中,他们平均需要增加20%的麻醉剂量。但他们可能对电击、针刺和皮肤刺痛不那么敏感。此外,红头发的人不会变灰色:随着时间的推移,颜色的亮度会逐渐消失,头发会变白,但没有黄色或灰色的痕迹。

4、胸部大小是男性评价女性的重要指标

你可能没有在生物课上听到过的6个有趣的人体事实

就诸如胸部大小和腰臀比这类身体特征来看,它们均是人类男性评估女性吸引力的重要特征。男性之所以会注意这些特征,是因为它们是生育力和健康的标志。例如,胸围的大小表明女性准备成为母亲:乳腺越大,怀孕的机会就越大。此外,胸部突出和腰部狭窄的所有者的这种可能性也会增加。在这种女士体内,女性荷尔蒙水平较高。

5、人体是会发光了

你可能没有在生物课上听到过的6个有趣的人体事实

事实上,人类天生就能够在黑暗中发出光亮,就像萤火虫一样。但是因为辐射的强度太低了,我们的肉眼看不见。但是,日本的科学家们使用特殊的仪器监测到了这一切。

6、早期欧洲很多人患有肥胖症

你可能没有在生物课上听到过的6个有趣的人体事实

在欧洲的原始社会中,有相当多的人患有肥胖症,从而导致臀部脂肪含量很高。这种现象仍然存在,但通常发生在南非地区。

另一方面,在智人的大多数遗传变异中,女性比男性更倾向于在臀部区域积累脂肪组织。这是因为女性的身体应该适应高温,需要大量的脂肪来孕育婴儿。

种植樱桃生物学特性,高产优质栽培管理技术,一起看看吧

随着农业产业结构的调整,樱桃种植面积越来越大,江苏省连云港市中国樱桃和西洋樱桃发展面积近万亩,提高樱桃产量和品质,对于农民增收、农业增效具有极其重要的意义。本文对樱桃生物学特性及高产优质栽培技术进行了深入介绍。

1樱桃生物学特性

1.1发芽和开花

春季日平均温度达10度左右时,花芽开始萌动,达到15度左右开始开花,花期7~14d。中国樱桃比欧洲甜樱桃开花早25天左右,花期易遇晚霜危害。

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1.2新梢座长

樱桃的新梢在芽萌动后立即有一个短促的生长期,长成6~7片叶,成为6~8cm长的叶簇新梢。开花期间新梢生长缓慢,甚至完全停止生长。谢花后,又与果实第一次速长的同时进入速长期;果实进入硬核期之后新梢继续缓慢生长。果实采收后,新梢又有一个10d左右的速长期,以后停止生长。进入雨季后新梢还会生长。

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1.3果实发育

樱桃果实生长发育期较短,中国樱桃从开花到果实成熟为40-50d,西洋樱桃晚12-18d。果实发育可分为3个阶段:第一阶段自坐果到硬核前,为果实膨大期,约20d,果实迅速膨大;第二阶段为硬核期,约10-15d,果核木质化;第三阶段果实着色期,果实第二次迅速膨大并开始着色,约15d。1.4花芽分化一般在采果后10d左右樱桃树便大量分化花芽,整个分化期约40-45d。分化时间的早晚与果枝类型、树龄、品种等有关。花束状结果枝和短果枝比长果枝和混合枝早,成龄树比生长旺盛的幼树早,早熟品种比晚熟品种早。根据樱桃花芽分化的特点,要求在采果后及时施肥灌水,为花芽分化提供物质保证。若放松肥水管理,则减少花芽分化量,降低花芽质量。

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1.5落叶和休眠

樱桃正常落叶在11月中下旬初霜以后开始。落叶之后便进入休眠期。

2樱桃生长结果习性

2.1芽的类型和特性

樱桃的芽有花芽和叶芽两类。顶芽一般都是叶芽,侧芽有叶芽,也有花芽。幼树和旺树上的侧芽多为叶芽;成龄树生长中庸或偏弱枝上的侧芽多为花芽。一般中、短果枝的下部5~10个芽多为花芽,上部侧芽多为叶芽。叶芽抽生新梢,用以扩大树冠或转化成结果枝增加结果部位。花芽是纯花芽,只能开花结果,不能抽播展叶。樱桃的侧芽都是单芽。樱桃的萌芽力较强,中果樱桃和酸樱桃成枝力较强;甜樱桃成枝力较弱,一般在剪口下抽生3~5个中、长发育枝,其余的芽抽生短枝或叶丛枝,基部极少数芽不萌发而变成潜伏芽(隐芽)。樱桃幼龄期萌芽力和成枝力均较强,进入结果期后逐渐减弱,盛果期后的老树往往抽不出中、长发育枝。甜樱桃的芽更有生长季萌芽力较高,但成枝力较弱的特点。在盛花后,当新梢长至10-15cm时摘心,摘心部位以下仅抽生1~2个中、短枝,其余的芽则抽生叶丛枝,在营养条件较好的情况下,这些叶丛枝当年可形成花芽。利用这一习性,通过夏季摘心来控制树冠,调整枝类组成,培养结果枝组。

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2.2枝条的种类和特性

樱桃的枝按其长短和特点分为花束状果枝、短果枝、中果枝、长果枝和混合枝5种类型。

2.2.1花束状

果枝长度2~4cm,节间短,数芽簇生,除顶芽为叶芽外,侧芽均为花芽。这类枝是樱桃进入盛果期以后最主要的结果枝类型,花芽质量好,坐果率高,连续结果能力强。但若树体出现上强下弱或枝条密集通风透光不良时,内膛及树冠下部的花束状果枝就易枯死,造成结果部位外移。

2.2.2短果枝

长度一般5~8cm,除顶芽为叶芽外,侧芽均为花芽。短果枝一般着生在2年生枝的中下部,数量较多,花芽质量高,坐果率高,果实品质好,是樱桃结果的重要枝类。

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2.2.3中果枝

长度为9~15cm,除顶芽为叶芽夕卜,侧芽均为花芽。中果枝一般着生在2年生枝的中上部,数量较少。

2.2.4长果枝

一般长度为15~20cm,除顶芽及其邻近几个侧芽为叶芽外,其余侧芽均为花芽。结果以后,中下部光秃,只有叶芽部分继续抽生不同长度的果枝。一般长果枝在初果期的幼树上占的比例较大,进入盛果期后,长果枝的比例大减。

2.2.5混合枝

营养枝转化而来的,枝条基部的3~5个侧芽为花芽,其余均为叶芽,能发枝长叶,也能开花结果,具有开花结果和扩大树冠的双重功能,但这种枝条上的花芽质量一般较差,坐果率也低。

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2.3樱桃授粉

中国樱桃自花授粉结实率很高,不需配置授粉品种。而西洋樱桃的大多数品种自花不实现象明显,若单栽一个品种或混栽几个花粉不亲和的品种,往往只开花不结实。虽建立西洋樱桃园时要特别注意搭配有花粉亲和力的授粉品种,并进行花期放蜂或人工授粉。

3樱桃对环境条件的要求

3.1温度 '

樱桃适合于年平均气温10~12度以上的地区栽培,一年中要求日均气温10度以上的时间在150~200d。如果花期气温降至-2度,花就会受冻褐变,严重时导致绝产。早春防霜冻是保证樱桃丰产的关键措施。

3.2水分

樱桃正常生长发育需要一定的湿度,但高温高湿又容易导致徒长,不利于结果。在坐果后若过于干旱则又影响果实的发育。

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3.3光照

樱桃为喜光树种。光照条件良好时,树体健壮,果枝寿命长,花芽充实,坐果率高,果实成熟早,着色好,糖度高,酸味少。光照条件差时,树冠外围梢易徒长,冠内枝条衰弱、枯死,果枝寿命缩短,结果部位外移,花芽发育不良,坐果少,果实成熟晚,品质差。

3.4土壤

樱桃的根系呼吸旺盛,要求土壤深厚肥沃,通气性良好。盐碱地不宜种植樱桃。适宜的土壤pH值为5~7

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4樱桃高产优质栽培管理技术

4.1 土壤管理

通过深翻扩穴、中耕除草、增施有机肥、覆草等措施,保持疏松良好的土壤结构,增加土壤的有机质含量,达到水、热、气、肥的协调统一,促进根系健壮生长,保证根系旺盛的吸收水分、养分及储藏营养物质的能力。

4.2科学施肥

4.2.1 3年生以下的幼树,树体处于扩冠时期,营养生长旺盛,施肥以氮肥为主,磷肥为辅。4~6年生为初果期树,施肥应注意控氮、增磷、补钾。以促进花芽分化。进入盛果期的大树,除供应树体生长所需的氮、磷肥外,樱桃果实生长需钾较多,应增加钾肥施用量。

4.2.2 秋施基肥基肥的施用量约占全年施用量的70%。幼树至初果树一般株施有机肥100kg左右;盛果期施有机肥4000kg/667㎡左右。基肥要求深施。施肥方法有环状沟施、辐射沟施等。

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4.2.3 追肥在萌芽前喷3%-5%氮肥溶液1~2次;萌芽后到果实着色之前喷0.3%-0.5%氮肥溶液2~3次;花期喷0.3%硼砂溶液1~2次;果实着色期喷0.3%磷酸二氢钾溶液2~3次;采果后及时喷0.3%~0.5%氮肥溶液1~2次。

4.3水分管理

4.3.1花前灌水在发芽至开花前进行,主要是满足发芽、展叶、开花对水分的需求。此时灌水还有降低地温、延迟开花期、有利于防止晚霜危害的作用。

4.3.2硬核期灌水硬核期(4月中旬至4月下旬)是果实生长发育最旺盛的时期,此次灌水量要大,最好漫灌1次。

4.3.3采前灌水采收前7~10d是樱桃果实膨大最快的时期;灌水对提高产量和品质尤为重要。为了避免裂果,灌水量不宜过大。

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4.4花果管理

4.4.1 花期授粉中国樱桃自花结实率很高,不需配备授粉树。西洋樱桃多数品种自花结实率很低,需要异花授粉才能正常结果,在建园时必须配置适宜的授粉树,同时花期还要进行辅助授粉,以提高坐果率。辅助授粉的方法有果园放蜂和人工授粉两种。此外,在盛花期前后喷施2次0.3%尿素、0.3%硼砂或磷酸二氢钾溶液,对提高坐果率也有明显的效果。

4.4.2疏花蔬果结合花前和花期复剪疏去树冠内膛细弱枝上及多年生花束状结果枝上的弱质花、畸形花,以改善保留花的营养条件,有利于坐果和果实发育。在疏花的基础上进行.疏果,疏去小果、畸形果和下垂果。

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4.5整形修剪

该结果与他人在其他贝类研究中得出的结论是一致的岡。本研究结果显示,弧菌是青蛤,樱桃是喜光树种,最理想的树形为自然开心形。幼龄树的整形修剪,应适当轻剪,以夏剪为主,促控结合,抑前促后,达到扩冠迅速、缓和极性、促短枝、早果丰产的目的。樱桃的芽具有早熟性,在生长季多次摘心可促发二次枝、三次枝。在整形修剪上,可利用芽的早熟性对旺树旺枝多次摘心,迅速扩大树冠,加快整形过程。利用夏季重摘心控制树冠,.促进花芽形成和培养枝组。对幼树不要强行拉枝,避免劈枝或受伤流胶。修剪成龄树时,要注意减少外围枝量,抑强扶弱,改善冠内光照条件,提高冠内枝的质量,延长结果枝组寿命。在修剪结果枝时,剪口在花芽段以上2~3个叶芽处。

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4.6病虫害防治

樱桃的病虫害相对于其他水果要少些,一般在采果后至落叶前对金龟子、毛虫、透翅蛾、天牛、介壳虫、叶蝉等害虫以及早期落叶病、流胶病等病害进行及时防治即可。

Cell Metabolism | 肠道菌群相关代谢物–胆汁酸生物学功能

Cell Metabolism | 肠道菌群相关代谢物--胆汁酸生物学功能

  • 肠道微生物群被认为是一种代谢器官,产生大量的代谢物(短链脂肪酸、胆汁酸、吲哚衍生物等),这些代谢物通过其同源受体发出信号来调节宿主的代谢。胆固醇在肝脏中由酶氧化产生大量不同的胆汁酸,并由肠道微生物群在肠道中代谢,它既是促进消化和吸收膳食脂肪的洗涤剂,又是激活不同受体的激素。这些受体的激活改变了多个组织中的基因表达,改变了胆汁酸代谢、葡萄糖稳态、脂质和脂蛋白代谢、能量消耗、肠道运动和细菌生长、炎症、肝脏再生和肝癌的发生等。本文着重介绍胆汁酸在体内的代谢过程和涉及的信号通路及功能。肝脏:胆固醇代谢生成胆汁酸胆汁酸的形成比较复杂,涉及的催化反应包括了至少17种不同的酶。胆汁酸的合成发生在肝脏,可通过两种不同途径来完成。经典(或中性)途径是胆固醇经胆固醇-7α-羟化酶(CYP7A1)催化生成7α-羟基胆固醇,进一步催化生成胆酸(CA)和鹅去氧胆酸(CDCA),CYP7A1是整条途径的限速酶,决定胆汁酸生成量,在正常条件下至少75%的胆汁酸通过该途径产生。替代(或酸性)途径则由甾醇-27-羟化酶(CYP27A1)催化生成27-羟基胆固醇进一步被氧甾醇-7α-羟化酶(CYP7B1)催化生成CDCA,人和老鼠通过该途径分别产生总胆汁酸量的9%和25%。已有研究表明肠道微生物群可调节CYP7A1、CYP7B1和CYP27A1酶的表达。值得注意的是,替代途径主要产生CDCA,而经典途径产生CDCA和CA,两种初级胆汁酸的比例由合成CA所必需的甾醇-12α-羟化酶(CYP8B1)决定,该酶不受微生物调节。除CA和CDCA外,小鼠还产生初级胆汁酸MCAs(主要是β-MCA)和熊去氧胆酸(UDCA),而在人类中,UDCA是次级胆汁酸, MCAs通常检测不到。胆汁酸的化学结构既有疏水的甾环,又有亲水的羟基或者氨基酸侧链。这种两性结构使得胆汁酸具有洗涤剂性质便于形成胶束,促进小肠脂类和脂溶性维生素A、D、E和K的消化吸收,按亲脂性排序依次为:LCA > DCA >CDCA > CA > UDCA > MCA。在排泄到胆汁并进一步通向十二指肠之前,肝脏胆汁酸C-24位通过两步反应与甘氨酸或牛磺酸结合,这个过程降低了胆汁酸pKa,同时增加其溶解度。然而,与能扩散穿过细胞膜的非结合型胆汁酸不同,胆汁盐需要跨膜转运蛋白才可以穿过膜。结合型胆汁酸通过胆盐输出泵(BSEP)主动运输到胆汁中,并储存在胆囊内,直到进食后释放到十二指肠。人体中胆汁酸主要与甘氨酸结合,牛磺酸结合程度较小,而小鼠和大鼠中胆汁酸几乎完全与牛磺酸结合。大约95%的胆管分泌的胆汁酸从肠道重新吸收,主要是以结合型胆汁酸的形式在回肠末端通过钠依赖性胆汁酸转运蛋白(ASBT,也称为IBAT),经门静脉循环至肝脏,再由肝脏分泌,这个过程称为胆汁酸肠肝循环,在人体内每天大约发生六次。肠道:胆汁酸的微生物代谢大多数(95%)胆汁酸通过肠细胞的顶膜钠依赖性胆盐转运体(ASBT)在回肠末端被重吸收。肠道胆汁酸结合蛋白(IBABP /脂肪酸结合蛋白亚类6 / FABP6)可以促进胆汁盐通过肠上皮细胞转运到基底外侧膜,并通过异二聚体转运蛋白OSTa / OSTb入血。微生物去结合(即去除甘氨酸或牛磺酸缀合物)防止胆汁酸通过ASBT从小肠中主动再摄取。胆汁酸去结合过程由具有胆汁盐水解酶(BSH)活性的细菌主导的。宏基因组学研究表明功能性BSH存在于人类肠道所有主要细菌和古菌种中,包括乳酸杆菌、双歧杆菌、梭菌和拟杆菌等。与其他微生物生态系统相比,BSH在肠道微生物中富集,并与胆汁毒性的抗性增加有关。未被ASBT重吸收的初级胆汁酸进入结肠,通过7-脱羟基代谢成次级胆汁酸:来自CDCA的石胆酸(LCA)和来自CA的脱氧胆酸(DCA)(Figure 1)。鼠α-MCA和β-MCA发生相同反应生成鼠去氧胆酸(MDCA)。Omega-MCA(ω-MCA)是β-MCA主要代谢产物,通过6β-差向异构化形成。β-MCA还可通过6β-差向异构化和额外的7β-脱羟基作用形成猪去氧胆酸(HDCA),以及通过6β-差向异构化和进一步的7β-差向异构化形成猪胆酸(HCA,也称为γMCA)。人体中的UDCA是由梭状芽胞杆菌将CDCA经过7α/β-异构化形成的。进一步经过3α/β-羟基和5-Hβ/α异构化分别生成异胆酸和别胆酸。7-脱羟基过程由细菌与胆汁酸诱导的基因进行多重反应。能够产生次级胆汁酸的细菌属于厚壁菌门,分别为梭菌属(XIVa和XI簇)和真杆菌属。另一种胆汁酸微生物转化是生成氧-(或酮-)胆汁酸,由含有羟基类固醇脱氢酶(HSDHs)的细菌将3,7或12环位的羟基氧化生成,含有羟基类固醇脱氢酶(HSDHs)的细菌属于放线菌门、变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门。这些氧化反应是可逆的,最终可导致差向异构化。胆汁酸的微生物代谢增加了胆汁酸多样性及胆酸池的疏水性,有利于促进胆汁酸的粪便排泄,菌群产生的次级胆汁酸量约为胆汁酸总量的5%。其中一小部分去结合次级胆汁酸也可通过被动扩散作用从肠道重吸收,并在肠肝循环中富集并充当宿主中的信号分子。不同条件下的小鼠粪便ω-MCA,MDCA和HDCA水平有很大差异,这可能归因于肠道微生物群组成的差异改变了胆汁酸的微生物修饰,但人类肠道微生物群不能代谢β-MCA。小鼠和人类不同的胆汁酸谱通过胆汁酸受体改变信号传导,因此从小鼠研究结果转化到人类时需要谨慎对待。值得注意的是,异胆汁酸存在于人类血清和尿液中,特别是在结肠和粪便中,其中iso-LCA和iso-DCA是仅次于LCA和DCA的第二丰富的胆汁酸,在某些个体中浓度分别达到290和390 μM。产生异胆酸的细菌包括迟缓真杆菌和产气荚膜梭菌,iso-DCA不仅由迟缓真杆菌产生,产气荚膜梭菌也能产生。研究显示iso-DCA有利于拟杆菌属生长,提示微生物HSDH可作为肠道微生物组成和宿主代谢的潜在调节因子。由于有限的胆汁酸标准品和部分胆汁酸的含量微乎其微,常规和高级胆汁酸的分析中不可能检测到所有的胆汁酸形式。另外,由原始5β-H位置脱羟基作用/消除反应产生的5α-H(''allo'')胆汁酸的报道很少,有待进一步挖掘。法尼酯X受体(FXR)与胆汁酸胆汁酸的合成受到核受体FXR负反馈抑制调节,FXR是一种与启动子区域结合并启动多种靶基因表达的转录因子,在多种组织中均有表达。FXR高表达且研究最多的是肝脏和回肠。FXR在肾脏中也有相当高的表达水平,而在心脏、卵巢、胸腺、眼睛、脾脏和睾丸中表达水平较低。FXR在胆汁酸调节中的方式有两种,其一,胆汁酸激活肝脏FXR诱导小异二聚体伴侣(SHP)分子的表达,SHP与肝受体同源蛋白-1 (LRH-1)结合,从而抑制Cyp7a1基因的表达(Figure 4)。其二,除了肝脏局部作用外,远端回肠中FXR也可被胆汁酸激活,诱导FGF15(人类为FGF19)表达。FGF15 /19通过门静脉到达肝脏,与FGF受体4(FGFR4)/b-klotho异二聚体复合物结合,触发JNK1/2和ERK1/2信号级联反应抑制Cyp7a1的表达(Figure 4)。组织特异性FXR缺陷小鼠研究表明回肠FXR激活抑制Cyp7a1介导的胆汁酸合成比肝FXR激活更强,而肝脏FXR可能调控Cyp8b1改变CA合成。FXR最有效的配体是CDCA,其次是CA、DCA和LCA。UDCA不激活FXR,它反而抑制FXR活化。最近,小鼠牛磺酸结合的初级胆汁酸Tα-MCA和Tβ-MCA已被确定为天然存在的FXR拮抗剂。GF小鼠Tβ-MCA积累,FXR信号减弱,胆汁酸合成增加,Tβ-MCA在没有细菌的情况下不能代谢。研究发现微生物群以FXR依赖性方式调节胆汁酸的代谢和合成。微生物群不仅能代谢胆汁酸,还可调控FXR信号途径。微生物群通过将FXR的拮抗剂Tβ-MCA去结合,从而促进小鼠FXR信号传导,并产生作为TGR5配体的二级胆汁酸。此外,FXR激活还可以诱导其他转运体BSEP/ABCB11、 MDR3/MDR2/ABCB4、ABCG5/ABCG8的表达影响胆汁酸代谢。微生物群和胆汁酸之间的相互作用并不是单向的。胆汁酸通过促进胆汁酸代谢细菌的生长和抑制其他胆汁敏感菌的生长来重塑肠道微生物群落。研究表明,阻止胆汁流入肠道引发的胆道阻塞会导致小肠内细菌过度生长和移位,这种表型可通过胆汁酸给药逆转。这也证明了胆汁酸不但能通过破坏细菌细胞膜发挥直接抗菌作用,而且还间接通过FXR诱导宿主免疫系统影响肠道微生物群的抗菌药物(如iNOS和IL-18)的转录。胆汁酸作为信号分子和FXR在肝脏、小肠等代谢活跃组织中表达的重要性已经引起了人们对FXR在代谢疾病中作用的极大兴趣。然而,FXR缺乏小鼠进行的实验有时会产生相互矛盾的结果,显然饮食以及动物饲养环境之间存在微生物群差异,可能会导致不同的表型。Fxr缺乏的小鼠喂养正常饲料容易发生高血糖和高胆固醇血症,而Ldlr-/-背景下的Fxr缺乏小鼠喂养高脂饮食可改善脂质代谢,并对饮食诱导的肥胖和动脉粥样硬化具有保护作用。相比之下,Apoe-/-基因背景下的Fxr缺陷小鼠更容易出现动脉粥样硬化。总体而言,与对照组小鼠相比,Fxr缺陷小鼠喂食高脂饮食或有肥胖遗传背景 (ob/ob)的小鼠似乎可以预防肥胖,并改善葡萄糖稳态。因此,FXR与特定营养素之间关系值得进一步研究。此外,FXR在肾脏近端和远端集合管细胞均有表达,所以其在胆汁酸代谢中的作用还需进一步研究。综上所述,FXR在肝细胞和肠细胞中表达,其作用是监测细胞胆汁酸/盐水平,调节相关基因表达以维持胆汁酸/盐的肠肝循环,防止细胞内胆汁酸积累到毒性水平。FXR除了调节胆汁酸稳态外,还可以调节血浆脂蛋白、葡萄糖、脂肪变性、炎症、细菌生长和肝再生等过程。G蛋白偶联受体TGR5与胆汁酸TGR5是另一种胆汁酸受体,是一种G蛋白偶联受体(GPCR),在肝非实质细胞(胆管细胞、窦内皮细胞、Küpffer 细胞及免疫细胞)表达,也在胎盘、肺、脾、肠、棕白色脂肪组织、骨骼肌、骨髓中表达。TGR5主要由疏水性次级胆汁酸LCA和DCA激活,是微生物与胆汁酸相互作用的另一个靶点(Figure 4)。TGR5的激活导致受体内化,环磷腺苷(cAMP)水平升高,蛋白激酶A活化,导致靶蛋白磷酸化水平增加,包括cAMP效应元件结合蛋白(CREBP)转录因子。这种活化引起的结果是广泛的且具有细胞特异性,包括巨噬细胞中抗炎作用,增加褐色脂肪组织能量消耗,改善葡萄糖代谢和胰岛素敏感性,胆囊松弛,增加肠道运动。TGR5缺陷小鼠没有明显的异常表型且具备生育能力,但其胆汁酸池减少,表明TGR5在胆汁酸稳态中具有一定作用,但尚不清楚是TGR5的直接影响还是通过FXR介导的。另外,目前尚不清楚FXR和TGR5是否通过微生物群和胆汁酸代谢的改变直接或间接产生其他受体激动剂或拮抗剂。孕烷X受体与 维生素D受体孕烷X受体(PXR/NR1I2)在肝脏和肠道中高度表达,在其他组织中水平较低。与激活FXR的胆汁酸不同,PXR由肝毒性胆汁酸LCA和3-keto-LCA (EC50 10 mM) 激活,对CDCA、DCA、CA无应答。激活的PXR诱导I-III期基因参与多种代谢物代谢、运输和排泄过程,包括外源性物质和有毒胆汁酸,如LCA。然而,LCA或3-keto-LCA激活肝脏和肠道PXR的重要性仍有待确定。最近的研究报告显示,由于NFkB的表达减弱和炎症细胞因子的表达减少,肠道PXR对炎症性肠病具有保护作用,但是胆汁酸是否能提供类似的PXR依赖性保护作用来对抗炎症性肠病仍需要进一步研究。维生素D受体(VDR/NR1I1)在多个组织中表达包括肾、肠和巨噬细胞,调控许多生理和药理过程,这些过程不仅包括骨骼和钙代谢,还包括免疫、细胞生长和分化。VDR最有效的内源性激动剂是1,25-二羟维生素D3(1,25-diOHD3)。但具有肝毒性胆汁酸LCA和3-keto LCA被证明也可以激活VDR靶基因,包括CYP3A家族成员,这些基因参与了LCA和其他毒素代谢,生成毒性较低的生物非活性产物。总结了胆汁酸与肠道菌群及宿主之间的相互作用,微生物群可直接或间接通过胆汁酸调节FXR和TGR5的信号传导。胆汁酸受体FXR和TGR5已成为代谢疾病的转化和介入研究的主要靶点。因此,了解肠道微生物群及其对胆汁酸代谢和信号传导的影响可能有助于解释临床前数据。然而,人和鼠胆汁酸具有显著不同的信号传导特性,并且缺乏丰富和/或表征的胆汁酸代谢物可能影响获得结论的正确性。微生物群的差异也可以解释个体对胆汁酸衍生药物的不同反应,对微生物群更深入的了解可以识别出对治疗有积极反应的个体和有不良反应的个体。针对微生物群、胆汁酸和FXR和/或TGR5信号之间的相互作用似乎发展成为治疗代谢疾病极具应用前景的途径,表2列举了目前已开展临床实验的胆汁酸相关制剂,但仍需要更多的研究。
  • 参考文献1. Wahlström A, Sayin S I , Marschall H U , et al. Intestinal Crosstalk between Bile Acids and Microbiota and Its Impact on Host Metabolism. Cell Metabolism, 2016, 24(1):41-50.2. Q. de Aguiar Vallim T , Tarling E , Edwards P . Pleiotropic Roles of Bile Acids in Metabolism. Cell Metabolism, 2013, 17(5):657-669.
Cell Metabolism | 肠道菌群相关代谢物--胆汁酸生物学功能

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以色列生物学研究所分离出新冠病毒抗体

原标题:以色列生物学研究所分离出新冠病毒抗体

以色列国防部长纳夫塔利·贝内特当地时间4日在参观完该国生物学研究所后发表声明说,以色列生物学研究所研制的“单细胞中和抗体”可以中和新冠肺炎患者体内的新冠病毒。这项抗体配方已获得专利,正在寻求国际制造商对其进行批量生产。

以色列生物学研究所分离出新冠病毒抗体

△以色列国防部长纳夫塔利·贝内特(图片来源:网络)

以色列生物学研究所分离出的抗体是单细胞的,不是衍生自两个或多个不同祖先细胞的抗体,因此在治疗新冠肺炎方面可能更具有价值。

Science Direct杂志在5月期刊中对这项研究成果进行了详细报道。(总台记者 唐湘伟)

陈玲玲系统介绍环状RNA的最新生物学功能及调控

高等真核生物中的许多蛋白质编码基因可通过外显子的反向剪接产生环状RNA(circRNA)。 CircRNA在产生,结构和周转方面不同于mRNA,因此具有独特的细胞功能和潜在的生物医学应用。

2020年5月4日,中科院上海生化细胞所陈玲玲在Nature Reviews Molecular Cell Biology(IF=43)在线发表题为”The expanding regulatory mechanisms and cellular functions of circular RNAs“的综述文章,该综述讨论了circRNA的生物合成,丰度及其生物学功能的调控的最新进展。该综述将进一步讨论circRNA在调节免疫应答和细胞增殖中的新兴作用,以及在生物医学研究中应用circRNA技术的可能性。

陈玲玲系统介绍环状RNA的最新生物学功能及调控

真核前体mRNA(pre-mRNA)被RNA聚合酶II(Pol II)转录并进行剪接以去除内含子并连接其外显子以产生成熟的mRNA。尽管常规剪接将内含子上的上游5'剪接位点(剪接供体)与下游3'剪接位点(剪接受体)连接在一起,但许多pre-mRNA可以通过反向剪接进行加工,其中下游5'剪接位点是在一个或多个外显子上以相反的顺序与上游3'剪接位点连接,形成环状RNA(circRNA),在反向剪接的外显子之间具有3',5'-磷酸二酯键。或者,在常规剪接过程中切除的内含子套索有时可以脱离分支,并保留在剪接供体和分支点之间具有2',5'-磷酸二酯键的圆形形式。这些RNA环称为环状内含子RNAs。

环状RNA的第一个报道是致病性植物类病毒,它是通过宿主细胞酶连接的,而不是通过反向剪接形成的。少数反向剪接的circRNA于1990年代首次报道。由于缺少3'聚腺苷酸化尾巴,大多数circRNA在经典RNA测序(RNA-seq)数据集中未检测到,该数据集主要包含聚腺苷酸化RNA。最近,对非聚腺苷酸转录组和经RNase R处理的转录组的分析发现,circRNA在后生动物中的表达从线虫,斑马鱼和果蝇到小鼠,猪,猴和人的广泛性, 以及原生生物,真菌和植物中都存在。已经从人类转录组中鉴定出183,000多个circRNA,从猕猴转录组中鉴定出了96,000多个circRNA,小鼠转录组中有超过82,000个circRNA。

陈玲玲系统介绍环状RNA的最新生物学功能及调控

核输出和循环核糖核酸的降解(图源自Nature Reviews Molecular Cell Biology )

尽管通常具有低水平的表达,但是circRNA在哺乳动物的细胞类型和组织中表现出多种表达模式。在人的大脑和血小板中,以及在人类上皮-间质转化和造血祖细胞分化为淋巴样和髓样细胞期间,观察到了丰富的circRNA。值得注意的是,circRNA的一个子集的表达与其线性同工型无关,从而导致其表达水平高于其同源线性mRNA。

最近的研究揭示了circRNA生物发生和命运的关键特征,与线性RNA的特征不同。反向剪接由剪接体进行,并受侧翼内含子中顺式互补序列和特定蛋白质的调控。与常规剪接相比,反向剪接的效率较低,但是可以在某些条件下更改反向剪接的动力学。一旦产生,circRNA通常是稳定的,主要输出到细胞质,并且往往与其同源线性RNA具有不同的结构构象。

正在进行的研究表明,circRNA可以通过调节转录和剪接,microRNA(miRNA),与蛋白质相互作用并充当多肽合成的模板来调节基因表达。CircRNA与先天免疫,细胞增殖和转化以及神经元功能有关,它们的失调与疾病有关,在动物模型中可能具有表型。在这篇综述中,讨论了circRNA的生物发生和调控的最新进展,它们在不同情况下的细胞作用以及它们在生物医学研究中的潜在应用。

参考消息:

https://www.nature.com/articles/s41580-020-0243-y

Nature全面阐述:导致新冠病毒大流行的复杂生物学

Nature全面阐述:导致新冠病毒大流行的复杂生物学

图片来源:Nature

从已知疫情爆发的时间算起,到今天已经经历了一百多天了,但新冠病毒仍在许多国家活跃着。

北京时间5月5日,Nature对包括冠状病毒家族成员的各种资料、可能导致1889-1990年全球超过100万人死亡的OC43冠状病毒作为参考模型的信息,和随着时间推移,未来的情况将如何演变?康复者是否会再次感染?以及接种疫苗是否有必要等信息进行了长篇论述。

Nature全面阐述:导致新冠病毒大流行的复杂生物学

1912年,德国一名兽医对一只发烧并伴随腹部肿胀的猫病例感到困惑。这被认为是首次报道的冠状病毒导致动物身体衰弱的案例。那名兽医当时并不知道,冠状病毒也给鸡带来了支气管炎,而且导致猪的肠道疾病几乎杀死了两周以下的小猪。

直到20世纪60年代,这些病原体之间的联系才被发现。当时英国和美国的研究人员分离出了两种具有冠状结构的病毒,它们可以引起人类的普通感冒。研究人员很快注意到,在患病动物中鉴定出的病毒具有相同的刚毛结构,上面布满了尖锐的蛋白质突起。在电子显微镜下,这些病毒类似于王冠。因此,冠状病毒这一名称在1968年诞生。

这是一个“连环杀手”家族:狗冠状病毒可以伤害猫,猫冠状病毒可以破坏猪的肠道。当时研究人员认为,冠状病毒只会在人类中引起轻微的症状。直到2003年,严重急性呼吸道综合症(SARS)爆发才揭示出这类病毒是多么容易杀死人。

现在,随着新冠肺炎大流行的死亡人数激增,各国研究人员正在尽可能多地发掘SARS-CoV-2(新冠病毒)的生物学特性。病毒的基本资料已经浮出水面。科学家们了解到,这种病毒已经进化出一系列的适应性,使它比人类迄今为止遇到的其他冠状病毒更具致命性。

与其近亲不同的是,新冠病毒可以很容易地从多个角度攻击人类细胞,它主要攻击的是肺部和咽喉。一旦进入体内,该病毒就会利用各种危险分子库。遗传证据表明,它可能已经在自然界隐藏了数十年之久。

但是,关于这种病毒还有很多重要的未知因素,包括其确切的杀灭方式、它是否会进化成更致命的或者不再那么致命,以及它能否能揭示冠状病毒家族下一次爆发的信息。

英国爱丁堡大学研究病毒的进化生物学家Andrew Rambaut说:“将会有更多的病毒出现,或者已经出现,或者正在形成。”

“杀手”家庭

在所有攻击人类的病毒中,冠状病毒是很大的。它们的直径为125纳米,对于使用RNA进行复制的病毒来说,它们的体积也相对较大,而RNA是大多数新出现疾病的来源。但是新冠病毒的基因组确实很突出。它们有超过3万个碱基,是所有RNA病毒中基因组最大的。它们的基因组是HIV和丙肝的三倍多,是流感的两倍多。

新冠病毒也是为数不多具有基因组校对机制的RNA病毒之一这种机制可以防止病毒积累可能削弱自身的突变。这种能力可能就是为什么普通抗病毒药物,如利巴韦林(ribavirin)可以阻止疱疹病毒,却不能抑制新冠病毒的原因。这些药物通过诱导突变来削弱病毒。但在新冠病毒中,校对机制可以剔除了这些变化。

突变对病毒有其优势。流感病毒变异的频率比冠状病毒高出三倍,这一速度使它们可以迅速进化并避开疫苗。但冠状病毒有一种特殊的技巧,赋予它们致命的活力:它们经常重组,将其RNA片段与其他冠状病毒交换。通常,这是相似病毒之间相似部分的无意义交换。

Rambaut说,但是,当两个遥远的冠状病毒亲属最终出现在同一个细胞中时,重组可能导致更可怕的病毒版本,感染新的细胞类型,并跳到其他物种。

重组经常发生在蝙蝠身上,它们携带61种已知会感染人类的病毒。有些种类的蝙蝠甚至携带121种。在大多数情况下,病毒不会伤害蝙蝠,关于蝙蝠的免疫系统为什么能对付这些入侵者有几种理论。今年2月发表的一篇论文认为,感染病毒的蝙蝠细胞会迅速释放一种信号,使它们能在不杀死病毒的情况下成为病毒宿主。

对第一种冠状病毒何时诞生的估计差异很大,从1万年前到3亿年前不等。科学家们现在已经发现了几十种毒株,其中有7种会感染人类。在引起普通感冒的四种冠状病毒中,有两种(OC43和HKU1)来自啮齿动物,另外两种(229E和NL63)来自蝙蝠。导致SARS、MERS和新冠肺炎的病毒均来自蝙蝠。但科学家们认为,通常会有一个中间宿主。在SARS疫情中,中间宿主被认为是在野生动物交易中的果子狸。

新冠病毒的起源仍然是一个悬而未决的问题。研究人员说,这种病毒与在中国云南一个山洞里发现的蝙蝠体内的病毒有96%的遗传物质相同,这是一个令人信服的论据,证明它来自蝙蝠。但有一个关键的区别。新冠病毒的刺突蛋白(S蛋白)有一个被称为受体结合域的部分,这是它们成功进入人类细胞的关键。新冠病毒的结合域特别有效,它与云南蝙蝠病毒有着重要的区别,后者似乎不会感染人类。

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更为复杂的是,穿山甲中也携带了一种冠状病毒,这种病毒的受体结合域与人类的几乎完全相同。但是其余的冠状病毒只有90%的基因相似,因此一些研究人员怀疑穿山甲不是中间宿主。突变和重组都在发生作用,这使绘制新冠病毒谱系图的工作越发棘手。

但过去几个月公布的尚未经过同行评议的研究表明,新冠病毒(或其非常相似的祖先)已经在一些动物体内潜伏了几十年。根据3月6日发布在网上的一篇论文,导致新冠病毒的冠状病毒谱系在140多年前就与今天从穿山甲中分离出来的病毒密切相关。在过去40到70年的某个时候,新冠病毒的祖先从蝙蝠冠状病毒版本中分离出来,后者随后失去了其祖先中存在的有效受体结合域,但保留在新冠病毒中。4月21日发表的一项研究使用了一种不同的方法,得出了非常相似的结论。这些结果表明冠状病毒家族的悠久历史。蝙蝠和穿山甲中的许多冠状病毒分支可能携带与新冠病毒相同的致命受体结合区,包括一些可能具有类似能力导致大流行的病毒。第二项研究的合著者、加州大学伯克利分校的进化生物学家Rasmus Nielsen说:“有必要继续进行监测,并对通过人畜共患传染病传播的新病毒毒株的出现提高警惕。“一箭双雕”

虽然已知的人类冠状病毒可以感染多种细胞类型,但它们都主要引起呼吸系统的感染。不同之处在于,引起普通感冒的四种病毒很容易攻击上呼吸道,而MERS和SARS更难控制上呼吸道,但它们更容易感染肺部细胞。

但不幸的是,新冠病毒可以非常有效地做到上述两点。芝加哥大学的病理学家Shu-Yuan Xiao说,这给了它两个立足点。一个邻居的咳嗽能向你传播10个病毒颗粒,这可能足以在你的喉咙里引起感染。但呼吸道上的纤毛可能会发挥它们的作用,清除入侵者。Xiao表示,如果邻居离你较近,并向你咳出100个颗粒,那么病毒可能会一路传播到肺部。

这些不同的能力可能解释了为什么新冠肺炎患者有如此不同的经历。这种病毒可以从喉咙或鼻子开始,引起咳嗽,扰乱味觉和嗅觉,然后在那里结束。或者它会一直到达肺部,使整个器官变得衰弱。研究冠状病毒的爱荷华大学免疫学家Stanley Perlman说,它是如何到达那里的?是一个细胞一个细胞地移动,还是以某种方式被冲下?目前还不清楚。

德国慕尼黑的传染病医师Clemens-Martin Wendtner说,可能是免疫系统出了问题,让病毒潜入进肺部。大多数感染者会产生中和抗体,这些中和抗体是免疫系统定制的,可与病毒结合并阻止其进入细胞。但有些人似乎无法做到。这可能就是为什么有些人在出现轻度症状一周后就康复了,而另一些人则因迟发性肺部疾病而受到打击。但是这种病毒也可以绕过喉部细胞直接进入肺部。

Wendtner说,患者可能会患上肺炎,但不会出现轻微的症状,如咳嗽或低烧。有这两个感染特点意味着新冠病毒可以将普通感冒冠状病毒的传播能力与MERS和SARS的致死率混合在一起。这是一种不幸而危险的冠状病毒的毒株组合。

考虑到它的近亲SARS缺乏这种能力,新冠病毒在上呼吸道感染并活跃繁殖的能力令人吃惊。上个月,Wendtner公布了他的团队从9名新冠肺炎患者的喉咙中培养出病毒的实验结果。结果显示,病毒正在那里积极地繁殖和传染。这就解释了近亲之间的一个重要区别。即使在症状开始前,新冠病毒就能将病毒颗粒从喉咙中释放到唾液中,然后很容易地在人与人之间传播。SARS在这方面的效果要差得多,只有当症状全面爆发时才会过去,这使它更容易控制。

这些差异导致人们对新冠病毒的杀伤力产生了一些困惑。一些专家和媒体报道称,这种病毒的致死率低于SARS,因为它杀死了约1%的感染者,而SARS的致死率大约是新冠病毒的10倍。但是Perlman说,这种看法是错误的。新冠病毒更容易感染人类,但许多感染不会发展到肺部。一旦病毒进入肺部,可能同样致命。

当病毒进入肺部时,它的作用在某些方面与呼吸道病毒的作用相似,尽管仍有许多未知之处。就像SARS和流感一样,它会感染和破坏肺泡,肺泡是肺部的小囊,负责将氧气输送到血液中。当分隔这些囊和血管的细胞屏障被破坏时,来自血管的液体泄漏进来,阻止氧气进入血液。其他细胞,包括白细胞,会进一步堵塞气道。强大的免疫反应将清除所有的这些,但免疫系统的过度反应可以使组织损伤更严重。

Xiao说,如果炎症和组织损伤太严重,肺部就无法恢复,病人就会死亡或留下疤痕。从病理学的角度来看,我们看不到太多的独特性。

与SARS、MERS和动物冠状病毒一样,对肺部的损害并不仅限于此。新冠病毒感染可引发一种过度的免疫反应,称为细胞因子风暴,可以导致多器官衰竭和死亡。这种病毒还会感染肠道、心脏、血液、精子(像MERS一样)、眼睛,可能还会感染大脑。

中国广州医科大学广州呼吸健康研究院在抗击SARS和新冠肺炎方面广受赞扬。该院副研究员关伟杰说,在新冠肺炎患者身上观察到的肾脏、肝脏和脾脏损伤表明,病毒可以在血液中传播,感染各种器官或组织。这种病毒可能会在血液供应到达的任何地方感染器官或组织。

Wendtner说,虽然病毒的遗传物质在这些不同的组织中都出现了,但目前还不清楚这些损害是由病毒造成的,还是由细胞因子风暴造成的。他说:“我们医院正在进行尸检。更多的数据很快就会出来。”

无论是感染咽喉还是肺部,新冠病毒都会利用其S蛋白破坏宿主细胞的保护膜。首先,该蛋白的受体结合域与一种名为ACE2的受体结合,后者位于宿主细胞的表面。ACE2在全身各器官的动脉和静脉内膜上都有表达,但在肺泡和小肠内膜上的表达尤为密集。

Nature全面阐述:导致新冠病毒大流行的复杂生物学

图片来源:Nature

虽然确切的机制仍然未知,但已有证据表明,病毒附着自身后,宿主细胞会在其一个专门的“切割位点”剪断S蛋白,暴露出融合肽,这是帮助撬开宿主细胞膜的氨基酸链,使病毒膜与之融合。一旦入侵者的遗传物质进入细胞,病毒就会控制宿主的分子机制来产生新的病毒颗粒。然后,这些后代离开细胞去感染其他人。

裂解位点

新冠病毒可以强行进入细胞。SARS和它都能与ACE2结合,但是新冠病毒的受体结合域是一个特别紧密的结合。它与ACE2结合的可能性是SARS的10到20倍。Wendtner说,新冠病毒在感染上呼吸道方面表现得非常好,甚至可能存在第二种受体,病毒可以利用这种受体发动攻击。

更令人不安的是,新冠病毒似乎利用宿主体内的furin酶来切割病毒的S蛋白。研究人员说,这令人担忧,因为furin在呼吸道中含量丰富,且遍布全身。它被其他可怕的病毒用来进入细胞,包括艾滋病毒、流感、登革热和埃博拉病毒。相比之下,SARS使用的裂解分子则不那么常见,也没有那么有效。科学家认为,furin的参与可以解释为什么新冠病毒在细胞间、人与人之间,甚至动物与人之间的跳跃上如此出色。美国杜兰大学的病毒学家Robert Garry估计,新冠病毒侵入肺部的几率是SARS的100到1000倍。他说:“当我看到新冠病毒有那个裂解位点时,我那天晚上都没睡好。”

神秘的是,这个特殊裂解位点的遗传指令来自哪里。尽管这种病毒可能是通过重组获得的,但在任何种类的其他冠状病毒中都没有发现这种特殊的结构。确定病毒的来源可能是这个谜题中的最后一块,它将决定哪种动物是让病毒传播到人类的垫脚石。

“结束游戏”一些研究人员希望,随着时间的推移,新冠病毒会通过一系列的突变而减弱,这些突变使病毒适应人类的生存。按照这个逻辑,它将变得不那么致命,有更多的机会传播。但是研究人员还没有发现这种减弱的迹象,可能是因为病毒有效的基因修复机制。研究冠状病毒的广州中山大学医学院院长郭德银说:新冠病毒的基因组非常稳定,我没有看到任何由病毒突变引起的致病性变化。”Rambaut也怀疑,随着时间的推移,病毒会变得更温和,从而使宿主免受感染。他说:“事实并非如此,只要它能成功地感染新细胞,繁殖并传播给新细胞,它是否会伤害宿主并不重要。”但也有人认为有可能出现好的结果。世界卫生组织SARS研究和流行病学部门负责人Klaus Stohr说,它可能会给人们提供至少部分保护的抗体。免疫系统不会是完美的,再次被感染的人仍然会出现轻微的症状,就像他们现在在普通感冒中所表现出来的那样,而且也会出现罕见的严重疾病的例子。但是这种病毒的校对机制意味着它不会很快变异,而且被感染的人将保持强有力的保护。Stohr说:“到目前为止,最有可能的情况是,病毒将在相对较短的时间内继续传播并感染世界大多数人口,这可能意味着一两年时间。之后,病毒将继续在人群中传播,可能会永远地传播下去。就像那四种比较温和的人类冠状病毒一样,新冠病毒会持续传播,并主要引起轻微的上呼吸道感染。”他补充说:“出于这个原因,疫苗就没有必要了。

之前的一些研究也支持这一观点。有研究显示,当人们接种普通感冒的冠状病毒229E时,其抗体水平在两周后达到峰值,在一年后才略有上升。这并没有阻止一年后的感染,但随后的感染几乎没有症状,病毒脱落的时间也更短。

OC43冠状病毒为这次大流行的走向提供了一个模型。这种病毒也使人类患上普通感冒,但比利时鲁汶大学的基因研究表明,OC43在过去可能是一个杀手。这项研究表明,1890年左右,OC43从牛身上溢出到人类身上,而牛是被老鼠感染的。科学家们认为OC43是1889-1990年世界范围内导致超过100万人死亡的大流行的罪魁祸首,而那场大流行以前被归咎于流感。今天,OC43继续广泛传播,可能是因为已经形成了群体免疫。

但即使这一过程降低了OC43的致命性,目前也还不清楚新冠病毒是否会发生类似的情况。在猴子身上的一项研究表明,它们保留了对新冠病毒的抗体,但研究人员只报告了感染后的第一个28天,所以还不清楚免疫能维持多长时间。抗SARS的抗体浓度在2-3年期间也显著下降。这些降低的水平是否足以预防感染或降低严重程度还没有测试。猫、牛、狗和鸡似乎对有时会感染它们的致命冠状病毒没有免疫力,这使兽医多年来一直在争抢疫苗。

尽管人们对新冠病毒是否有免疫力存在种种疑问,但一些国家仍在提倡给康复者发放“免疫护照”的想法,让他们在不担心被感染或感染他人的情况下冒险外出。

许多科学家对较温和的冠状病毒是否曾像新冠病毒一样具有杀伤力持保留意见。Perlman说,人们喜欢认为“其他的冠状病毒很可怕,后来变得温和了”。但这只是一种乐观的思考方式,但我们现在还没有证据。

参考文献:

Profile of a killer: the complex biology powering the coronavirus pandemic

https://www.nature.com/articles/d41586-020-01315-7

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生物学新发现:关于人类大脑10个不可思议的科普知识

生物学新发现:关于人类大脑10个不可思议的科普知识

生物学新发现:关于人类大脑10个不可思议的科普知识

生物学新发现:关于人类大脑10个不可思议的科普知识

【导语】大脑是人体最重要的器官,同时也是最为复杂的器官。虽然一直对人类大脑进行研究,科学家仍未完全了解这个器官,仍有很多秘密等待他们去发现和解答,但他们对大脑的了解正在逐步深入。以下关于人类大脑的十个惊天事实。

1.大脑感觉不到疼痛

大脑内没有疼痛感受器,这也就是为什么外科医生能够在患者仍保持清醒的时候进行脑外科手术。这种无法感知疼痛允许精细的外科手术顺利进行,同时不破坏任何视觉和运动控制功能。我们之所以能够感到疼痛是因为疼痛感受器,这种感觉接收器将信号传给脊髓和大脑,大脑随之发出危险警告。

2.脑血管总长度达到16公里

人类的大脑由1000亿个神经细胞构成,相当于银河系内的恒星数量,总重量与一个罗马甜瓜差不多。大脑内的血管总长度达到16公里。虽然大脑的重量只有身体的2%,但却消耗了身体大约17%的能量,20%的氧。清醒时,大脑产生的电量在10到23瓦之间,足以点亮一个灯泡。

大脑中75%的空间被水占据,脂肪比重占到60%,连接神经细胞的突触数量超过100万亿,数据存储量达到1000Tb,是《大英百科全书》的5倍。

3.爱因斯坦大脑被保留下来

1955年,爱因斯坦去世,但他的大脑却被保留下来。在爱因斯坦去世后仅仅7个半小时,托马斯-哈维医生摘除了他的大脑,主要用于科学研究。不久后,哈维以及爱因斯坦的大脑神秘失踪。1978年,记者史蒂文-利维在美国堪萨斯州威奇托发现哈维。哈维当时承认他仍保存着爱因斯坦的大脑并且将其切成240片,装进两个有金属螺盖的玻璃瓶,瓶内盛满甲醛。

4.大脑在人睡觉时更活跃

进入梦乡时,大脑会处理白天经历的所有事情,一些科学家认为这是我们会做梦的原因所在。一些科学家表示大脑以做梦的形式处理复杂的情感和日常生活中经历的事情,其它一些科学家则认为这是大脑将信息归零的一种方式,就像电脑一样。

最近进行的一项研究发现,做梦能够帮助我们缓解伤痛。智商越高的人越容易做梦,白天打个盹能够让人精力更加充沛,以更饱满的热情投入到工作中去。

5.左右脑存在差异

大脑由左右脑构成,彼此对称。左右脑协同工作,左脑侧重于理性思维,善于推理,逻辑性强;右脑侧重于感性思维,善于创新,跳跃性强。有趣的是,如果掐自己的左脚脚趾,疼痛感却是在右脑完成。此外,它们还会将任何颠倒的图像“拨乱反正”。

也就是说,如果视网膜接收到的图象是倒立的,视神经在将图像信息传往大脑过程中,大脑会自动将图像颠倒过来。

更令人感到不可思议的是,即使只有半个大脑,人也能活下来。

6.控制梦境并非不可能

在所谓的“清醒梦”中,人们能够控制梦境的结果。古代的西藏佛教徒会修习“睡梦瑜珈”,在梦境中做一些不可思议的事情,让自己意识到梦境乃是一种虚幻。“睡梦瑜珈”这个词由弗雷德里克-威廉-凡-伊登19世纪80年代创造,但直到20世纪60年代才引起外界的关注。

现在,睡梦瑜珈成为一种非常流行的修行方式,可以在互联网上搜索到大量相关教程。睡梦瑜珈高手不仅能够战胜噩梦,同时还能在梦境中与邻家女孩发生性关系。

7.人为什么笑至今原因不明

笑是一种自然而然的行为,只有人类天生具有这种能力。土狼的笑并不是真正意义上的笑。4个月的时候,婴儿开始发出笑声。笑会传染,同时也很难假装。不过,我们发笑的原因并不是因为听到好笑的笑话或者类似因素。

在一项为期10年的研究中,医生对2000个促使人发笑的情境进行了分析,结果发现绝大多数笑并非是笑话或者幽默故事的功劳。也许在将来的某一天,我们能够找到发笑的原因。

8.男性大脑比女性大10%

男性的大脑比女性大10%。不过,女性的大脑虽小,但却拥有更多神经细胞和神经连接,能够比男性大脑更有效地工作。

女性的情感处理能力更强,男性则拥有更出色的逻辑思维能力。女性的脑回比例更大,这一大脑区域与女性化特征有关。可以说,两性之间的差异实际上就是大脑的差异。

9.大脑大小很重要吗?

大脑大小很重要吗?不同研究得出了不同的发现。爱因斯坦的大脑只有1230克,相比之下,成年男性的大脑重量平均为1400克,说明大脑尺寸与IQ无关。研究发现爱因斯坦大脑的胶质细胞数量远远超过常人,让他拥有惊人的IQ。

另一项研究发现,头部越大的人越聪明,头部较尖的人则智商偏低。

10.IQ最高纪录210

韩国人金恩荣(Kim Ung-yong)是世界上IQ最高的人,高达210。金恩荣,出生于1962年3月7日,幼年时是韩国的“神童”。5个月能走路和说话,7个月能写字和下棋。3岁学微积分,4岁时就能读能写日、韩、英、德四国文字。4岁上大学,15岁毕业。

除了IQ高外,他还是一位才华横溢的画家和诗人。金恩荣现生活在韩国,拥有足够的时间做自己此前没有机会做的事情,例如重新感受一下童年。