| 将波动性与随机性分离揭示了精神病理学的跨诊断计算特征 |
Fang, X. |
2026-05-24 |
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适应性学习需要区分环境潜在状态的变化（即波动性）与观测值逐刻的随机性。两者对学习率提出相反要求：波动性需要更快的更新速度，随机性则需要更慢的更新速度。由于两者都会放大经验方差，导致推断容易受到系统性个体差异的影响，进而可能对精神病理学产生影响，因此将它们分离开来在计算上具有挑战性。三种计算表型捕捉了这种变异：完整学习者；随机性盲学习者（将噪声视为变化而过度更新）；以及波动性盲学习者（将变化视为噪声而更新不足）。在两个大规模在线样本及三项任务中，我们发现这些表型与跨诊断精神维度之间存在双重分离：随机性盲学习者在内化维度（焦虑、抑郁）上得分更高，而波动性盲学习者在外部化维度（行为成瘾、强迫性）上得分更高。因此，不同的症状维度对应着关于不确定性推断的不同失败模式，这支持了精神病理学中学习-不确定性缺陷的选择性而非普遍性解释。 |
| 在人类前额叶皮层中跨多尺度绘制精神分裂症的空间组织分子与遗传特征图谱 |
Kwon, S. H. |
2026-05-24 |
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背外侧前额叶皮层（dlPFC）是精神分裂症（SCZ）认知功能障碍的核心区域，但分子变化如何在大脑皮层中组织仍不清楚。本研究对死后人类dlPFC组织，采用互补性空间转录组学方法，覆盖层域、微环境及细胞类型。在层域层面，SCZ相关转录变化在胶质细胞富集区域（第1层/脑膜及白质）最为显著，包括小胶质细胞相关基因下调，而遗传风险则定位于神经元丰富的灰质。我们进一步分析了与SCZ相关的微环境，包括神经毡、神经元、神经元周围网络及血管区域。在这些微环境中，神经元和突触的转录变化在神经毡中最为突出，表现为活动依赖性突触基因及抑制性神经元标志物下调。在细胞层面，这些信号反映了定位于细胞类型的内在改变。跨分析结果均指向BDNF-TrkB信号通路改变及抑制性环路功能障碍。综上，我们的发现强调空间尺度是解析SCZ相关生物学中神经元与非神经元特征的关键决定因素。 |
| 血管模式通过HIF1α-Vegf信号通路影响膜内骨化。 |
Dash, S. |
2026-05-24 |
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器官和组织的发育与血管系统密切相关，血管系统负责运输血液和营养物质，并帮助清除代谢废物。血管系统主要由内皮细胞构成，这些细胞提供结构支撑、形成屏障，并作为发育信号的来源。我们近期发现，介导转录调控的多蛋白复合体——中介体，对血管正常发育至关重要。本研究聚焦于中介体尾部亚基Med23在内皮细胞中的特异性功能。通过Tek-Cre技术在小鼠胚胎中特异性敲除内皮细胞Med23，导致血管异常，包括水肿、出血和血管结构紊乱，同时伴随颅面部缺陷如下颌发育不全和腭裂。神经嵴细胞的形成和迁移未受影响，但Med23突变体颅面区域中神经嵴细胞的成骨分化严重受损。空间转录组学分析显示，关键血管和成骨基因（如Vegfr1和Col1a1）表达下调，且内皮细胞与成骨细胞群体间的信号动态发生改变。Med23突变体中观察到HIF1表达升高和VEGF信号减弱，提示缺氧驱动的成骨细胞成熟抑制。与此模型一致，联合使用HIF1抑制剂和VEGFA补充剂可挽救颅面骨化异常并延长胚胎存活时间。这些发现揭示了Med23在协调血管模式与膜内骨化中的关键作用，并凸显颅面真皮骨与中轴骨及附肢软骨内骨发育对缺氧和血管生成的不同需求。因此，颅面血管系统（尤其是内皮细胞）在颅面发育过程中对神经嵴细胞分化具有指导性作用。 |
| 脊椎动物KCNH电压门控钾通道的进化分析及其在斑马鱼胚胎中的表达 |
Wu, K. |
2026-05-24 |
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电压门控钾通道（Kv）是一个包含40个成员、分属12个亚型的大型钾通道家族。KCNH基因编码电压门控钾通道的3个亚家族：Kv10（EAG，醚-阿-勾-勾）、Kv11（ERG，EAG相关基因）和Kv12（ELK，EAG样钾通道）。Kv通道在神经系统和心血管系统中发挥重要作用。Kv通道突变与多种人类疾病相关，如癫痫、心律失常和癌症。目前对蛋白质结构、生理功能及药理调节剂的研究已取得显著进展，但脊椎动物KCNH基因在胚胎发育过程中的进化史和基因表达仍鲜为人知。我们系统鉴定并克隆了斑马鱼中的14个kcnh基因，随后通过系统发育和共线性分析研究了脊椎动物KCNH通道的进化。数据显示，KCNH基因家族的三个亚型在无脊椎动物中已进化形成，远早于脊椎动物的出现。脊椎动物KCNH基因数量的增加很可能源于全基因组复制事件。此外，我们通过原位杂交技术检测了斑马鱼早期胚胎发育过程中kcnh基因的表达模式。各亚组基因表现出相似但具有差异的表达域（部分例外），多数在神经组织中表达。值得注意的是，kcnh6a在发育中的心脏呈现强表达，与其在心脏复极化中的保守功能一致。另有少数kcnh基因在体节和脊索等非神经组织中短暂表达，提示其在胚胎发育中可能具有独特作用。我们对KCNH通道的系统发育和发育分析揭示了其进化史及胚胎发生过程中的潜在作用，这与它们的生理功能和人类通道病研究相吻合。 |
| 达尔文适合度、其方向导数，以及考虑代内与代际环境随机性下具有等级结构的有限扩散的汉密尔顿法则 |
Lehmann, L. |
2026-05-24 |
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达尔文适合度在此等同于入侵适合度，定义为决定单一突变类型命运（必然灭绝或可能扩散）的量。我们将其与表型导数共同推导，用于有限遗传混合下的群体结构种群演化，其中目标物种的人口统计及其环境被建模为离散时间随机过程。繁殖、生理发育、扩散和生存受群体内及群体间相互作用、代际及代内环境波动的影响。通过随机环境中的多类型分支过程，我们证明入侵适合度可由随机增长率预测，该增长率在生物学上具有两种有意义的谱系学表征方式：其一，突变谱系代表性成员每时间步产生的预期人均突变拷贝数的长期几何平均值；其二，该个体产生的预期生殖价值加权人均突变拷贝数的长期几何平均值。后一种表征方式有助于计算入侵适合度的表型方向导数。此外，该导数可写为由驻留种群过程属性导出的以行为者为中心的包容性适合度效应，该效应取决于类别特异性适合度差异、亲缘关系、生殖价值及类别频率。然而，除非世代与类别特异性适合度定义随机矩阵，否则该导数无法将随机生殖价值与亲缘关系和类别频率分离，需通过模拟评估。总之，我们从生物学角度普遍形式化入侵适合度，并展示如何由此推导出汉密尔顿边际法则。 |
| Deep-Pose-Tracker：一种用于秀丽隐杆线虫行为分析的统一模型 |
Saha, D. |
2026-05-24 |
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追踪和分析动物行为是神经科学和发育生物学等领域的关键步骤。以秀丽隐杆线虫的行为研究为例，这有助于理解生物如何响应外界信号，以及特定生理反应如何与即时或习得行为相关联。尽管通过运动轨迹和姿态动态追踪行为是常规操作，但人工执行时既繁琐又耗时。因此，自动化这一过程对于准确快速检测和分析至关重要。为此，本研究开发了Deep-Pose-Tracker（DPT），这是一种端到端深度学习模型，旨在自动化分析秀丽隐杆线虫的姿态动态和运动行为。该模型基于YOLO（You Only Look Once）架构，能够自动检测和追踪线虫，同时测量运动速度、方向、前进或后退运动以及复杂身体弯曲（如omega转弯）等关键行为特征。此外，模型还包含特征蠕虫分解，可在低维空间中表示复杂姿态动态。该模型在评估和测试数据集上表现出可靠性能，推理速度快且用户友好。因此，DPT可成为研究不同环境刺激下行为的重要工具包。 |
| 多组学状态转换揭示急性髓系白血病治疗后转录组去同步化 |
Rangel Ambriz, J. |
2026-05-24 |
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外周血转录组的时间动态对于理解白血病演变和治疗反应至关重要，因为它能揭示基因表达程序如何驱动异常细胞状态、疾病异质性和治疗耐药性。我们利用状态转换的数学模型，在急性髓系白血病小鼠模型中研究了外周血信使RNA和微小RNA转录组的时间动态。在该模型中，mRNA和miRNA转录组被表示为在二维多组学势能景观中进行布朗运动的粒子。化疗后，我们观察到该景观出现不对称偏移，导致mRNA与miRNA转录组反应在时间上不同步。具体而言，mRNA轨迹在治疗后几乎立即响应，而miRNA反应延迟约两周。聚类分析发现，这种时间延迟主要由小鼠染色体12qF1和人类染色体14q32上印记基因Dlk1-Dio3区域的一个显著miRNA簇驱动。尽管该区域此前已被证实与急性早幼粒细胞白血病、淋巴瘤和代谢失调相关，但本研究首次提供了Dlk1-Dio3位点与AML化疗反应及治疗诱导的转录组不同步相关的证据。该框架为识别血液恶性肿瘤中治疗反应的生物学驱动因素及新型治疗靶点提供了一种创新的动力学策略。 |
| 含磷镁/铁层状双氢氧化物分散在花旗松生物炭上作为控释肥料及其对矮生菜豆（Phaseolus vulgaris）生长的影响。 |
Singh, T. |
2026-05-24 |
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许多农业土壤缺乏植物健康生长所需的关键大量营养素。长期依赖高水溶性商业肥料成本高昂且对环境有害。本研究探究了一种负载磷的镁/铁层状双氢氧化物（LDH）分散在花旗松生物炭上（Mg/Fe-LDH生物炭）作为控释肥料，并评估其对菜豆（Phaseolus vulgaris L.）生长的影响。研究强调可持续性，整合了控释肥料、生物炭和LDH改性，以提高养分利用效率并减少环境径流。通过共沉淀法在生物炭上直接合成Mg/Fe-LDH，利用阴离子交换将磷酸盐负载到复合材料上，并通过元素分析、N2 Brunauer-Emmett-Teller（BET）比表面积分析和X射线光电子能谱对材料进行表征，确认了花旗松生物炭上成功的LDH改性，以及高比表面积和可及活性位点。合成得到稳定的P-Mg/Fe-LDH生物炭，具有增强的分散性和磷酸盐缓冲能力，可实现控释施肥。在温室实验中，与未施肥对照组和传统磷肥相比，使用P-Mg/Fe-LDH生物炭种植的菜豆在100.88 kg（P2O5）ha-1施用量下表现出改善的生长指标，包括产量增加（豆荚鲜重31.7克）、生物量（植株干重6.3克）、株高（32.8厘米）和养分吸收提高（1.88 mg（P）g-1），表明实现了高效、控释的磷酸盐供应和持续的养分有效性。结果表明，整合LDH改性生物炭可增强磷吸收和植物生长，同时减少淋溶损失。总体而言，本研究强调了结合生物炭、层状双氢氧化物和控释配方的战略意义，以推进可持续养分管理并改善农业生态系统中的作物表现。这些发现为符合资源效率和粮食安全全球目标的环保肥料设计与土壤改良策略提供了有前景的途径。 |
| 多谱系转录和细胞通讯特征定义了启动和维持类风湿关节炎的个性化演变机制。 |
Liu, C. |
2026-05-24 |
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类风湿关节炎（RA）是一种因高危个体免疫耐受丧失及自身抗体产生而引发的系统性自身免疫疾病。靶向治疗应答存在个体差异，现有预防策略虽能延缓但无法阻止疾病发生。我们提出：一组转录因子（TFs）及其下游通路调控高危人群与RA患者中炎症细胞通讯网络。这些网络可驱动多种致病细胞类型及介质，并可能解释靶向药物应答差异。为验证该假说，我们筛选了抗环瓜氨酸蛋白抗体（ACPA）阳性高危个体、早期及确诊RA患者与健康对照。通过整合外周血单个核细胞的单细胞染色质可及性与转录组图谱，发现共享致病机制，尤其是SUMO化修饰、RUNX2、YAP1、NOTCH3及β-连环蛋白通路。令人意外的是，该特征信号存在于多种细胞类型中。随后在RA滑膜组织中验证了个体化基因表达模式。细胞通讯分析显示，多谱系细胞均可向受体细胞传递核心促炎介质。纵向分析表明，特征性细胞类型在高危个体中动态演变。细胞类型特异性通路可能影响靶向治疗的临床应答差异。本研究揭示了相同临床表型如何源于多种致病机制。 |
| 前青春期功能性脑网络与青春期发育时机及抑郁症状的相关性 |
Metoki, A. |
2026-05-24 |
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背景：与同龄同性别的同伴相比，青春期发育时机的差异（青春期启动时间）与青少年期抑郁症状风险增加有关。这一发育阶段还以功能性脑网络的大规模重组为特征。然而，青春期启动时间如何影响静息态功能连接（rsFC）变化及抑郁风险仍不明确。方法：本研究基于青少年脑认知发展（ABCD）研究，分析了9-11岁青春期前儿童的青春期启动时间与rsFC的关联。通过父母报告的身体发育数据，采用青春期年龄差距法估算青春期启动时间。使用线性混合效应模型和贝叶斯多层模型，评估大规模功能性脑网络中青春期启动时间与rsFC的横断面及纵向关联。同时检验rsFC差异是否解释了青春期启动时间与后续抑郁症状之间的关联。结果：青春期启动较早与rsFC的异质性模式相关，在女性中效应更强且更广泛。女性中，青春期启动较早与感觉运动网络和联合网络的rsFC增减均相关；而男性中，关联更局限，主要集中于感觉运动和小脑系统。纵向分析显示，女性青春期启动较早可预测两年随访时rsFC的降低，男性中无显著关联。rsFC差异未能解释青春期启动时间与后续抑郁症状的关联。结论：青春期启动时间与青少年早期脑功能连接的性别特异性模式相关，女性表现出更大的异质性和更广泛的网络参与。这些发现表明青春期发育促进了功能性脑网络的早期重组，但这些变化并未解释后续的抑郁症状。 |