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吸烟对立即种植牙稳定性的影响-前瞻性病例系列研究（上）4.讨论区当前的研究结果表明，吸烟者在美学上立即植入后以及上颌骨的后部区域对植入物稳定性有负面影响。假体加载18个月后，两组之间植入物周围的边缘骨丢失无显着差异。牙科植入物的稳定性是实现适当愈合的关键因素，因此，植入物假体治疗的成功与否取决于骨的质量，植入物的性质以及手术技术[27,28]。在我们使用的植入物中，螺距为2.4毫米似乎很多，但双螺纹设计弥补了这一不足，单螺纹之间的最大距离为1.2毫米。由于可变螺纹设计在冠状部分更宽，在根尖方向更深，因此植入物的主要稳定性也得到了增强。结果，这可以提供很高的初级植入物稳定性，甚至在软骨头上。在美学区域进行的定期测试显示，吸烟者和非吸烟者在植入当天以及手术后24个月的植入物稳定性没有显着差异。尽管在进行假体加载时（手术后6个月），吸烟者的植入物稳定性比不吸烟者低。在上颌骨的后部区域，在植入当天以及之后的6个月内，吸烟者的稳定性较低。 Sanchez-Perez等。在比较吸烟者与非吸烟者时，发现PT值总体上没有显着差异，但是他们发现较高的Periotest值（较低的稳定性）与植入失败的风险增加相关。此外，与不吸烟者相比，吸烟者的治疗成功率显着降低（分别为84.2％和98.6％）。吸烟量的增加导致差异更加明显，因为每天吸烟超过20支的患者5年后的失败率升至30.76％[10]。 Mesa等。同样，吸烟者和非吸烟者的Periotest值也没有差异[9]。随访2年后，两组患者均未观察到植入失败。在上述研究中观察到的差异（描述了在已愈合的牙槽c中进行的植入）可能归因于不同类型的手术方案，因为我们的患者接受了异种骨替代物进行的即时牙槽骨内植入。越来越多的证据表明，植入物的过度活动性（超过约150微米的阈值）会抑制骨整合过程，并可能导致在植入物与周围骨骼之间形成结缔组织层[29]。此外，基于二次稳定性测量，已经描述了可用的临床稳定性测量方法，例如Osstell设备中使用的共振频率分析，适合于预测植入失败的风险[30,31]。RFA和插入扭矩值代表了基本稳定性的两个不同特征，这一点非常重要。 RFA表示对弯曲载荷的抵抗力，ITV表示对剪切力的抵抗力[21]。在皮质骨较厚的情况下，ITV或RFA的测量可能会明显高估，这只能在与皮质骨接触的狭窄区域内提供植入物的初步稳定，而植入物可能无法在其中出现的部分中达到稳定。松质骨。在这些情况下，诸如VTW（可变扭矩功）或IE（插入能量）之类的动态测量方法对于确定实际力至关重要，植入物可以稳定在骨骼中。在我们的研究中，所有病例均立即植入新鲜的牙槽窝中，这意味着皮质骨缺失。根据Lekholm和Zarb分类，骨骼为III级甚至IV级[19]。这就是为什么RFA似乎是可靠的主要植入物稳定性评估方法，并且在这些骨骼状况下与VTW和IE相关联[32]。我们的结果显示，手术时后方吸烟者的平均ISQ值分别为60.4±0.4，不吸烟者后平均ISQ值分别为64.0±0.5和67.2±0.6。可以注意到，在上颌骨后部进行手术时，大多数吸烟者正处于即刻植入的边缘，而不吸烟者超出了这些要求，因此很容易推荐用于两阶段常规负荷植入。六个月后，应谨慎进行吸烟者植入物的装填（可能要使用几个月的临时未完全装满的牙冠），而非吸烟者的植入物可能会装上永久性的牙冠。我们的结果显示，在审美区域，手术时吸烟者的平均ISQ值分别为58.5±0.4，非吸烟者为60.0±5.1，负重时分别为65.52±5.05和67.61±5.11。可以注意到，在上颌骨的美学区域进行手术时，大多数吸烟者的状况低于立即植入的资格，而在大多数情况下，不吸烟者则符合这些要求。六个月后，应始终谨慎地吸烟者的植入物进行装载（使用暂时未完全装载的牙冠几个月），而非吸烟者似乎已准备好永久装载。通过共振频率分析测得的涉及植入物稳定性的先前研究结果是异质的。大部分的作者得出结论，烟草消费与植入物稳定性的差异无关[8,11,12]。 Badenes等人的最新研究。据报道，吸烟者不会影响主要植入物的稳定性，而吸烟者的次要稳定性可能会降低。此外，在愈合期间，在骨整合过程中，吸烟者的植入物稳定性下降了0.91 ISQ点，而在不吸烟者中，植入物的稳定性增加了2.69ISQ点[13]。另一方面，Sayardoust等。结果表明，在植入当天，手术后1天，7天和14天，吸烟者的植入物稳定性显着高于不吸烟者。但是，在植入后28天，两组患者之间的差异并不显着[14]。多样化的研究方案和手术程序阻碍了直接比较获得的结果。关于吸烟对植入物稳定性影响的可用结果存在很大差异，这表明需要进一步探索骨整合过程并澄清导致观察到差异的因素。Alfadda等人最近的荟萃分析。这表明吸烟每年平均使植入物周围的边缘骨损失平均增加0.11 mm [1]。其他荟萃分析证实吸烟者植入物周围的边缘性骨丢失增加[33,34]。在当前的研究中，18个月后的边缘骨丢失量低于上述荟萃分析中报告的大多数结果。这可能归因于不同的手术技术。在我们的研究中，假体负荷后18个月，吸烟者和不吸烟者在牙槽骨中观察到的边缘萎缩在上颌骨的美学区域和后部区域均无显着差异。在当前研究中，吸烟者和非吸烟者在植入物稳定性方面的差异在所有时间点都是相似的。基于ISQ值增加的植入物稳定性生长动力学的统计分析未显示两组之间的显着差异（美学面积p = 0.124，后部面积p = 0.188）。可以得出结论，在植入后的6个月内，吸烟并未明显影响骨整合过程本身。Sun等人的一项研究比较了吸烟者和不吸烟者之间的骨整合过程，结果表明，吸烟者植入后的愈合过程可能较慢。结果表明在植入后的最初几周内，最初获得植入物二级稳定性的时间延长。然而，在术后12周，吸烟者与不吸烟者之间的差异并不显着，这与我们的观察结果一致[11]。另一方面，萨亚库德（Sayardoust）表明，在植入当天，手术后1天，7天和14天，吸烟者中植入物的稳定性显着高于不吸烟者。但是，术后28天，两组患者之间的差异并不显着[14]。吸烟对骨骼代谢有负面影响，它阻碍了肺泡骨髓间充质干细胞的正常功能和增殖。赵等人的研究。结果表明，这些变化还与术后3周至6周吸烟者骨整合障碍和植入物稳定性降低相关[12]。由于我们的研究中使用了不同的手术技术（封闭式愈合），由于在手术后的最初几周内正在进行的愈合过程，因此无法进行植入物检查。通过测量植入后6个月的植入物稳定性，我们发现植入物稳定性生长动力学没有显着差异，这与上述研究一致。当前研究的局限性之一涉及稳定性评估的间接方法的使用。尽管ISQ指数与植入物微动度的大小有很强的相关性，但与之并不完全一致[35]。绝对微迁移率值的测量可能已提供了有关骨-植入物界面质量的更精确信息，并且可能已为吸烟者提供了骨整合过程的更广泛图像。迄今为止，还没有可用的设备可用于临床环境以评估实际的微动性。植入物的稳定性受多种生物学，机械和技术性质的因素影响。在我们的研究中，参数包括年龄，种植体直径，种植体记录长度，近中距和颊-骨尺寸的种植体角度，扭矩和边缘骨丢失。在美学领域，还评估了牙槽窝深度，钻孔深度和植入物在骨中的埋入水平。分别评估每个参数与稳定性测量结果的相关性，以控制研究结果的潜在混淆。Baltayan等人的研究。证明通过共振频率分析的植入物稳定性测量方法适合预测植入物假体治疗的风险-生存率与ISQ测量值相关。此外，记录的所有失败都发生在植入物加载时ISQ小于67时[36]。在我们的研究中，吸烟者在植入物当天的平均植入物稳定性在后部和前部区域均低于该水平。尽管在2年的观察期内生存率达到100％，但在吸烟者中观察到的植入物稳定性显着降低可能被认为是影响该组患者植入物长期预后的因素，因此采用较高的失败风险，例如立即或早期植入物，应谨慎使用，尤其是在存在其他风险因素的情况下[36,37]。在植入物加载之前执行的植入物稳定性测量可以帮助避免这种情况，在这种情况下，将超过适当的骨整合过程所需的阈值植入物稳定性水平。由于牙槽天然骨的存在，许多植入物被插入成角。这就是为什么在很多情况下，用于拧入上层建筑的技术孔会投射到冠的阴唇壁上的原因。特别是在美学区域，这是不可接受的。这就是为什么对所有患者均采用胶结的上层建筑以避免结果变化的原因。拟议的程序使得植入后24个月无法测量ISQ。在研究的这个时间点，我们只能使用Periotest。一些最新研究认为PT值是一种非常可预测的植入物稳定性测量选择，甚至与一段时间内的边缘骨丢失相关。常规的稳定性测量可能有助于植入假体治疗的长期成功[38]。 5.结论吸烟者与不吸烟者之间的主要和次要稳定性差异不大，但可能决定取消手术资格或推迟手术后6个月最终冠的交付，以及延长在吸烟者中临时冠的使用期限案件。与不吸烟者相比，吸烟者在上颌后部的即刻植入物的主要稳定性可能较低。与不吸烟者相比，在吸烟者中上颌骨的美学和后部区域，即刻植入物的次要稳定性可能较低。立即植入过程中，对更多的参与者进行了进一步的研究，并对牙周分析（例如，针尖深度，探查出血）和骨生物学（例如，骨密度分析，骨增加对植入物愈合和稳定性的影响）领域有了更深入的了解仍然需要吸烟者。参考文献1. 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2020-12-23 18:10:10
吸烟对立即种植牙稳定性的影响-前瞻性病例系列研究（结论）来源于：MDPI皮奥特·维乔万斯基1（Piotr Wychowanski）1，†，安娜·史达文斯卡2（AnnaStarzyńska）2，*，†，芭芭拉·阿利卡（BarbaraAlicja Jereczek-Fossa）3,4，伊娃·伊瓦尼卡（Ewa Iwanicka）-格热格里克（PrzemysławKosewski）1，宝琳娜·亚当斯卡（Paulina Adamska）2和雅罗斯瓦夫·沃林斯基（JarosławWoliński）61波兰华沙Binieckiego街6号，华沙医科大学口腔外科，02-097； piotrwychowanski@wychowanski.pl（P.W.）; pkosewski@wum.edu.pl（P.K.）2格但斯克医科大学口腔外科系，波兰格但斯克80-211 Dbinbinki 街7； paulina.adamska@gumed.edu.pl3IRCCS，IEO欧洲肿瘤研究所放疗科，意大利米兰20-141 Ripamonti Street 435； barbara.jereczek@ieo.it米兰大学肿瘤与血液肿瘤系4，意大利米兰20-112，Festa del Perdono街7号5波兰华沙Binieckiego街6号，华沙医科大学，保守牙科系，02-097，波兰； ewa.iwanicka-grzegorek@wum.edu.pl6波兰科学院Kielanowski动物生理与营养研究所动物生理学系，波兰Jabłonna，Instytucka 3 Street，05-110； j.wolinski@ifzz.pan.pl*通讯：anna.starzynska@gumed.edu.pl;电话：+ 48-58-349-15-71†PiotrWychowański和AnnaStarzyńska同样为当前工作做出了贡献，应被视为共同第一作者。 收到：2020年11月17日接受：2020年12月19日发布时间：2020年12月22日 摘要：背景：吸烟显着影响牙周组织的生物学，并导致种植体周围疾病的风险增加。该研究的目的是调查吸烟是否会影响拔除后立即插入新鲜牙槽中的上颌牙植入物的主要和次要稳定性。方法：本研究针对164例年龄在27-71岁之间的患者进行。每天有67个人吸烟超过20支香烟，其中97人为不吸烟者。 190个即刻植入物被插入上颌骨。立即植入，同时用异种骨移植材料扩大牙槽。在后部区域，将植入物插入into骨槽中。植入物的稳定性使用插入扭矩值（ITV）和两种类型的设备进行测量：Periotest（PT）和Osstell（ISQ）。在锥形束计算机断层扫描中评估边缘骨丢失。结果：在美学领域，吸烟者在植入后6个月的PT值分别高于非吸烟者（p <0.05）。与非吸烟者相比，在植入后6个月，吸烟者的ISQ值显着降低（p = 0.0226）。与非吸烟者相比，在植入后一天（p = 0.0179），术后6个月（p = 0.0003）和术后24个月（p <0.0001），吸烟者的PT值均较高。 ， 分别。吸烟者在植入当天以及植入后6个月时的ISQ值分别低于未吸烟者（p = 0.0047）（p= 0.0002）。吸烟者和不吸烟者在负重后18个月，在美学以及后方区域的边缘性骨丢失没有显着差异（p>0.05）。吸烟者的ITV测量值在美学方面（16.3对17.5 Ncm）和后方区域（16.8对17.9 Ncm）比不吸烟者低。结论：这项研究表明吸烟对上颌即刻植入物的稳定性有负面影响。与不吸烟者相比，吸烟者在上颌后部的即刻植入物的主要稳定性可能较低，这可能会使吸烟者从该区域的即刻植入物中消除。与不吸烟者相比，在吸烟者的美学和后方区域，即刻植入物的次生稳定性可能较低，这可能会鼓励在手术后6个月推迟最终冠的分娩，并且在某些吸烟者中会延长临时冠的使用时间。 关键词：立即植入；植入物稳定性抽烟;牙种植体的危险因素；周期测试奥斯特尔 1.介绍吸烟被认为是植入物假体治疗的危险因素，因为吸烟者中植入物的失效率几乎是非吸烟者的2倍[1]。最近的荟萃分析表明，吸烟的效果与剂量有关，每天吸烟20支以上的患者的植入失败风险高4倍[2]。香烟对头颈部区域伤口愈合的多方向影响，对骨整合过程的影响以及对口腔微生物组组成的影响，均会影响植入治疗的效果[3-5]。植入物的稳定性是骨整合过程中的关键因素。通过植入物表面和骨骼之间的机械力获得的原始植入物稳定性主要取决于植入物的设计和尺寸，骨骼结构和插入规程。二级植入物的稳定性在植入物骨整合后获得，并由骨组织与植入物表面之间的生物连接构成[6]。植入物的稳定性是适当骨整合的前提，因为植入物的过度微动性可能会破坏与钛螺钉接触的骨骼的形成，并可能导致植入物的纤维包封[7]。关于吸烟者中牙种植体稳定性的文献有限。先前的大多数研究报告表明，完全整合骨后，吸烟对植入物的稳定性没有显着影响[8-12]。最近的一项研究表明，吸烟者的稳定性较低[13]，而另一项研究表明，吸烟者的基本稳定性可能高于不吸烟者[14]。一些研究人员发现，烟草的使用可能会改变骨整合的过程，吸烟者获得次生稳定性的过程可能会较慢[11,12]。与吸烟者中的植入物稳定性有关的现有证据很少。异类结果似乎是矛盾的。所有上述研究均评估了以常规方式在愈合的牙槽骨c中插入的植入物。如今，有许多新技术可将种植体放置在同时再生的骨骼，骨种植体中，或将拔牙后的种植体直接放置在新鲜的窝中[15-17]。迄今为止，尚无研究评估抽烟后立即插入新鲜牙套中的即时植入物在烟民中的稳定性。此外，大多数现有研究是根据采用开放式植入物愈合模型的一步法进行的。种植体插入的前后区域之间没有比较[8-11,13,14]。当前的研究集中在插入美观的即刻植入物以及上颌骨的后部区域，在该区域中所有植入物均经历了封闭的愈合过程。这项研究的目的是通过共振频率分析（RFA）客观比较吸烟和非吸烟患者上颌骨前后区域立即种植体的主要和次要稳定性（种植体插入后6和24个月）。和阻尼能力（PTV）。 2.材料和方法2.1.学习规划前瞻性病例系列研究是在波兰华沙医科大学口腔外科进行的。该研究包括164名患者。研究参与者是在2012年至2015年（进行手术）期间招募的，观察期为两年。患者被告知研究目的并获得知情同意。该研究得到华沙医科大学生物伦理委员会的批准，许可号：KB / 278/2012。 纳入研究的标准如下：没有慢性疾病，没有服用任何慢性药物，在口腔其他部位缺乏局灶性感染，正常的口腔卫生，因龋齿而掉牙的患者的健康患者问题，牙周炎，牙齿破裂和吸收。排除标准如下：中度吸烟者（少于20包年），磨牙症，咬合副功能（例如，紧握，打磨，敲打牙齿，咬住嘴唇和脸颊的粘膜，咬指甲和口香糖），牙槽缺损插座壁，前庭骨板除外。在存在慢性根尖周炎的情况下，患者符合延迟植入方案的条件，因此未纳入研究。 2.2.植入物功能使用了SPI植入物（Alpha-Bio Tec。，以色列Petah Tikwa）。 SPI是一种有源螺旋植入物，推荐用于D3和D4骨，其高螺距为2.4 mm。 SPI具有自钻，自攻和自凝结特性。具有六角连接2.5毫米，获得专利的NanoTec表面，高BIC（骨植入物触点）和平台切换。所使用的植入物的特征是略微渐缩的主体和逐渐变细的芯，即比主体更明显的特征。 2.4毫米步距的双螺纹设计与可变螺纹设计一起使用：冠状-较厚的方螺纹，中-较细的方螺纹和顶-V螺纹。螺纹深度沿顶端方向增加。同时用牛异种骨替代材料（颗粒直径为0.5–1 mm； Alpha-Bio的天然骨移植物，Alpha-BioTec。，以色列Petah Tikva）来增强肺泡。 2.3.外科手术术前常规进行锥束计算机断层扫描（CBCT）扫描，以评估植入物的未来位置并确认牙槽骨壁的完整性。记录参数，例如植入物直径和长度，插入角度，扭矩，牙槽窝深度，钻孔深度以及植入物在骨中的嵌入水平。没有评估骨的密度。外科手术由P.W.获得最佳口腔卫生后，从手术前一天开始，每12小时给予植入物，覆盖抗生素并口服口服Augmentin（875 mg阿莫西林和125 mg克拉维酸），每7小时给予一次。使用在1 mL溶液中包含40 mg盐酸阿卡替丁和0.01 mg酒石酸肾上腺素的药筒进行浸润麻醉。在美学区域，使用脱模器和镊子对牙齿的创伤最小。立即使用SPI植入物进行植入，并根据制造商的说明插入植入物。同时用直径为0.5–1mm的牛异种骨替代材料增强肺泡（以色列以色列Petah Tikva的Alpha-Bio公司的天然骨移植物，Alpha-Bio公司）。仅在牙槽的边界内进行美学区和后区的增强。前牙区缺失的牙齿通过马里兰州的粘性牙桥暂时修复。在后部区域，根据Wychowański等人描述的方法立即植入植入物。 [18]。去除冠和根部分离后不久，用脱模器和镊子进行无创伤性拔牙。提取后的牙套被彻底刮除。颊和pa的肺泡中都充满了牛异种物质（颗粒直径为0.5–1 mm，Alpha-Bio的天然骨移植物）。然后，使用直径增大的工具手动准备in上牙槽中的植入床，以使生物材料凝结并扩大植入床。根据制造商的说明插入了SPI植入物（Alpha-Bio Tec。，以色列Petah Tikva）。进行对照CBCT扫描，并使用手术骨水泥（Septo-Pack，Septodont，法国巴黎）。所有植入物均进行了6个月的闭合愈合[18]。在美观区域，插入了129个长度为11.5、13或16毫米，平台直径为3.3、3.75或4.2毫米的植入物。在后部区域，插入了61个长度为10或11.5 mm，直径为3.75或4.2的植入物。每个患者接受1或2个植入物。根据Lekholm和Zarb分类，在所有植入部位均发现了III级和IV级骨[19]。表1详细介绍了研究参与者的特征。 2.4.术后护理在手术后30分钟，如果出现疼痛，则再次给患者服用500mg布洛芬。指导患者吸烟对植入物稳定性和伤口愈合的负面影响，并指导患者术后2天避免吸烟。建议患者每天两次用含0.12％洗必泰的溶液漱口，持续2周。每年进行两次涉及去除细菌生物膜和牙结石的专业预防程序。所有植入物的上层结构均为单一单位的牙冠。我们在锆的基础上进行了陶瓷冠。我们使用Maxcem Elite自蚀刻和自粘树脂胶（Kerr Italia）在锆基台上固定牙冠。表1.研究参与者的特征。 2.5.稳定性测量使用两种设备测量了牙植入物的稳定性：Periotest Classic（德国Modautal的Medizintechnik Gulden）和Osstell Mentor（瑞典的哥德堡Osstell）。在植入当天，6个月后（在假体加载当天）和植入后24个月后再次进行稳定性测量。由于存在粘结的假体上层结构，植入后24个月未使用Osstell仪器进行稳定性测量。Osstell Mentor设备使用共振频率分析（RFA）来评估植入物的稳定性。该设备以磁性方式感应植入物的振动并测量其移动频率。结果用ISQ量表（值：从0到100 – ISQ值的增加与植入物稳定性的提高相关[20,21]。根据生产商手册和研究数据，ISQ的测量值主要有四个范围：小于60（由于植入物稳定性低，请考虑保守方法），60-65（建议分两阶段进行常规加载），65-70（一可能需要提前阶段进行加载，并且应超过70（建议一阶段立即加载）[22,23]。在颊舌和前后平面中进行了三次测量，并对结果取平均值以最小化测量误差。最终的ISQ结果是从两个平面获得的值的平均值。Periotest Classic设备的设计旨在通过测量敲击过程中监测杆尖端与被测表面之间的接触时间来识别植入物的阻尼能力和刚度。使用范围从-8到+50的PTV（周期值）单位表示结果，其中较低的PTV与植入物的较高稳定性相关[24]。通过垂直于愈合基台或义齿冠的长轴在其最顶端点应用设备的尖端进行测量。在颊舌平面中重复测量三次，并将结果取平均值。在植入当天，使用OsseoCare Pro钻孔装置Bien Air Dental测量插入扭矩值（ITV）。 2.6.边缘骨丢失测量使用CBCT评估可重复方式在种植体的中，远侧以及lat和前庭方面的边缘骨丢失情况，以评估牙槽骨[25,26]。使用Kodak3000C3D CBCT设备（柯达牙科系统，美国佐治亚州亚特兰大），使用版本为6.12.32的Dental Imaging软件，在假体加载当天（植入后6个月）和假体修复后18个月进行测量。柯达牙科系统公司，美国乔治亚州亚特兰大）。从植入物的肩部水平到最近的骨水平进行测量。扫描在两个平面上进行评估：颊-骨（在颊侧上进行一次测量，在植入物的side侧上进行一次测量）和近中距（在种植体的内侧上进行一次测量，在植入物的远端上进行一次测量）。记录的结果是四次测量中最高的。进行测量的研究者对于患者被分配到哪一组视而不见。分析材料的顺序是随机的，以补偿测量过程中学习曲线中的潜在偏差。边际骨损失测量和植入物稳定性测量都是如此。 2.7.统计分析对于两个研究组，使用d（效应量）= 0.85，使用G * Power软件版本3.1.9.4在α= 0.05且80％功效下进行单尾t检验，估计样本量。达到d值为0.85假设最小增量= 0.51，最大SD = 0.60。 SD是根据我们以前的研究获得的。一组的推荐样本量为18例。所有数据均表示为平均值和标准偏差。首先使用Kolmogorov-Smirnov检验检查数据的正态性（数据未显示）。使用未配对的t检验或Mann-Whitney检验（某些数据不是正态分布）比较两组（吸烟者和非吸烟者）之间的差异。如果可能，对显着性检验进行2-尾检，并以0.05的显着性水平进行。皮尔逊检验用于测量变量之间的相关性分析。没有丢失的数据。 3.结果3.1.患者特征这项研究针对164位患者进行：74位男性和90位女性，年龄在27至71岁之间（平均年龄49岁）。该组患者包括67名患者，他们每天至少抽烟20支，吸烟时间至少10年（超过10包年-重度吸烟者），还有97人不吸烟（从未吸烟）。经过2年的观察，植入物的存活率为100％。由于吸烟是牙周炎发展的危险因素之一，因此记录了拔牙的原因，研究组在这方面保持一致。后牙区吸烟者和非吸烟者由于牙周病而拔牙的百分比分别为8％和16％，而在美容区，由于牙周病而拔牙的比例分别为9％和9.5％。研究人群仅限于符合资格标准并在2012年至2015年期间入院的一组患者。总体上，对674例患者进行了资格评估，由于一般慢性疾病而排除了251例患者，其中3例常规服用了镇静剂药物治疗，114例口腔活动性感染，117例磨牙症/咬合副功能障碍和23例患者不能保持适当的口腔卫生。总体而言，本研究排除了508名患者，166名受试者符合纳入标准。所有参与者的随访期均为2年。没有患者失去随访，有2位患者在随访期间戒烟，因此被排除在研究之外。牙齿脱落的原因列于表2。表2.牙齿脱落的原因。3.2.审美领域植入当天，两组之间的Osstell测量值没有显着差异。植入后6个月，吸烟者的平均Osstell测量值显着降低（稳定性较差）（p=0.0226）。植入当天和植入后24个月在美学区域进行的骨灰质素测量结果显示，吸烟者与非吸烟者之间的植入物稳定性没有统计学上的显着差异（p> 0.05）。与不吸烟者相比，吸烟者在植入后6个月的平均Periotest值较高（稳定性较低），分别达到0.34（±0.12）和0.0（±0.09，p = 0.02）。吸烟后18个月，吸烟者和非吸烟者之间在美学区域的植入物周围边缘骨水平无显着差异（p = 0.94）。此外，两组之间的前庭骨板厚度保持相同。结果显示在图1和表3中。吸烟者在后方区域的ITV测量值低于不吸烟者，但未显示出统计上的显着差异，如表1所示。统计分析表明，ITV与吸烟者之间呈正相关。在所有研究组中，periotest（PT）以及ITV和ISQ均无统计学意义。图1.在上颌骨立即植入后，吸烟者和非吸烟者的美学区域中的植入物稳定性。3.3.后区在植入当天（p = 0.0047）以及植入后六个月（p = 0.0002），吸烟者后方的平均Osstell测量值均低于非吸烟者。与不吸烟者相比，在吸烟者中，植入后一天的平均围发期值较高（稳定性较低）（p = 0.0179），植入后6个月（p =0.0003）和植入后24个月（p <0.0001）。植入后18个月，后区的边缘骨丢失量在各组之间无显着差异（p = 0.49）。结果显示在图2和表4中。吸烟者的上颌后部ITV测量值比不吸烟者低，但未显示出统计学上的显着差异，如表1所示。统计分析表明，吸烟者与吸烟者之间存在正相关。在所有研究组中，ITV和PT以及ITV和ISQ均无统计学意义。 图2.在上颌骨立即植入后，吸烟者和非吸烟者后部区域的植入物稳定性。 3.4.其他分析使用Pearson检验对测量变量（Periotest值，ISQ值和骨萎缩）与其他变量（年龄，植入物直径，植入物长度，植入物成角度和插入过程中的扭矩，牙槽窝深度，钻孔深度，和植入物在骨头中的嵌入程度）。在研究的组中，与PT值或ISQ相关的唯一变量是种植体长度，种植体直径和扭矩。这些相关性与文献[24]中以前发表的数据一致。分析了随时间推移植入物稳定性的动态变化，以分析吸烟者与非吸烟者之间的潜在差异。在美学和后部区域之间没有发现显着差异（分别为p = 0.124和p= 0.188）。 点击：查看更多生物学文章免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息，仅代表作者个人观点，与本网无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。
2020-12-23 18:00:00
来源于：PHYS由新英格兰水族馆一只西北印度洋的蓝鲸在阿曼阿拉伯海沿岸潜水。图片提供：罗伯特·鲍德温/阿曼环境协会一个国际研究人员小组发现了一种据信是印度洋西部蓝鲸的新种群。蓝鲸是有史以来地球上最大的动物，在全球所有海洋中都可以找到它们。所有的蓝鲸都会唱出低调且易于识别的歌曲，而且对于研究人员而言，每个人群都拥有自己独特的歌曲，非常方便。在《濒危物种研究》杂志上最近发表的一篇论文中，研究人员描述了一种新的蓝鲸歌曲，该歌曲从阿曼阿拉伯海沿岸穿过，穿过印度洋中部的查戈斯群岛，一直延伸到印度西南部的马达加斯加。海洋。非洲水生保护基金会鲸类计划负责人兼新英格兰水族馆的客座科学家Salvatore Cerchio博士领导了对印度洋西部三个地点的鲸鱼记录的分析。Cerchio博士于2017年首次录制了这首新歌，当时的研究重点是马达加斯加附近莫桑比克海峡的Omura鲸鱼，他认为这是一首从未被描述过的蓝鲸歌。切尔基奥（Cerchio）还与一组科学家合作，收集阿拉伯海阿曼海岸附近的声学录音。这是针对高度濒危的阿拉伯海座头鲸的研究工作的一部分，阿曼环境协会，五大洋环境服务有限责任公司，阿曼环境局和阿曼农业部之间正在进行的合作，在分析阿曼的声学数据时，该团队发现了同一首不寻常的歌曲。与马达加斯加相比，这首新颖的蓝鲸歌曲在阿曼海域录制得甚至更为普遍，而且研究人员清楚地发现，他们已经发现了印度洋西部以前可能未被发现的蓝鲸种群。切尔基奥说：“这真是太了不起了，在您的数据中找到一首独一无二的鲸鱼歌，这是以前从未报道过的，并将它识别为蓝鲸。” 蓝鲸之歌在全球范围内得到了广泛的研究，并且根据在印度洋各地不同的歌曲，已经确定了几种蓝鲸种群。图片提供：罗伯特·鲍德温/阿曼环境协会Cerchio说：“考虑到蓝鲸歌曲的所有工作，想想直到2017年为止还没人知道的人口，这真让您大吃一惊。”2018年，该团队向国际捕鲸委员会（IWC）的科学委员会报告了他们的发现，该委员会正在评估印度洋蓝鲸种群的状况。这一发现在会议上引起了相当大的兴奋，并引起了有关印度洋蓝鲸种群移动和结构的许多新问题。澳大利亚悉尼新南威尔士大学的Emmanuelle Leroy和Tracey Rogers也正在印度洋上对蓝鲸进行声学研究。在阅读IWC万国表关于这首新歌的报告后，勒洛伊意识到他们也已经在印度洋中部的查戈斯群岛附近录制了同一首歌。切尔基奥说：“在IWC万国表首次发表报告后不久，我收到了艾曼纽（Emmanuelle）的电子邮件，说：'嘿，萨尔，我想我们有查曼斯山脉上的阿曼歌曲了！'”协作小组不断壮大，对这三个地点的数据进行的分析表明，该种群的大部分时间都可以花在印度洋西北部，阿拉伯海和查戈斯西部。早就认识到北印度洋上生活着独特的蓝鲸种群，但是人们认为阿拉伯海中的鲸鱼属于斯里兰卡以外的研究种群，并分布在印度中南部。但是，歌曲讲述了一个不同的故事。五海洋环境服务有限责任公司的安德鲁·威尔森说：“在我们进行阿曼海上记录工作之前，没有来自阿拉伯海的声音数据，因此该蓝鲸种群的身份最初只是一个猜测。”记录单元。“我们的工作表明，关于这些动物的知识有很多，而鉴于与该地区海洋产业发展有关的大型鲸鱼面临的各种威胁，这是一项迫切的要求。”图片提供：罗伯特·鲍德温/阿曼环境协会 二十世纪以来，蓝鲸在全球范围内被猎杀到几乎灭绝，在全球禁止商业捕鲸之后的几十年中，种群的恢复才开始非常缓慢。1960年代，非法捕鲸使阿拉伯海成为目标，这一活动几乎消灭了原本可能是少数的座头鲸，蓝鲸，抹香鲸和布赖德鲸。一些研究人员认为，北印度洋的蓝鲸和阿拉伯海的座头鲸均构成独特的亚种，而不仅仅是种群，这使它们对生物多样性特别重要。威尔森指出：“在阿拉伯海座头鲸的情况下，这些种群在鲸中似乎是独特的，因为它们在该地区终年居住，而其他种群没有相同的远距离迁移。”阿曼环境协会常务理事Suaad Al Harthi说：“二十年来，我们一直专注于高度濒临灭绝的阿拉伯海座头鲸，为此，我们相信只有约100只动物在阿曼海岸附近生活。” “现在，我们才刚刚开始更多地了解另一种同样特殊且可能同样濒临灭绝的蓝鲸种群。”点击：查看更多生物学文章 更多植物与动物学文章 免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。
2020-12-22 18:24:45
研究人员确定了促进代谢和心理健康的细菌通过 科克大学学院 长双歧杆菌APC1472可增加双歧杆菌的丰度，而不会影响人类肠道菌群的整体组成。在研究的开始（之前）和结束（过去12周）评估肠道菌群。研究了α（AC）和β多样性（D），以及存在的细菌属（EF）。微生物分类群是中心对数转换的（CLR）。使用Mann-Whitney U检验分析了前后的显着差异，而使用控制性别和干预前双歧杆菌丰度的ANCOVA分析了治疗差异。数据描述为箱线图或散点图，其中的点表示单个数据点，安慰剂组为n = 48，长双歧杆菌APC1472治疗组为n = 74。*表示显着效果（* p <0.05，** p <0.01）。自1980年以来，世界范围内的肥胖症人数增加了一倍以上，现在世界上大多数人口生活在超重和肥胖症致死人数少于体重不足的国家。肥胖是一项重大的健康挑战，因为它大大增加了患2型糖尿病等疾病的风险。近年来，世界范围内2型糖尿病的患病率急剧上升，约有4.62亿人受到感染，占世界人口的6.28％。在UCC的APC爱尔兰微生物组SFI研究中心的Harriet Schellekens博士及其同事确定，在实验室研究过程中，长双歧杆菌APC1472是磷灰石和代谢的重要调节剂。在一组超重或肥胖的健康人群中，这项研究表明，新型细菌菌株长双歧杆菌APC1472可以降低其空腹血糖水平，并且可以使生长激素释放肽（一种表示饥饿的激素）和应激激素皮质醇的活性水平正常化，两者的肥胖都有改变。虽然没有观察到减少人的体重增加的作用，但初步研究表明，这种细菌减少了肥胖小鼠的体重增加和脂肪库大小。研究负责人哈里特·谢勒肯斯博士说：“这项研究表明，长双歧杆菌APC1472有可能被开发为降低血糖的有价值的益生菌补充剂，这对2型糖尿病等疾病的发展至关重要。”以及该研究的联合资深作者。“这项研究是首次证明长双歧杆菌长双歧杆菌APC1472的翻译，从最初的实验室研究到临床前研究再到人类干预研究。”长期以来，人们都知道压力和肥胖之间存在联系。虽然压力可以在短期内抑制食欲，但众所周知，慢性压力会增加皮质醇，从而增加食欲。因此，短语“压力饮食”。这项研究表明，长双歧杆菌APC1472在保持我们的饥饿激素ghrelin以及降低应激激素皮质醇方面起着重要作用。该研究的资深联合作者约翰·克里安教授说：“这项研究是团队的真正努力，并提供了重要的转化证据，证明补充益生菌确实可以有效地对抗肥胖。” “此外，研究结果加强了肠道微生物组，代谢性疾病和心理健康之间联系的概念，这是一个正在研究的领域。”该研究临床部分的首席研究员蒂莫西·迪南（Timothy Dinan）教授评论说：“翻译结果扎实，皮质醇唤醒反应的调节作用，有必要进一步研究长双歧杆菌APC1472及其作为精神药物改善精神健康的潜在用途。 ”点击：查看更多生物学文章 查看其他分类文章 免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息，仅代表作者个人观点，与本网无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于：medicalXpress
2020-12-21 18:35:53
来源于：MDPI亚历山德拉·切萨诺*和莎拉·沃伦 【摘要】免疫疗法治疗癌症的最新成功导致了许多新化合物的开发。需要新型的临床级生物标志物来指导这些药物的选择，以获得患者受益的最大可能性。用于免疫治疗的预测性生物标志物与用于靶向治疗的传统生物标志物不同：与使用单个分析物生物标志物相比，免疫反应和肿瘤生物学的复杂性需要更全面的方法。本文综述了有效开发免疫肿瘤疗法的新型生物标志物方法，强调了下一代基因表达谱分析技术的发展前景，该技术可以有效地组织和解释生物学信息，从而在个体患者水平上发挥最大的预测价值。 关键词：生物标志物；免疫疗法免疫肿瘤学PanCancer IO360；基因表达谱基因表达签名纳米线1. 介绍 免疫疗法已被证明是治疗各种晚期和转移性癌症的有效方法[1]。然而，尽管第一波针对免疫调节剂的抗体的临床成功是细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4（CTLA4）和程序性死亡配体1（PD-L1）和程序性细胞死亡蛋白1（PD-1） ，只有部分未选患者表现出持久反应[2]。此外，当在非选择或次优选择的患者群体中将这些药物作为单一药物在早期治疗中进行测试时，该领域正在见证3期试验的显着失败[3-7]。最后，初步数据表明，尽管这些药物的组合在某些情况下很有希望，但与毒性和成本增加相关[8,9]。免疫肿瘤学靶标的数量很高并且还在增长，针对这些靶标的治疗剂的潜在组合以及此类试剂与常规护理标准剂的组合的数量甚至更多。因此，要完全实现这种抗癌方法的潜力，就需要开发和实施新型的临床级生物标志物，以指导选择具有针对多种耐药和免疫逃逸机制的互补作用机制的药物。本文将从机械学的角度讨论旨在通知有效药物开发的新型生物标志物方法，以及免疫疗法的临床实施（即患者富集）。 2. 理想的免疫肿瘤（IO）患者浓缩选择（即“预测性”）生物标记物的必要功能肿瘤学中的生物标志物可大致分为预后性和预测性。预后生物标志物定义为生物标志物，用于识别临床事件作为疾病自然史的一部分的可能性，例如患有疾病或所关注疾病的患者的疾病复发或进展[10]。这些生物标志物有助于告知患者有关复发风险或中位生存期，也可用于临床试验的前瞻性分层。预测性生物标志物定义为用于鉴定更可能从某种治疗中受益的患者亚组的生物标志物。相对于未选择的人群，仅用生物标志物定义的亚组中的相关治疗药物治疗那些患者应可提高疗效的可能性。此外，无法预期会受益的患者不会接受潜在的毒性治疗，因此可以转诊为更可能有效的治疗。在靶向抗癌治疗领域，药物作用机制包括直接干扰已确定的致癌驱动因子（例如表皮生长因子（EGF）受体或人表皮生长因子受体2（Her2）表达），单一分析物生物标志物传统上，临床上一直使用直接测量肿瘤细胞上药物靶标是否存在的方法来鉴定可能从靶向治疗中受益的患者亚群。对于免疫肿瘤学（IO）药物，即作用于宿主免疫系统的药物，情况截然不同，这些药物最终构成“疗法”，即与肿瘤作斗争。癌症中的免疫反应反映出一系列精心调节的事件，这些事件可以自我传播（由梅尔曼和陈定义为癌症-免疫周期[11]）。这个周期的每个步骤都需要协调许多因素，包括刺激性和抑制性。这就是为什么对癌症免疫过程的评估理想地应全盘考虑而不是单个要素来解决的原因。在患有癌症的患者中，癌症的免疫周期不能达到最佳状态。但是，任何给定患者中的一个或多个限速步骤可能不同。由于癌症免疫疗法的目标是启动或重申癌症免疫力的自我维持循环，使其能够放大和传播抗癌反应，因此最有效的方法将涉及选择性靶向任何给定患者中的限速步骤。因此，需要生物标记物在个体患者水平上鉴定障碍和基础生物学，以指导适当的治疗干预。现在已经认识到，癌症-免疫相互作用受到一组复杂的肿瘤遗传和表观遗传因素以及宿主基因组和环境因素的影响，它们共同起作用，共同控制着抗癌反应的强度和时机。由于免疫反应和肿瘤生物学的复杂性，单一分析物生物标志物的信息量不是很高。由于技术的飞速发展，今天，我们可以使用技术平台来测量影响癌症与免疫相互作用的因素，这些技术平台可以分别测量不同类型的潜在信息分析物（DNA，RNA和蛋白质）。免疫肿瘤学（IO）转换研究中当前的基本挑战仍然是可从小型临床样本中获得的有用信息量，以及如何轻松，及时地将数据整合为生物学和临床可行的信息。3. IO治疗的批准和候选生物标志物检查点抑制剂的开发在利用免疫系统排斥肿瘤方面取得了里程碑式的成就，为强大的新型遗传分析工具为免疫肿瘤学带来革命性发展奠定了基础。检查点抑制（即针对适应性外周免疫抑制相关通路的抗体，例如CTLA-4，PD-1和PD-L1）是一种特别有前途的抗肿瘤策略，似乎在许多类型的肿瘤中都具有临床意义。此外，记忆性T细胞反应的产生可提供长期免疫力，这已被临床观察到的广泛反应所证实。此外，在对癌症免疫相互作用的生物学机制有了更深入的了解的基础上，涌现了一系列针对活化和抑制性T细胞受体的新免疫疗法，包括组织浸润淋巴细胞（TIL）在内的过继细胞疗法（ACT），嵌合体抗原受体（CARs），T细胞受体（TCR）修饰的T细胞和双特异性抗体现已通过临床评估，其中两种嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）产品最近在美国被批准用于治疗难治性血液系统恶性肿瘤（特别是急性淋巴细胞白血病和弥漫性大B细胞淋巴瘤）的患者亚组[12-14]。以下各节回顾了目前正在使用和正在研究中的与检查点抑制剂一起使用的生物标志物，主要是针对PD-1和PD-L1的生物标志物，因为临床上有用的生物标志物可预测对CTLA4治疗的反应仍未得到满足。另外，针对肿瘤内不同细胞群体的不同生物标志物也正在作为其他免疫治疗方法的IO生物标志物进行研究，但仍处于开发的早期阶段，例如调节性T细胞（Tregs），淋巴细胞活化基因3 9LAG-3），骨髓来源的抑制细胞（MDSC）和吲哚胺2，3-双加氧酶（IDO）。时间将证明这些分子是否将在临床中发挥作用。最后，开发用于癌症疫苗和CAR-T治疗的预测性生物标志物的工作也在进行中，但仍在初步阶段。在这方面，表征治疗前免疫状态的生物标志物显示出了希望，在某些情况下，已经鉴定出基因签名，这些标志似乎是有益于应答的免疫状态的有用指标[15,16]。4. 通过免疫组织化学（IHC）测量靶标由受体PD-1及其配体PD-L1和PD-L2组成的信号轴是T细胞功能的负调节剂。 PD-1的作用是抑制周围持续进行的免疫反应，以控制感染和炎症后的组织损伤。目前，已批准针对PD-1或PD-L1的多种抗体，主要用于治疗晚期转移性癌症，包括转移性黑素瘤，转移性非小细胞肺癌（NSCLC），复发或转移性头颈癌，难治性经典霍奇金淋巴瘤，尿路上皮癌，胃癌和带有生物标记物的癌症被称为高微卫星不稳定性（MSI-H）。对于这些疗法（后者除外），迄今为止，PD-L1IHC是评估的主要诊断方法。不幸的是，迄今为止的实践是使用不同的抗体，平台，评分系统和临界值独立开发抗PD-L1 IHC诊断测定。结果，当前的治疗和诊断矩阵对临床中的测试和决策提出了复杂的挑战。除了当前的PD-L1 IHC分析存在的问题外，PD-L1作为单一分析物的生物标志物还具有以下缺点：主要是细胞，空间和时间异质性，所有这些都导致较差的预测准确性（尤其是较差的阴性预测值）这种生物标志物在临床中的应用[17]。此外，PD-L1表达与预后的关系尚存争议，并且在肿瘤类型之间也不同[18]。最后，即使在高度选择的人群中，也只有不到四分之一到一半的患者从抗PD-1或抗PD-L1治疗中获得了临床益处。对反应的更准确预测可能取决于对复杂且不断发展的肿瘤免疫微环境的更多信息量度，并且可能涉及多个分析物。5. 测量肿瘤抗原性：肿瘤突变负荷和微卫星不稳定性（错配修复缺陷）与多种癌症类型的免疫疗法反应相关的生物标志物是肿瘤突变负荷。ipiplimumab在晚期黑色素瘤的研究中首次观察到突变负荷与对免疫检查点抑制剂（在这种情况下为CTLA-4阻断剂）的反应之间的关联[19,20]，这增加了肿瘤的遗传环境可能影响肿瘤的可能性。免疫疗法提供的临床益处。肿瘤突变负荷是肿瘤基因组内突变数目的量度，其定义为肿瘤基因组每个编码区域的突变总数。肿瘤类型中突变负荷的变异性很大，范围从几个突变到数千个突变。低级和儿科恶性肿瘤的突变负荷最低，而与环境DNA损伤相关的上皮癌的突变程度最高。例如，在非小细胞肺癌患者中，从未吸烟者的肿瘤的体细胞突变比吸烟者肿瘤的体细胞突变少，而吸烟者的肿瘤可能具有10倍以上的突变[20]。研究表明，高的肿瘤突变负荷与黑色素瘤[19,21]，NSCLC [22,23]和尿路上皮癌[24]对检查点抑制剂的较好应答率相关。在对抗PD-1和抗PD-L1药物表现出有限反应的肿瘤类型中观察到较低的肿瘤突变负荷，例如大肠，卵巢和前列腺肿瘤[25]。肿瘤突变负荷可以通过全外显子组测序来确定，但是由于其成本高和生物信息学要求高，因此在临床上无法广泛使用该方法。因此，人们正在努力开发从广泛使用的下一代测序基因组中准确估算总突变量的方法。研究表明，整个基因组的突变负荷可以通过对只有几百个基因的小得多的序列进行测序来推断[26-28]。可以使用靶向测序小组估计突变负荷，其准确性与使用全外显子组测序报道的准确性相似[27,29]。例如，Foundation One测试（Foundation Medicine，美国马萨诸塞州剑桥市的Foundation Medicine）是一种经过验证的靶向测序方法，可以表征已知在实体瘤中发生突变的324个基因中的突变。因此，该测试于2017年12月获得FDA的批准，可检测先前出于临床管理目的被诊断患有任何类型实体瘤的患者的肿瘤中的突变，包括在某些癌症类型中选择适当的FDA批准的治疗方法。作为实验室开发的测试，Foundation One分析还用于证明突变负荷预测尿路上皮癌[30]，黑素瘤[31]，肺癌[32]和结直肠癌[ 33]，对于这种适应症，正在临床试验中对其进行前瞻性评估。高肿瘤突变负荷还与DNA错配修复途径的基因突变有关（黑素细胞刺激激素（MSH）2，MSH6，MutL同源1（MLH1），减数分裂后分离的2蛋白（PMS2）），微卫星不稳定性（ MSI）和DNA聚合酶（POLE）[29]。进一步支持高突变负荷和对免疫治疗的反应之间的关联，即错配修复（MMR）缺陷型肿瘤，其基因组包含大量体细胞突变，易受免疫检查点封锁[34]。通过全面的基因组分析测量的肿瘤突变负荷是一种重要的新兴生物标志物，在预测对免疫检查点抑制剂反应的能力方面显示出希望。需要进行进一步的研究以充分了解这种新型生物标记物如何补充当前的靶向免疫疗法及其在多种肿瘤类型中的应用。将肿瘤突变负荷与其他参数（例如基因和蛋白质表达，新抗原，MSI状态和免疫靶标）结合起来的多成分预测生物标志物系统，可能需要使医生更准确地选择将从这些疗法中受益的患者。2017年，派姆单抗被批准用于治疗患有不可切除或转移性实体瘤的患者，这些患者已被鉴定为患有MSI-H或错配修复缺陷（dMMR），因此成为美国食品和药物管理局批准的首项癌症治疗方法（ FDA（美国食品药品管理局（FDA）），而不是根据肿瘤起源细胞。根据新的FDA标签，dMMR的存在是成人或儿童中任何不可切除或转移性实体瘤中使用检查点抑制剂派姆单抗的充分指示。由于实验室开发的测量dMMP或MSI-H的检测方法可作为与熟悉的结直肠癌相关的遗传综合征的一部分进行常规检测，因此未同时批准互补或伴随诊断方法。6. T细胞的定量和表征通过浸润免疫细胞表达PD-L1的潜在重要性[17]，CD8 +肿瘤浸润淋巴细胞的存在和位置[35]以及肿瘤免疫中的其他因素，目前正在研究微环境[36]，以识别临床结果的更敏感和更具体的预测因素。在许多类型的肿瘤中，相对于没有免疫浸润的肿瘤，肿瘤浸润淋巴细胞的存在与预后的改善有关。基于IHC的结肠癌Immunoscore®测定法（IS Colon； HalioDx SAS，法国巴黎）是在结肠癌的背景下开发的，众所周知，结肠癌是具有免疫原性的，可通过测量体内免疫反应来评估宿主的免疫反应-和福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）组织切片中肿瘤周围T细胞浸润。评分系统源自免疫情况（不同肿瘤区域内适应性免疫细胞的类型，功能方向，密度和位置），并且基于两个淋巴细胞群体（CD3，CD8或CD8，CD45RO）的测量在肿瘤的核心和浸润边缘。 Immunoscore已显示是结直肠癌的临床有用的预后标志物[37]，并且正在其他肿瘤中进行研究，作为对检查点抑制反应的预测指标。除了枚举肿瘤内的T细胞外，表征T细胞群体的克隆性作为推断肿瘤反应性T细胞克隆扩增的一种方法也可能是有益的。免疫测序是一项能够对T细胞和B细胞谱进行分析的技术。对于给定的T细胞克隆，重排的CDR3序列是唯一的，并且随着该克隆响应抗原刺激而扩增，其流行率会增加。免疫测序法可捕获特定的单个克隆以及完整的CDR3库。该技术可作为一种商业化的检测方法ImmunoSeq（美国华盛顿州西雅图市的自适应生物技术公司）使用，尽管在这种情况下尚未确定其临床实用性。在使用派姆单抗治疗后，ImmunoSeq已被用于对转移性黑色素瘤患者肿瘤内的T细胞谱进行测序，以检测应答者与非应答者之间所得免疫谱的差异[37]。来自应答者的预处理样品显示出更高的肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）比例和更高的克隆性，而来自非应答者的样品显示出更低的TIL水平和更大的多样性。7. 基因表达签名与在很大程度上保持恒定的肿瘤中的突变基因相反，免疫反应是动态的并且迅速变化。因此，癌症免疫治疗领域面临的问题是如何衡量不断发展的免疫反应，识别有助于临床获益的免疫反应以及通过联合疗法朝着这个方向推动每个患者的免疫反应。基因表达签名可能是最丰富的诊断信息来源。基因表达签名是一组提供信息的基因的组合表达模式在诊断，预后或预测治疗反应方面。在免疫肿瘤学中，使用基因表达谱特征，可以鉴定出晚期实体瘤的两个主要子集：• 大约三分之一的肿瘤具有T细胞发炎的肿瘤微环境特征（T细胞标志物，趋化因子，巨噬细胞激活的抗原，I型干扰素（IFN）转录谱），显示出预先存在的适应性免疫反应，因此提示该表达局部抑制因素的作用对于这种类型的肿瘤，有助于制止外周耐受的药物在临床上更有可能成功。• 非T细胞发炎的肿瘤无T细胞浸润，提示缺乏先天免疫激活或T细胞运输受阻。这些肿瘤需要通过克服中枢耐受性或通过操纵干扰T细胞贩运的致癌基因信号通路来激活先天免疫应答的治疗方法。目前，尽管所有开发检查点抑制剂的主要公司都在使用不同的研究级检测方法，但尚无批准的检测方法来测量肿瘤炎症水平[38]。一种基因签名，即肿瘤炎症签名（TIS），已被开发为一种临床级的检测方法，可提供有关肿瘤炎症特征的定量和定性信息。肿瘤内的免疫环境，报告免疫浸润的存在以及T细胞的功能状态。在NanoStringnCounter®基因表达系统（NanoString Technologies，Inc.，西雅图，华盛顿州，美国）上开发的TIS是一种18个基因的标记，可测量肿瘤内外周抑制的适应性免疫应答[2]。 TIS包含与抗原呈递，趋化因子表达，细胞毒活性和适应性免疫抗性有关的IFN-γ反应基因。TIS是默克公司开发的一种临床级试验方法，用于预测对派姆单抗的免疫反应[2]。通过一系列培训活动，首先使用来自黑色素瘤的临床试验样本，然后扩展到其他肿瘤类型，开发并发展了该测定法，以定义10种癌症（黑色素瘤，膀胱癌，胃癌，头癌）中由全肿瘤T细胞发炎的表型和颈部鳞状细胞癌（HNSCC），三阴性乳腺癌，肛管，胆道癌，结直肠癌，食道癌和卵巢癌）。随后的研究证明了TIS在其他临床环境中的价值，例如在新辅助环境中用ipilimumab加nivolumab治疗的黑色素瘤[39]，以及在ipilimumab高剂量干扰素治疗的黑色素瘤中的价值[40]。在HNSCC肿瘤中，相对于PD-L1 IHC，TIS具有更高的敏感性和更高的阴性预测价值，可检测出对派姆单抗的应答者。此外，在HNSCC中，突变负荷和TIS评分均独立预测了人乳头瘤病毒（HPV）和爱泼斯坦-巴尔病毒（EBV）阴性的患者对pembrolizumab的反应。然而，只有TIS评分在HPV阳性或EBV阳性患者中是可预测的，据推测，其中病毒致癌基因驱动肿瘤发生和免疫反应，且突变负荷较低[41]。基因表达分析的传统方法对于临床应用具有局限性。例如，逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）一次测量一个基因的表达，而多重表达谱分析技术（如覆盖数以千计的转录本的微阵列）通常很昂贵，并且在评估低表达水平时缺乏灵活性和可重复性。高质量的RNA样品，例如FFPE样品。因此，能够从有限数量的劣质材料中进行生物标志物多重分析的平台非常有吸引力。Nanostring Technologies nCounter平台（美国华盛顿州西雅图的NanoString公司）是一种相对较新的技术，已在各种临床和研究应用程序中使用。自动化的nCounter平台可将荧光条形码直接与特定核酸序列杂交，从而允许在一个样品中对多达800个靶标进行非扩增测量[42]。上面讨论的TIS是在NanoString平台上开发的，可与pembrolizumab一起使用。随着基因表达签名变得越来越复杂，它们会产生更多可用于诊断，预后或预测治疗反应的信息。这些强大的检测方法利用了免疫系统的巨大多样性和灵活性，对于癌症的个性化治疗具有广阔的前景。图1提出了一个框架，用于组织要理想地在单个测定中进行测量和整合的生物学信息，以指导有效的药物开发和最终的临床实施。简而言之，人类的抗癌免疫力在组织学上可以分为三种主要表型：发炎的表型（也称为“热”表型），免疫排斥的表型和免疫-沙漠表型（后两种被认为是“冷”肿瘤）[ 43]。重要的是，每种都与特定的潜在生物学机制有关，这些机制可能阻止宿主免疫反应根除癌症。因此，在个体患者的水平上识别这些机制对于当前和新的治疗方法的开发和临床实施都是至关重要的。Ayers等人描述的TIS基因表达谱分析算法。 （2017）[2]是此决策树的基础。然而，尽管有必要，但适应性免疫反应的存在并不总是足以对PD-1–PD-L1封锁做出反应。可能存在周围免疫抑制的其他机制，包括其他检查点抑制剂以及阴性调节细胞亚型，例如调节T细胞（Tregs）和髓样来源的抑制细胞（MDSCs）。对于非发炎的表型，需要回答的下一个重要问题是T细胞运输或适当的T细胞启动和激活是否存在缺陷。这些可能是内在的肿瘤（激活改变局部趋化因子状态的致癌途径；存在血管因子，屏障或基质特异性抑制）或对宿主具有特异性。PanCancer IO 360™检测（美国华盛顿州西雅图的纳诺String技术公司）是基因表达测量的研究小组，其设计是在图1中描述的概念框架的背景下进行的，旨在评估与潜在的免疫逃逸机制相关的变量通过治疗干预进行调节。使用770基因表达面板和相关的分析工具和服务套件，使用单一样品进行的单一测定分析了肿瘤免疫基质相互作用。 IO360面板设计用于实体瘤组织（切除活检，芯针活检或切除的材料），并与FFPE，新鲜或冷冻的组织或纯化的RNA兼容。 图1.基于免疫的可操作分类癌症。 Ag =抗原； BETi =溴结构域和末端蛋白的抑制剂；卡波=卡铂; CSF1 =菌落刺激因子1； CFM ＝环磷酰胺； CTLA-4 =细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4； HDAC =组蛋白脱乙酰基酶； HMA =次甲基化剂； IDO ＝吲哚胺2，3-二加氧酶； IO =免疫肿瘤学； LN =淋巴结； LAG-3 =淋巴细胞激活基因3； MDSC =髓样抑制细胞；P13K ＝磷酸肌醇3-激酶； PD-1 =程序性细胞死亡-1； PD-L1 =程序性细胞死亡配体1; STING =干扰素基因的刺激物； TIM3 = T细胞免疫球蛋白和粘蛋白结构域3； TME =肿瘤微环境； Treg =调节性T细胞； TLR =收费型受体； Wnt =无翼，int-1。 该小组涵盖了大约13种不同的生物学过程和46种原型特征，包括TIS，并允许并行评估在发炎的肿瘤表型的情况下运行的其他免疫逃逸机制（例如其他检查点抑制剂和/或抑制性免疫细胞群或免疫代谢物）以及“免疫排斥”或“免疫沙漠”肿瘤表型（例如影响免疫细胞运输的致癌途径的激活或抗原呈递过程的内在改变）。测量了影响肿瘤免疫反应的关键生物学活性，包括dMMR，抗原呈递，肿瘤细胞增殖，细胞毒性活性，糖酵解和致癌途径。这些生物活动已被捕获为多基因签名。IO360小组支持签名开发，以潜在地预测患者对各种免疫治疗干预措施的反应。在专家组的框架内，肿瘤的生物学可以与特定药物的作用机制相匹配。内容选择该小组以在多种肿瘤类型中提供信息，并且包括多种肿瘤利用的免疫逃逸的概况机制所包括的基因标记；因此，期望能够快速发展新的特征以预测肿瘤对免疫疗法的反应。8. IO生物标志物临床开发中的挑战和未来方向借助提供更丰富的动态免疫肿瘤微环境概况的新型组学技术，免疫肿瘤转化研究的基本挑战不再是研究的目标，而是可以从一个单一且宝贵的临床样本中获得多少信息性数据，以及如何在快速变化的治疗环境中轻松地将数据整合到具有生物学和临床作用的信息中。特别是，除了PD-1–PD-L1和CTLA-4，还开发了其他检查点抑制剂，以及新的IO方法，例如癌症疫苗，带有嵌合抗体受体表达T细胞的过继细胞疗法（CAR-T） ，免疫反应的小分子调节剂（例如toll样受体（TLR）激动剂）和基于核酸的疗法。当这些药物到达诊所后，可能需要新的诊断方法来选择患者，并使用生物标记物来监测免疫反应。竞争小组将需要共同努力，开发针对疾病生物学的通用检测方法，因此可在具有相同作用机制的多种药物中使用。监管机构可能会要求更高的功效（即，对可能有益的亚群进行更准确的定义），从而进一步促进对准确而精确的预测性测试的需求。通过同时分析数百或数千个基因，下一代技术可提供大量数据，这些数据可用于确定可操作的突变，从而指导治疗决策。诸如IO360泛癌工具之类的测定方法可以根据给定肿瘤和宿主免疫系统的生物学特性来测量和整合多个信号。理想情况下，“通用测试”将为所有治疗方式（免疫肿瘤学，靶向治疗，化学疗法）以及给定患者给定药物的受益风险特征提供一组明确的治疗选择。致谢：NanoString Technologies的研究资金为手稿撰写提供了支持。作者贡献：莎拉·沃伦（Sarah Warren）和亚历山德拉·切萨诺（Alessandra Cesano）撰写并审查了手稿。作者感谢克里斯汀·戴尔（ChristineDale）为手稿准备工作提供的帮助。利益冲突：Sarah Warren和Alessandra Cesano是NanoString Technologies的员工和股东。 参考文献(只展示部分参考文献内容，查看全部可到原网站查看)1. 法尔科纳（S.E.P. Diamandis； Blasutig，I.M.癌症免疫疗法：癌症终结的开始？BMC Med。2016，14.[CrossRef]2. 艾尔斯（M.朗塞福德，J。 Nebozhyn，M .；墨菲（E.罗伯达（A.）考夫曼;奥尔布赖特郑京东; Kang，S.P .；香卡兰（V.）等。 IFN-γ相关的mRNA谱预测对PD-1阻断的临床反应。J.临床。调查。 2017，127，2930–2940。[CrossRef] 点击：查看更多医学类文章 查看更多生物学类文章 免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息，仅代表作者个人观点，与本网无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。
2020-12-21 18:18:42
具有脂质特异性寡克隆IgM谱带特征的患者外周血单个核细胞的全转录组分析揭示了两个环状RNA和两个线性RNA作为高活性疾病的生物标志物
患者核细胞揭示环状线性RNA高活性疾病生物标志物（结论）
Leire Iparraguirre1，Danel Olaverri 1,2，Telmo Blasco 1,2，LucíaSepúlveda1,3，
塔玛拉·卡斯蒂略（TamaraCastillo-Triviño）4，梅赛德斯·埃斯皮尼诺（MercedesEspiño）5，露西恩·科斯塔·弗罗萨（Lucienne Costa-Frossard）5，阿尔瓦罗·普拉达（ÁlvaroPr ada）6，路易莎·玛丽亚·比利亚（LuisaMaríaVillar 3.5），大卫·奥塔吉（David Otaegui）1.3和梅德·穆尼奥斯·库拉（MaiderMuñoz-Culla）1.3
1 Biodonostia健康研究所神经科学领域的多发性硬化症小组
20014西班牙圣塞瓦斯蒂安； leire.iparraguirre@biodonostia.org（L.I.）; a904612@alumni.unav.es（D.O.）; tblasco@tecnun.es（TB。）; lucia.sepulveda@biodonostia.org（L.S.）; david.otaegui@biodonostia.org（D.O.）
2 Navarra Tecnun-Universidad生物医学工程与科学系，
Manuel deLardizábal15，20018西班牙圣塞瓦斯蒂安
3 西班牙多发性硬化症网络，西班牙巴塞罗那08028； luisamaria.villar@salud.madrid.org
4 巴斯克卫生局神经病学系生物dondonia健康研究所神经科学区多发性硬化小组，西班牙圣塞瓦斯蒂安，20014； TAMARA.CASTILLOTRIVINO@osakidetza.eus
5 西班牙马德里28034拉蒙·卡哈尔医院（IRYCIS）多发性硬化病科免疫学和神经病学系； mercedes.espino@salud.madrid.org（M.E.）; lucienne.costa@salud.madrid.org（L.C.-F.）
6 巴斯克卫生局免疫学系生物dondonia健康研究所神经科学领域多发性硬化小组，西班牙圣塞瓦斯蒂安，20014；
收到：2020年10月26日;接受：2020年11月23日;发布时间：2020年11月26日
摘要：抗髓磷脂脂质特异性寡克隆IgM带（LS-OCMBs）的存在已被定义为多发性硬化症侵袭性进化的准确预测指标。但是，这种生物标记物的检测是在脑脊液中进行的，这是一种侵入性很强的液体活检。在本研究中，我们旨在研究具有脂质特异性寡克隆IgM谱带特征的患者的外周血单核细胞（PBMC）中miRNA，snoRNA，circRNA和linearRNA的表达情况。我们纳入了总共89名MS患者，其中47名LS-OCMB状态为阴性，而42名为阳性状态。在发现队列中使用微阵列芯片（miRNA和snoRNA）和RNA-seq（环形和线性RNA）来进行分析研究，并通过RT-qPCR在整个队列中验证了候选对象。候选者的生物标志物潜力通过ROC曲线分析进行评估。 RNA-seq和RT-qPCR验证显示，在LS-OCMBs阳性患者的PBMC中，两个环状RNA（hsa_circ_0000478和hsa_circ_0116639）和两个线性RNA（IRF5和MTRNR2L8）被下调。最后，这些RNA在某些组合中显示出70％的准确度。 hsa_circ_0000478，hsa_circ_0116639，IRF5和MTRNR2L8的表达可能是高度活跃疾病的微创生物标志物。
关键词：多发性硬化；生物标志物转录组微小RNA;环状RNA；寡克隆带
1. 介绍
多发性硬化症（MS）是中枢神经系统（CNS）的一种慢性，炎性，神经变性和脱髓鞘疾病。它被认为是一种自身免疫性疾病，其中外周自身反应性淋巴细胞进入中枢神经系统并产生免疫反应，导致白质和灰质的脱髓鞘性病变[1]。据估计，大约有2到300万人患有MS，它通常会影响20至40岁的年轻人。此外，MS在女性中的流行率是男性的三倍，并且有证据表明该比率在最近70年中有所增加[1]，这是与其他几种自身免疫性疾病共有的现象。
MS的病程和临床表型在患者之间以及同一个人中随时间变化都很大。因此，生物标记物可以帮助诊断，MS表型的分化以及监测疾病的进展[2,3]。
疾病活动性生物标志物可以与疾病的不同病理生理过程相关，并且理想地可以帮助区分具有侵袭性病程的患者和具有良性病状的患者[2]。在这种情况下，抗髓磷脂脂质特异性寡克隆IgM带（LS-OCMBs）限于脑脊液（CSF）的存在已被定义为侵袭性进化的准确预测因子[4]。然而，对于该测试，需要脑脊液样本，这是一种侵入性很强的液体活检。因此，为发现微创生物标志物，例如血液生物标志物，已经付出了巨大的努力[5]。
在这种情况下，基因表达谱研究已被广泛用于新的生物标志物发现，但也阐明了疾病中致病过程的分子机制[6,7]。除了经典的蛋白质编码转录组以外，非编码转录组在过去几十年中也引起了人们的极大兴趣，包括我们小组在内的几位作者都证明了它在MS发病机理中的作用[8-10]。 MicroRNA是研究最好的非编码小RNA类型，尽管其他诸如小核仁RNA也与MS相关[11,12]。 MiRNA是单链小的非编码RNA，它们在转录后水平上调节基因表达，并与目标mRNA结合，并且它们参与几乎所有已知的生物学过程[13]。最近，环状RNA（circRNA）作为RNA领域的新参与者出现，在转录后调控机制中起着重要作用。人们发现它们参与了多个过程，例如肿瘤，代谢和免疫相关途径，因此，它们还与多种疾病（如神经系统疾病和自身免疫性疾病）相关，包括在MS中的一些研究[14-18]。 miRNA和circRNA都被认为是广泛的样品类型，如血液，血清，唾液，尿液和CSF中生物标志物的有前途[19-21]。
鉴于这些证据，并且由于对MS固体，可复制和可及的生物标志物的需求不断增加，我们假设对具有LS-OCMBs特征的患者外周血单核细胞（PBMC）进行的全转录组研究可以揭示新的生物标志物与此稳定的CSF标记相关。这样的生物标记物可以更容易地用于持续监测患者，因为与腰穿相比，血液采样的侵入性较小，副作用较小。
考虑到这一点，在本研究中，我们分析了89例阳性（n = 42）和阴性（n = 47）患者外周血单个核细胞（PBMC）中小的非编码RNA，circRNA和线性RNA的表达。 LS-OCMBs表征，发现两个环状RNA和两个线性RNA，两组之间差异表达，可作为未来高度活跃疾病的血液生物标记。
2. 实验部分
2.1. 患者，样品收集和RNA分离
在征得知情同意后，在医院Ramon y Cajal招募了MS患者。按照标准的Ficol梯度分离方法，采集血样并分离PBMC并在液氮中冷冻直至使用。按照制造商的说明，使用miRNeasy mini试剂盒（Qiagen，Hilden，德国）分离总RNA。使用NanoDrop ND-1000分光光度计（ThermoFisher Scientific，Waltham，Massachusetts，MA，USA）测量RNA浓度，并使用Agilent 2100生物分析仪（Agilent Technologies，Inc.）评估微阵列和RNA-seq实验中样品的质量。美国加利福尼亚州圣克拉拉市），在所有样品中获得的RNA完整性数均高于6。如前所述[4,22]，获得了CSF来分析LS-OCMB的状态。
表1总结了患者的主要临床和人口统计学特征。表S1列出了样品的完整列表以及包括每个样品的实验。该研究得到医院伦理委员会的批准（MMC-UEM-2018-01，2018年10月）。该分析队列仅包括女性样本，旨在减少变异的来源，并考虑到该疾病中女性的MS发病率是男性的三倍[1]。
表1.患者的临床和人口统计数据摘要。
*包括分析人群中的患者。年龄-平均（范围）。 LS-OCMB-脂质特异性寡克隆IgM带。 P-正。 N-负数。 F—女。男—男。我们没有年龄数据的验证队列中有7个主题（1个阳性和6个阴性）。
2.2. 芯片分析
使用FlashTag HSR生物素标记试剂盒（Genisphere LLC，Hatfield，Pennsylvania，PA，USA）标记总RNA（200 ng），并与GeneChipmiRNA 4.0 Array（Affymetrix，Santa Clara，CA，USA）杂交，覆盖2578， 2025年和1996年人类成熟的miRNA，pre-miRNA和snoRNA。标记的RNA与阵列杂交，在GeneChip Fluidics Station 450中洗涤并染色，并在GeneChip Scanner 7G（Affymetrix，美国加利福尼亚州圣克拉拉）中进行扫描。
微阵列数据分析是在Transcriptome Analysis Console 4.0软件（Affymetrix，美国加利福尼亚州圣克拉拉）中进行的，仅将RMA + DABG算法应用于人类探针集以进行标准化，检测和汇总。我们在具有正负LS-OCMBs的患者之间进行了经典的差异表达分析，考虑到差异表达那些探针集，这些探针集的p值低于0.01，而绝对倍数变化（FC）值高于或等于1.5。
2.3.RNAseq
在CD Genomics（Shirley，纽约，NY，美国）中进行了文库制备和下一代测序。在文库制备之前，再次使用Agilent 2100生物分析仪测量RNA样品的浓度和质量。标准化后，使用Ribo-ZerorRNA去除试剂盒从总RNA样品中去除rRNA，然后进行纯化和片段化步骤。要构建测序文库，需进行链特异性cDNA合成，将3j末端进行腺苷酸化，然后连接衔接子。对生成的库进行质量控制和标准化过程。配对末端测序是用Illumina HiSeq X Ten PE150（Illumina，圣地亚哥，加利福尼亚，美国）进行的。
这项研究中提供的数据（微阵列和RNA-seq实验的原始数据）可在GeneExpressionOmnibus（GEO）中以序列号GSE159036公开获得。
2.4. RNA-Seq数据中的CircRNA检测和定量
首先，检查测序质量，然后使用STAR版本2.5.4b（https://code.google。com /archive /）将读数映射到人类基因组（hg19，从UCSCGenome Browser [23]下载）。p / rna-star /）[24]或BWA版本0.7.17-1（http://maq.sourceforge.net）[25]。随后，通过CIRCexplorer2版本2.3.3（https：//circexplorer2.readthedocs。io/en/latest /）[26]和CIRI2版本2.0.5（https://sourceforge.net/projects/ciri/ ）[27]遵循作者的建议。此外，只有这两种算法支持的circRNA才被视为真正的circRNA，并用于后续分析中，该方法已在其他作者的文献中进行了描述[28]。 CircRNA的表达基于根据CIRI2定量分析的反向剪接连接。滤出低表达（读数总和<10）的circRNA后，使用DESeq2 1.28.1版（http：// www。bioconductor.org/packages/release/bioc/html/DESeq2.html）进行差异表达分析[ 29] R（版本3.6.3）的软件包（https：
//R-studio（版本1.0.136）（https://rstudio.com/）中的//www.r-project.org/），以差异形式考虑
表达的circRNA显示p值<0.05和倍数变化高于2。为了选择一组候选物用于验证目的，应用了两个附加过滤器：（1）BaseMean值大于5（BM> 5）和（ 2）删除任何样本中读取计数值为零的转录本。最后，我们选择了十个具有最高绝对倍数变化值的候选circRNA。
2.5. RNA-Seq数据中的线性RNA检测和定量
经过测序和质量控制后，使用Kallisto版本0.44.0[30]算法进行转录本伪比对，鉴定和定量。使用DESeq2软件包进行差异表达分析。在运行DESeq2算法之前，我们应用了具有最小读取次数（大于或等于10的读取次数之和）的过滤器，以删除低表达转录本。对于后续分析，由于检测到大量的转录本且我们的样本量较小，我们添加了一个过滤器，以仅保留最可靠的转录本（有关其读取计数）。因此，我们创建了一个检测过滤器，如下所示：（1）在两个组中都检测到了转录本-在每个组的3个样本中，至少有两个读数的转录本。 （2）成绩单仅在一组中检测到-转录本在阴性的4个样本中至少有两个读数组，但仅在阳性组中有1个样品（仅在阴性组中检测到），并且转录组在3个阳性组中具有至少两个读数，但在阴性组中只有1个读数（仅在阳性组中有）。用该检测过滤器选择的转录本被认为是一致的线性RNA。最后，差异表达的转录本被认为是那些显示p值<0.05和绝对倍数变化值大于2的转录本。为了进行验证，我们选择了十个具有最高绝对倍数变化值并具有指定基因名称的线性线性RNA。
图1总结了所有这些分析实验以及数据分析步骤，工具和过滤器。
2.6. cDNA合成和定量PCR
为了验证候选microRNA，使用TaqManTM Advanced miRNA cDNA合成试剂盒（Applied BiosystemsTM，Foster City，CA，USA）将总RNA（10 ng）反转录为cDNA。为了量化miRNA的表达，我们按照制造商的规程使用了TaqMan Advanced miRNA测定法和TaqMan Fast Advanced预混液（Applied BiosystemsTM，美国加利福尼亚州福斯特市）。 hsa-miR-191-5p的测定用作标准化目的的参考miRNA。
图1.研究摘要，指出分析实验，数据分析工具，过滤器和候选者选择标准。阳性。负数-负数。 DE-差异表达。 FC-倍数变化。 BM-BaseMean。 BSJ-背面接合点。 Padj-调整后的p值。 BWA-Burrows-Wheeler对准器。
为了验证候选circRNA，按照试剂盒操作规程，使用高容量cDNA反转录试剂盒（AppliedBiosystems，Foster City，CA，USA），使用随机引物将总RNA（500 ng）逆转录为cDNA。使用10 ng cDNA作为模板并使用Power SYBRGreenMaster Mix（Applied BiosystemsTM Foster City，CA，USA）通过以下热循环程序建立PCR反应：温度为50℃持续2分钟，温度为95℃ 10分钟，在95℃持续15 s，在60℃进行1分钟的40个循环，然后进行解离曲线分析。如前所述[18]，使用了不同的引物，以使扩增子跨过反向剪接连接（BSJ）。 EEF1A1和B2M用作参考基因，使用两个基因的平均值进行标准化。熔解曲线中单峰的存在表明扩增的特异性。
为了验证候选线性RNA，按照制造商的规程，使用带有HiFlex缓冲液的miScript II RT（Qiagen，Hilden，德国）试剂盒，用oligo-dT和随机引物将总RNA（500 ng）反转录为cDNA。使用以下热循环程序，以10 ng cDNA为模板并使用miSscript SYBRGreenPCR试剂盒（Qiagen，Hilden，德国）建立PCR反应：温度为95℃15分钟，40个循环为94℃15分钟s，55℃30 s和70℃30 s，然后进行解离曲线分析。使用QuantiTect引物分析（Qiagen，Hilden，德国）（表S2）进行每个线性RNA的扩增，并将B2M用作标准化的参考基因。熔解曲线中存在单峰表明扩增的特异性。
所有逆转录反应均在Veriti Thermal Cycler（美国加利福尼亚州福斯特城的Applied Biosytems公司进行）中进行，定量PCR反应在CFX384 Touch实时PCR检测系统（Bio-Rad Laboratories，Inc.，大力神，加利福尼亚州，美国）。
在运行所有验证实验之前，对circRNA扩增进行了技术验证。随后，按照制造商的说明，使用ExoSAP-IT™PCR产品纯化试剂（Applied Biosystems，美国加利福尼亚州福斯特市）纯化RT-qPCR扩增产物，并对Sanger测序（ABIprism3130）（Applied Biosystems，加利福尼亚州Foster City，美国）
为了检查BSJ的存在。另外，还对PCR产物在琼脂糖凝胶上进行电泳以证实单个扩增产物的存在。
在CFX Maestro 1.0（Bio-RadLaboratories，Inc.，Hercules，CA，USA）中分析了原始Cq值和熔解曲线。使用2ˆDDCq方法计算以倍数变化（FC）表示的表达水平。 R在RStudio中对DCq数据进行统计分析。数据分布通过Shapiro-Wilk检验进行了测试，分布差异通过学生t检验或非参数Wilcoxon秩和检验进行了评估。在每个circRNA和线性RNA数据集中，在进行统计分析之前先删除异常值样本，然后使用R中的boxplot.stat函数识别这些值。
2.7. 基因超表达测试
为了描述差异表达转录本的功能，基于基因本体论数据库的完整生物学过程（2019年12月9日发布），应用了PANTHER过度表达测试（2019年11月7日发布，Panther [31]）。作为参考背景，我们使用了产生上面定义的检测到的转录本的基因列表。进行Fisher检验，并将假发现率（FDR）校正应用于原始p值，将FDR值设置为低于0.05的显着阈值。
2.8. ROC曲线分析
基于RT-qPCR获得的DCq值，我们在RStudio中的R环境中执行了接收器工作特性曲线（ROC曲线）分析。使用了三个不同的数据集：（1）circRNA验证数据，（2）线性RNA验证数据和（3）两个数据集中的样本以测试转录本的不同组合。鉴于我们只需要包括没有任何缺失值的样本（表S1），因此最后一个数据集较小。用“ Epi”软件包的ROC功能计算出不同转录本的组合。
3. 结果
3.1. microRNA表达谱
微阵列分析能够检测出全部6659个人类探针组（42.45％）中的至少一个样品中的2827个探针组（图2A）。在检测到的探针组中，有33例显示LS-OCMBs阳性和阴性患者之间存在差异表达，更重要的是，显示最高表达的前10个探针组能够根据患者LS-OCMBs的状态对患者进行分组（图2B）。在这10个探针集中，我们可以找到五个成熟的miRNA，两个pre-miRNA和两个小核仁RNA。为了进行验证，我们选择了可以使用TaqMan Advanced miRNA分析的四个成熟miRNA（hsa-miR-6800-5p，hsa-miR-6821-5p，hsa-miR-4485和hsa-miR-4741）。但是，RT-qPCR验证结果并未确认这四个miRNA的改变（图2C）。
3.2. circRNA表达谱
环状转录组的RNA-seq分析流程检测到27,630个真正的circRNA和5431个circRNA（19.6％），总读数≥10（图3A）。差异表达分析显示，两组之间有124个circRNA发生了改变（p <0.05; FC> | 2 |），其中72个被上调，而52个被下调。
我们选择了十个候选circRNA，以在更大的队列中通过RT-qPCR确认它们的差异表达。首先，用于引物扩增的技术测试确认了10种circRNA候选物中有9种进行了单一且特异性的circRNA扩增。circMETRNL是一种在琼脂糖凝胶上未显示出良好扩增和单条带的抗体，因此我们在随后的验证实验中将其丢弃。此外，PCR产物的Sanger测序证实扩增子跨越BSJ（图S1）。如图3C所示，通过qPCR在LS-OCMB阳性患者的PBMC中证实了hsa_circ_0000478和hsa_circ_0116639的较低表达（分别为FC = -1.5和FC = -1.65； p <0.01）。
图2.微阵列表达的miRNA结果。 （A）热图显示了在至少一个样品中表达的miRNA的表达（微阵列强度信号）。 （B）显示最高表达的十个DEmiRNA的表达热图。分层聚类表明，这十个miRNA的表达模式能够根据患者的LS-OCMBs状态对其进行分组。 （C）选定候选miRNA的RT-qPCR验证结果。 P-LS-OCMB阳性。 N-LS-OCMB负状态。 DE-差异表达。
图3.通过RNA-seq进行的circRNA和线性RNA表达谱结果。 （A）火山图显示circRNA阳性和阴性组之间的表达差异（log2 FC），显示所有高于10的样品的读数总和.DEcircRNA以红色突出显示，并且标记那些DEcircRNA的碱基均值高于图5.（B）火山图显示了阳性和阴性组之间线性RNA的表达差异（log2 FC）。差异表达的线性RNA突出显示为红色，标记点的DE线性RNA的p值已调整
<0.01。（C）选定候选circRNA的RT-qPCR验证结果。星号表示统计学上的显着差异（p <0.01）。由于样品量的限制，circ_0000478和circ_0116639验证所包含的样品比其余circRNA多得多（表S1）。 （D）选定的候选线性RNA的RT-qPCR验证结果。星号表示差异具有统计学意义（p<0.05）。P：LS-OCMB的阳性状态。 N：LS-OCMB否定状态。
3.3. 线性成绩单表达谱
在本研究中，我们还通过RNA序列分析了线性转录组，鉴定出115,869个转录本，总读取次数≥10。我们使用检测标准应用了一个额外的过滤器，该过滤器可以识别出具有一致表达模式的84,863个线性RNA，从两组中均检测到92.8％。其中，有2441个转录物被差异表达（p<0.05和FC> | 2 |），两组均检测到1421个转录物（图3B）。其余的转录本是特定于一组的，仅在LS-OCMBs阴性患者的PBMC中表达382份，而在LS-OCMBs阳性的患者中表达638份。
我们选择了十个候选线性RNA来通过RT-qPCR确认它们的差异表达。
更大的队列。如图3D所示，在LS-OCMB阳性患者的PBMC中证实了IRF5和MTRNR2L8的较低表达（两个转录本中FC = -1.33； p <0.05）。差异表达的线性RNA主要在免疫系统的生物过程中富集。图4显示了最有意义和最丰富的术语（FDR<0.01和倍富集> 2）。补体激活，体液免疫应答和I型干扰素信号传导
路径出现在最丰富的术语中。
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来源于：mdpi
2020-12-18 18:58:14
血液循环因子能否发挥作用并延缓您的生物衰老？（上）血液循环因子能否发挥作用并延缓您的生物衰老？（中）5. 结论生物的衰老伴随着生物年龄的增加，从理论上讲，这应该与日历年龄在时间上相关。但是，某些内部病理条件和环境影响会减慢或加速自然衰老过程[2,4,6,9,10,257,258]。5.1. 血管和神经系统衰老在遗传和环境因素的压力下，单位体积的毛细管网络密度会随着年龄的增长而降低。这与体重增加和调节血管生长的生长因子（包括EGF，VEGF，bFGF，PDGF-AB，BMP9 / ENG）的表达自然降低有关（表2）[54,145]。由于NGF表达减少和其他因素，调节血管的血管舒缩反应的神经元数量减少，导致毛细血管的最大管腔大小减少，并减弱了对压力的反应。伴随着激素的变化，肾素-血管紧张素系统的衰减[24,238,259,260]，生长和脉管的调节受损也导致肌肉活动下降，血液凝结增加（也由于高vWF水平）和上升血压随年龄增长[260]。另外，红细胞中血红蛋白浓度的降低导致外周组织中的缺氧性疾病，这反过来增加了生物体中病理性疾病的可能性。免疫反应的普遍减弱，免疫细胞的衰老和组织血液供应的减少会导致慢性感染。这进而改变了生化血浆指标，特别是增强了炎症指标（如PUFA，新蝶呤，β2-微球蛋白，纤维蛋白原）的分泌（表1）。 5.2. 系统性发炎同时，在血浆中，促炎性细胞因子（IL1β，IL6，IL27，TNFα），趋化因子（CCL11，CCL27）和淋巴细胞向炎症部位迁移的分子（可溶性VCAM1）增加。 ，ICAM1和vWF）（表2）[226]。年龄相关炎症的另一个迹象是uPAR +衰老细胞的积累，它会分泌促炎性细胞因子PAI-1和TGFβ。后者减慢了免疫细胞的增殖活性，也可能导致小生境细胞转化为促炎表型[117]。血浆中炎症标志物浓度的增加也与神经和心血管系统的损害有关，并且可以大大缩短预期寿命[206,210]。血液中与年龄有关的代谢物积累会增加炎症反应，这也常常导致心血管系统损伤和肾功能不全（表1）[97,101,112,117]。白蛋白或BUN /肌酐比值和血液中钙水平升高与过早死亡风险和寿命缩短有关[58,59,210]。5.3. 再生和代谢紊乱在衰老过程中，炎症，新陈代谢的变化以及再生和修复能力下降会导致老年性疾病的发展。与年龄相关的影响肌肉组织再生的因子（例如GDF11，PDGF-AB等）的表达变化和分解代谢因子（GDF8，激活素A等）的增加导致心脏和骨骼肌再生的减慢应对伤害[118,127,133]。一方面，随着年龄的增长，生长激素和催产素水平的下降与包括再生过程在内的所有身体系统的生长发育普遍减慢有关。另一方面，由于IGF-1 / IGFBP-3比率的增加，这刺激了高mTOR依赖的代谢活性和胰岛素抵抗[150]。在健康的细胞中，线粒体产生超氧化物歧化酶（SOD），该酶可中和活性氧（ROS），保护细胞器免受损害。 mTOR复合物的高活性降低了自噬，线粒体和SOD的产生。结果，受损的线粒体数量增加，这反过来又刺激了ROS的积累，导致了进一步的细胞损伤[29,33,37]。在一起，代谢活动增加，线粒体功能受损，不足保护性氧化还原分子（例如H2S）的浓度升高和炎症促使NAD +和ROS积累大量消耗[85,86,261]。细胞衰老的这些事件进一步触发了高级病理过程，衰老细胞的积累以及与年龄有关的疾病的发展[262]。 5.4. 观点阻止对寿命产生负面影响的因素是防止早期残疾并延长老年人的活跃寿命的合理策略。在此类策略中，通过临床实践进行测试或将转化为临床实践，可以突出显示通过饮食限制来克服胰岛素抵抗[8]，增加血液循环中的FGF21，胰岛素抵抗的药物治疗（例如，用脱氢表雄酮和二甲双胍[12,14]，GH，催产素，GDF11和TIMP2刺激组织修复[203]，bFGF，EGF，VEGF，PDGF-AB和BMP9促进血管再生，通过施用抗氧化剂来预防“发炎”的发展-炎症分子，包括COX-2抑制剂，白三烯受体拮抗剂，TIMP2或其他基质金属蛋白酶抑制剂[210,263]，可通过施用TM5441类似物克服细胞衰老，并通过mTOR抑制剂（雷帕霉素类似物）优化自噬和线粒体[264] ，含TGF-β抑制剂[110,264]，抗氧化剂治疗[265,266]，减少NAD +衰竭[73]。上面讨论的指标和机制反映了自然和病理性衰老过程。在这篇综述中，我们提议对生物年龄指标和标记物进行全面监测，以显示衰老生物的功能变化（表1和2）。我们还接近有希望的途径，可以进行进一步的研究，以开发健康保护，延缓衰老和让老年人恢复健康，延长活跃寿命的复兴前景。 作者贡献：概念化：N.R.，S.R.，T.B.，A.K .；写作—原始草案：N.R.，S.R .；写作-审核和编辑：N.R.，TB.B.，A.K.，S.R .；验证：N.R.，T.B.，A.K.，S.R .;监督：A.K.，S.R .;资金获取：TB。项目管理：N.R.，TB。所有作者均已阅读并同意该手稿的发行版本。资金：这项工作得到了俄罗斯科学基金会（No. 19-18-00058）的支持。致谢：作者要感谢George Fatyanov的技术帮助。利益冲突：作者声明没有利益冲突。参考文献（展示部分文献，可在原网站查看全部）1. 布莱赫尔（M.B.）;卡恩（B.Kahn，C.R.在脂肪组织中缺乏胰岛素受体的小鼠中延长寿命。科学2003，299，572–574。 [CrossRef] [PubMed]2. 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2020-12-17 20:06:10
血液循环因子能否发挥作用并延缓您的生物衰老？（上）血液循环因子能否发挥作用并延缓您的生物衰老？（结论） 3.2. IGF-1包括IGF-1和IGF-2在内的胰岛素样生长因子（IGF）可以与IGF-1受体（IGF1R）结合，从而在组织水平上调节细胞存活，分化，迁移和增殖以及体细胞生长，发育进程和身体老化[146,147]。在血浆中，IGF配体与IGF结合蛋白（IGFBP）形成复合物，从而阻断了通过受体的信号传导[148]。IGF-1的血液水平在青春期达到最高，然后逐渐下降[149]。同时，老年人血清中IGF-1 / IGFBP-3摩尔比的升高与包括癌症，糖尿病，心血管疾病和认知障碍在内的全因发病率和死亡率呈正相关，而IGFBP-3水平本身与全因死亡率负相关[150]。除了IGF-1 / PI3K / AKT / mTOR（磷酸肌醇3-激酶/ Akt-蛋白激酶B/雷帕霉素的哺乳动物靶标）途径在生长和再生中的主要作用外，它也是参与炎症和细胞衰老。在衰老过程中，包括免疫系统在内的所有组织都会逐渐增加胰岛素抵抗，从而降低淋巴细胞对感染的激活和扩展能力。这降低了免疫系统的功能能力[151]，并导致受感染，突变和衰老的细胞破坏而积累的细胞，无法通过免疫监视机制清除[37,152]。一方面，循环中IGF-1的消耗可使IGF-1/PI3K/AKT / mTOR信号沉默在许多动物模型中都可以延长寿命[153,154]。另一方面，IGF-1/PI3K /AKT/mTOR途径是免疫防御的重要调节剂，对生命周期也很重要[155-157]。 mTOR的异位激活将淋巴细胞极化转移至细胞毒性T细胞命运，从而促进细胞衰竭，衰老和衰老细胞的积累。哺乳动物TOR也参与炎症性免疫应答的调节，增加了老年死亡的风险。在TORC1复合物中，mTOR减少自噬，这是细胞内免疫的主要部分。相应地，mTOR抑制剂（抗病毒药物，雷帕霉素类似物（西罗莫司，依维莫司））可降低老年患者的“ gerolavic”感染率[13]，并有助于应对严重的病毒感染[152]。另外，IGF-1总量的增加使幼稚淋巴细胞的分化向CD4 +细胞转移，与活性T细胞结合，可导致自身免疫反应的发展[156,158]。IGF-1/ PI3K /AKT/ mTOR信号减弱与FOXO3A相关的重要转录因子寿命长。阻断IGF-1 /PI3K /AKT/ mTOR信号传导途径可延长各种生物的寿命[159-162]。另外，PI3K结构域之一的突变导致FOXO3A的激活[163]。与这些观察结果一致，在日本和德国的百岁老人家庭中发现了FOXO3A的增强表达[164]。如上所述，众所周知的IGF-1/ PI3K/ AKT/mTOR抑制剂起着神经保护剂，二甲双胍和雷帕霉素的作用，可调节免疫力并抵抗与年龄有关的疾病，例如糖尿病和癌症[13,165-167]。一些天然成分，例如蜂胶，能够增加与寿命相关的基因FOXO3A和NGF的表达，因此也可以起到保护神经的作用[168,169]。代谢因子对于生长，发育和再生至关重要。然而，这些信号通路的过度慢性刺激会导致胰岛素抵抗并促进细胞衰老的发展。3.3. NGF和神经再生神经生长因子（NGF）是一种神经营养因子，可调节中枢胆碱能神经元，交感神经和感觉周围神经元的发育和维持[170]。发现了NGF的诺贝尔奖获得者Rita Levi–Montalcini博士在她的余生中都以滴眼剂的形式应用了NGF，并活了103年[171]。尽管尚未明确证明NGF在显着延长预期寿命中的作用，但一些研究表明其对某些老年性疾病的悬浮和重要生命系统功能的延长有影响[12,42,122,167,172-175]。 NGF水平降低与认知能力下降和阿尔茨海默氏病有关。NGF可通过减少大脑中淀粉样β肽的聚集来减轻与年龄有关的阿尔茨海默氏病的进展[176]。许多临床试验试图改善NGF向大脑神经组织的传递，以增强阿尔茨海默氏病治疗的疗效[177]。在认知障碍患者中，还显示出其他激素的血清浓度降低：脑源性神经营养因子（BDNF），神经胶质细胞系源性神经营养因子（GDNF）[178]。神经元再生的潜在机制可以通过PI3K域中的p85β突变来说明，该突变会中断神经元前体中的IGF-1 / PI3K / AKT / mTOR信号转导。结果，与寿命相关的转录因子FOXO3A被去磷酸化并转移到细胞核中，并与DNA结合并激活下游基因，从而对氧化应激具有很强的抵抗力，增加了自噬作用并延长了寿命[163]。显然，p85β突变或化学抑制作用对PI3K / AKT的阻滞改变了MGF信号通路（促分裂原激活的蛋白激酶）的NGF信号，并与FOXO3A一起改善了神经元的存活，分化和再生[179,180]。 NGF还通过刺激PI3K / AKT / mTOR信号通路参与卵母细胞的发育和再生[181]。鼻内施用NGF可以显着增加衰老动物的血清睾丸激素浓度。已经建议用NGF治疗作为与年龄有关的性腺功能低下的潜在疗法。在具有加速衰老的衰老加速小鼠模型（SAMP8）中，NGF可增加下丘脑神经元的活性并刺激促性腺激素释放激素的分泌，从而显着提高性动机和性能，改善精子质量，并恢复衰老男性的生育能力[175 ]。因此，血浆NGF的水平可以作为阿尔茨海默氏病的早期指标，也是延长可育年龄和对抗与年龄有关的性腺功能减退的有前途的药物。3.4. PDGF/ VEGF血管重塑血小板衍生生长因子（PDGF）由几个蛋白质链亚基（A，B，C和D）组成，可调节血管的代谢和生长。异二聚体PDGF-AB水平随年龄而降低。已经建议用于治疗与年龄有关的心血管疾病[182,183]。 PDGF-AB对血管生长具有多种作用，包括癌症和炎症中的新血管形成。 PDGF-AB也暗示是骨再生的一个因素[184]。顶端内皮生长因子VEGF-A（血管内皮生长因子，同种型A）也参与新血管形成和周围神经再生。 VEGF的表达也随着年龄的增长而减少，这导致外周血管再生的下降，从而导致组织缺氧[185]。对1800万个不同年龄段的健康个体和处于糖尿病前状态的人进行的质量分析表明，一系列因素可能与衰老和代谢性疾病的发展有关。因此，除了VEGF和PDGF-AB外，他们还报道了另外两种同工型VEGF-D（同工型D）和同型二聚体PDGF-BB的含量也随着年龄的增长而增加[23]。 VEGF-D调节血管和淋巴管的形成和迁移，并且还参与各种病理过程的进展，包括肺水肿，癌症，炎症和肥胖。干扰血液中的这种蛋白质水平可能是心血管疾病治疗研究的有益策略[186]。然而，尚不清楚全身性VEGF-D过度生产在衰老中的作用。PDGF-BB的表达在鼠纤维肉瘤中有指示。它也诱导肿瘤内淋巴管生成，并促进淋巴转移[187]。血液中的VEGF-D和PDGF-BB水平被认为是脂肪组织蓄积和进行性肥胖的标志[188,189]。也许，血液中VEGF-D和PDGF-BB与过量体重的累积比率表明了脂肪组织内淋巴系统的发育程度，并显示出健康的减肥趋势。 PDGF-AB，PDGF-BB，VEGF和其他与血管重塑相关的已知因子bFGF（基本成纤维细胞生长因子）和EGF（表皮生长因子）可用作血管网络状态的指标，对于监测与年龄有关的疾病。3.5. FGF21热量限制（CR）是一种众所周知的饮食疗法，可以改善健康状况，延长寿命，防止心血管疾病和代谢紊乱并减轻神经炎性疾病的症状[7,8,190]。寻找CR后上调的基因发现了许多模仿CR作用的因素，包括转录因子FOXO3A和可溶性激素FGF21（成纤维细胞生长因子）21）[191,192]。CR诱导肝细胞分泌Fgf21，这可能会抑制IGF-1 /GH1 /信号传导通过SIRT途径激活[193]。此外，Fgf21在小鼠中的过表达延长了它们的寿命[192]。尽管在糖尿病治疗的临床试验中，FGF21的给药显示出有希望的但适度的改善，但与代谢紊乱的患者相比，该标记物的量可能表明对高热量饮食的健康反应[194,195]。血液中FGF21的水平升高会减少哺乳动物的糖消耗，而敲除Fgf21基因则会增加啮齿动物的糖摄入。在人类中，Fgf21基因突变与糖果和酒精的消耗量增加以及每天吸烟有关[196]。3.6. 催产素催产素激素被称为“爱荷尔蒙”或“拥抱激素”。当一个人恋爱，拥抱或处于友好的社交互动中时，它就会被分泌出来。激素注射通过MAPK / ERK（促分裂原激活的蛋白激酶/细胞外信号调节的激酶）信号通路激活来刺激衰老小鼠的肌肉再生，肌肉干细胞增殖的激活[197]。将TGFβ/ ALK5信号抑制剂与催产素联合给予老年小鼠，可下调细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）抑制剂p16（细胞衰老的标志物）并重建组织再生[110]。生物体对该激素的反应再次证明了对老年人的护理和关注的重要性。3.7. 生长激素生长激素（GH或生长激素）在青春期达到最高水平，指导生长发育。 GH浓度与IGF-1水平相关。 GH参与胰岛素和IGF-1信号的精细调节，但不影响IGF-2。具有GHRHR（生长激素释放激素受体）或GH1基因突变或下游信号传导缺陷（STAT5B突变）的成年人具有生长迟缓和代谢障碍[198]。 GH，胰岛素，IGF-1或IGF-2信号的过度表达与严重的代谢疾病，过度生长和肥胖症有关[146]。青年人上升后循环生长激素的水平随着年龄的增长而逐渐降低，包括人类在内[199-201]。但是，GH1的突变也会增强小鼠对胰岛素的敏感性。在“矮”小鼠（GH1突变）的肝脏中，胰岛素受体，胰岛素受体底物（IRS-1和IRS-2）被上调[202]。同时，这些小鼠体内的全身胰岛素水平降低，这也增加了组织胰岛素敏感性和动物的寿命[190,203]。此外，在GH水平降低的人类家庭中，寿命增加而血液中IGF-1和IGFBP-3含量没有明显变化（其他与寿命有关的因素已在上文讨论）[204]。然而，在青春期，在密集的生长发育过程中，GH的浓度最高[200]。最近的一项小型临床试验表明，重组人生长激素与两种用于预防高胰岛素血症的抗糖尿病药（脱氢表雄酮和二甲双胍）可以通过生物年龄指标和DNA甲基化变化（表观遗传年龄）。在这项研究中还观察到胸腺再生和治疗患者其他免疫学参数的改善。结果，由DNA表观遗传标记估计的年龄在治疗一年后回归了1。5年[14]。值得注意的是，由于治疗的副作用，在美国，以衰老或复兴为目的对健康个体进行GH治疗被认为是不道德和非法的[205]。所谓的“饥饿激素” ghrelin是胃肠道因饮食限制而分泌的生长激素促分泌素受体（GHS-R）的内源性配体。 GHS-R信号传导刺激GH释放，食物摄入以及碳水化合物和脂质代谢。此外，生长激素释放肽调节肠胃道的分泌，免疫功能，并在神经细胞和心血管细胞免受凋亡的保护中起作用[205]。4. 与年龄相关的炎症因子血液中炎症因子的浓度随年龄增长而增加，通常被称为“发炎” [11]。这个过程与衰老细胞的积累和常在老年时发展的慢性感染有关[206]。如大量研究所示，发炎会导致糖尿病[207]，骨骼老化[208]，发炎性肠病，关节炎，神经组织发炎，慢性肺部发炎以及其他绝症，例如癌症，阿尔茨海默氏病和多发性硬化[ 209,210]。类风湿关节炎期间用TNFα拮抗剂阻断炎症会增加对胰岛素的敏感性，表明炎症与代谢紊乱之间存在联系[211]。此外，老年人中COVID-19死亡率的增加也与之相关与患者的慢性炎症水平有关[212]。老年人的全因死亡率与口腔健康有关。牙龈，口腔粘膜，牙周炎的发炎与中风，心肌梗塞，类风湿性关节炎以及心血管疾病和死亡率的风险有关[57]。凭借年轻时的最佳免疫系统状态，病原体从体内清除后，炎症反应迅速平静下来。受损的细胞很快被清除，健康的组织得以完全恢复。随着年龄的增长，对病原体的免疫反应越来越可能变为慢性，从而导致败血症并变成不受控制的过程。老年人还会积聚衰老的免疫细胞，从而加剧炎症。 [13,51,152,213,214]。4.1. 众所周知的促炎因素在发炎期间，血浆中肿瘤坏死因子α（TNFα），白介素（IL1b，IL6）和C反应蛋白（CRP）的浓度是免疫衰老的最典型模式[11,206,207]。血浆中新蝶呤的量是指示慢性炎症水平的极佳标志。这种代谢物是巨噬细胞分泌的。它在生理衰老和自身免疫疾病期间积累[215]。较少的报道描述了其他与年龄相关的炎症因子的积累，例如可溶性TNF受体1（TNFR-1），单核细胞趋化蛋白1（MCP1）（也称为CCL2），血管内皮生长因子A（VEGF-A），表皮生长因子（EGF），环氧合酶2（COX-2），一氧化氮合酶，诱导型（iNOS / Nos2）[113,216]。最近，报道了几个重要因素-与年龄有关的炎症的潜在指标-。但是，在急性感染性疾病中，短时间内也观察到了炎症因子浓度的增加。因此，在使用发炎标记物评估生物学年龄时，应考虑到人类的总体健康状况，因为急性感染的存在会极大地改变炎症性衰老评估的状况，并导致有关该生物学年龄的不合理结论。生物。 4.2. CCL2CCL2（C-C基序趋化因子配体2，MCP-1）将外周单核细胞募集到组织中，并支持在先天免疫应答过程中接管诱导炎症的M1（炎症）表型[217]。 CCL2表达是由促炎因子如TNFα，IFNγ，IL-1，IL-4，IL-6，LPS，TGFβ等诱导的[218]。 CCL2被称为前列腺[219]和乳腺癌[220]的潜在诊断生物标志物，以及与骨相关的转移性癌症[221]的骨重构指标。 CCL2由多种细胞类型表达，包括内皮细胞，髓样细胞，上皮细胞，星形胶质细胞，神经元和神经胶质细胞，并促进神经胶质激活[218]。CCL2在阿尔茨海默氏病中明显上调。此外，通过在皮层和海马中通过腺病毒递送的CCL2过表达在神经原纤维缠结中诱导炎性因子的表达和病理性Tau蛋白聚集。作者假设CCL2在阿尔茨海默氏病发病机理中的关键作用[222]。血浆中的CCL2水平也与肝病的严重程度有关[217]，并且在患有主动脉瓣狭窄的老年人中显着升高[223,224]。在Ercc1- /∆和Bubr1H / H小鼠早衰症模型中，与年龄有关的CCL2增加甚至更加加速。因此，CCL2可能与“发炎”表型有关。因此，已被建议作为生物学年龄的标志[225]。4.3. CCL11C-C基序趋化因子配体11（CCL11），也称为嗜酸性粒细胞趋化因子，被确定为血浆中的衰老因子。在共生小鼠模型的实验中发现了CCL11在衰老中的作用。 CCL11水平随着血液和脑液的年龄而增加。当将此因子注射到年轻小鼠中时，观察到记忆力下降和神经发生能力下降[226]。 CCL11还使免疫反应向Th2反应倾斜，并参与了嗜酸性粒细胞和嗜中性粒细胞向炎症组织的募集。该趋化因子的血液水平升高表明该生物体内正在进行的慢性炎症过程的证据。 CCL11也参与过敏反应和哮喘进展。有人建议将其作为预后的生物标志物，并作为未来抗衰老药物策略发展的候选药物[227,228]。4.4. CCL27老年人中C-C基序趋化因子配体27（CCL27）的血浆浓度升高[23]。这种趋化因子将T细胞吸引到炎症部位。牙周疾病患者的唾液中检测到高水平的CCL27 [229]。值得注意的是，这种疾病与发展与年龄有关的心血管疾病的风险有关[57]。此外，CCL27参与自身免疫，癌症和缺氧反应[230,231]。4.5. IL27，IL35和TNF相互作用一些循环的促炎因子会导致造血干细胞（HSC）衰老，从而支持体内所有免疫细胞的产生。例如，TNFα通过ERK / ETS1 / NF-kB途径上调IL27Ra。作为IL27 / IL27Ra信号转导的结果，HSC获得了老化的表型，该表型包括髓样偏见和减少的自我更新。已有研究表明，血液中IL27的水平可能是评估HSC衰老率的重要标志[232]。 IL27浓度的增加还导致应激性骨髓生成，导致腹主动脉病变的发展[233]。在儿童早期，IL27水平已显示极低，但树突状细胞产生细胞因子的峰值出现在成年期，也可能是在老年时[234]。 IL27配体与其Ebi3基因（EBV诱导的基因3）的异二聚体伴侣产物相关。此外，IL27Ra也与IL35 / Ebi3复合物连接[235]。因此，监测血液中诸如IL27，Il35和TNF等因子的水平将刺激检查血液干细胞衰老的新方法的发展。4.6. 可溶性VCAM1和ICAM1血管黏附分子1（VCAM-1）在发炎的内皮细胞上的表达上调。 VCAM-1可以将信号从老年小鼠的血浆传递到发炎的内皮细胞，这可能部分是与年龄有关的神经营养障碍的原因。 ADAM17金属蛋白酶裂解VCAM-1，从而阻断炎症环。血浆中可溶性VCAM-1（sVCAM-1）浓度的增加是老年人血管内皮活化，炎症和健康下降的征兆[47]。细胞间粘附分子1（ICAM-1）促进淋巴细胞向发炎组织内的浸润。其表达在内皮细胞上调。在抗炎性环激活过程中也会被裂解。血浆中ICAM-1（sICAM-1）可溶性形式的年龄相关积累是老年人健康下降和虚弱的指标[236]。肾素-血管紧张素系统（RAS）在调节血压，电解质平衡和血管张力方面起着关键作用。它还通过激活VEGF-A，bFGF的合成来诱导血管生成，并可以通过增强金属蛋白酶的合成以及sICAM-1和sVCAM-1的表达来调节炎症反应。血浆中两种分子的长期存在是局部发炎的信号，是癌症转移的信号[24,237,238]。4.7. vWFvon Willebrand因子（vWF）是在一项遗传性出血性疾病的研究中发现的。它参与血凝块形成的早期阶段。当血小板聚集在出血部位时，vWF就像胶水一样，帮助它们凝聚在一起以阻止失血[239]。同样，对于任何组织损伤或炎症，vWF支持募集血小板和白细胞至发炎和受损的病灶[240,241]。在所有这些病理条件下，vWF合成得到增强，因此，其在循环中的存在增加了[240]。血液中vWF蛋白水平的升高是指示剂，也是导致慢性内皮发炎的原因之一，并且免疫血栓形成。该分子调节内皮表面的活化和组织渗透性，使淋巴细胞向炎症部位浸润[240-242]。在衰老过程中，发炎的表型发炎并堆积衰老细胞后，vWF水平升高[241]。血液中vWF蛋白水平的升高是指示剂，也是慢性内皮炎症和免疫血栓形成风险的原因之一。该分子调节内皮表面的活化和组织渗透性，使淋巴细胞向炎症部位浸润[240,242]。在衰老过程中，发炎的表型发炎并堆积衰老细胞后，vWF水平升高[241]。它也通过激活血管表面而参与动脉粥样硬化斑块的形成[243]，并被认为是与年龄有关的疾病（包括糖尿病，中风，心肌梗塞和败血症）的预测生物标志物[240]。因此，对于生物衰老研究而言，血浆vWF水平是慢性内皮组织炎症的极佳早期指标。4.8. TIMP2-抗发炎金属蛋白酶的组织抑制剂（TIMPs）是基质金属蛋白酶的内源性抑制剂。新生儿的脐带血血浆中含有大量的TIMP2[26,244]。此外，对共生动物模型的实验表明，需要系统性的TIMP2库来维持正常的海马功能并改善年长动物的认知功能[26,109,245]。 TIMP2在小胶质细胞中组成性表达，但在炎症过程中被显着抑制[245]。随着年龄的增长，人和小鼠的TIMP2血浆水平都会下降[244]。粪甲虫糖胺聚糖的抗衰老和抗癌作用与TIMP2的上调和糖胺聚糖的抗炎活性有关[246]。但是，另一项研究报道了TIMP2与癌症进展的相关性[247]。TIMP2的抗炎抗衰老作用表明小分子或其他内在因素金属蛋白酶抑制剂可减轻与年龄有关的炎症。 4.9. 可溶性和馅饼1衰老细胞的积累是引起衰老和发生慢性衰老相关疾病的主要过程之一。近来，已显示清除衰老的神经胶质细胞可防止小鼠的神经退行性过程，认知功能障碍和与年龄有关的疾病[248,249]。抑制FOXO4与p53的相互作用可诱导衰老小鼠的衰老细胞凋亡，并恢复其组织稳态，适应性，毛皮密度和肾功能[250]。此外，炎症条件可刺激细胞衰老，反之亦然，衰老细胞分泌促炎细胞因子并诱导衰老的反馈回路[31,251]。将衰老细胞移植到幼小的动物中会导致身体机能障碍并加速宿主的衰老[41]。因此，监测衰老细胞池将允许以更高的生理学准确性确定个体的生物学年龄。纤溶酶原激活剂系统由尿激酶型纤溶酶原激活剂（uPA）及其受体（uPAR）组成。丝氨酸蛋白酶抑制剂（serpins），包括纤溶酶原激活物抑制剂-1和-2（PAI-1和PAI-2），有助于纤维蛋白溶解，细胞黏附和迁移，但在细胞衰老和肿瘤发展中也起着至关重要的作用。最近报道了衰老细胞分泌PAI-1 [252]。此外，用化学抑制剂TM5441阻断PAI-1可以减少心肌细胞，内皮细胞和成纤维细胞中与年龄相关的细胞衰老[253]。内源性蛋白质激肽抑制素可预防血管损伤。它可以通过减少PAI-1的表达来促进端粒酶活性，抑制氧化应激并抑制内皮祖细胞TNFα诱导的衰老[254]。最近的研究表明，uPAR还可以在衰老细胞的表面表达[255]。可溶性uPAR的血浆浓度与炎症和加速的生物衰老相关。可溶性uPAR水平高的人的认知功能和体育活动下降幅度更大[256]。因此，可溶性uPAR和PAI-1可能是生物衰老的优秀生物标志物。 点击：查看更多生物学文章免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于：mdpi
2020-12-17 20:02:00
血液循环因子能否发挥作用并延缓您的生物衰老？（中)血液循环因子能否发挥作用并延缓您的生物衰老？（结论)Natalia Rybtsova1，Tatiana Berezina 2，Alexander Kagansky 3，*和Stanislav Rybtsov 1，*1 英国爱丁堡大学EH16 4UU，爱丁堡大学再生与修复研究所再生医学中心； rybnat@yahoo.com2 莫斯科国立心理学大学极端心理学科学基础系教育，127051莫斯科，俄罗斯； tanberez@list.ru3 远东联邦大学生物医学学院基因组和再生医学中心，俄罗斯符拉迪沃斯托克690922* 通信：kagasha@yahoo.com（A.K.）; srybtsov@ed.ac.uk（S.R.）;电话：+ 44-1316519540（S.R.） 收到：2020年11月12日;接受：2020年12月14日;发布时间：2020年12月15日 摘要：根据世界卫生组织的资料，在未来30年中，发达国家60岁以上的人口将增加一倍，这将迫使退休年龄进一步提高，并增加医疗保健系统的负担。因此，存在一个严重的问题，即保持健康和延长积极的工作寿命，以及实施早期监测和预防早衰和与年龄相关的疾病，以避免早期残疾。传统的生物年龄指标并不总是能提供信息，通常需要进行广泛而昂贵的分析。血液因子研究是一种简单易行的评估个人健康状况的方法，并以新的客观标准补充了人的生物学年龄的传统指标。随着年龄的增长，生长发育，组织再生和修复的过程逐渐减少。它们逐渐被增强的分解代谢，炎性细胞活性和胰岛素抵抗所取代。支持炎症环的衰老细胞数量增加；自噬和线粒体的细胞清除速度减慢，从而导致线粒体和细胞损伤以及功能障碍。对循环血液因子的监测不仅反映了这些过程，而且还可以建议采取医学干预措施，以预防或减缓与年龄有关的疾病的发展。我们回顾了最近出版物中讨论的与年龄有关的血液因素，以及为健康和积极长寿而减缓衰老的方法。 关键词：老化代谢失调;血液因素炎;衰老;老化的生物标志物；生物时代 1. 介绍 由于个体的生活方式和环境因素的随机影响，以及决定个体发育的遗传和表观遗传因素，个体的生物学年龄可能与日历年龄大不相同[1]。通常使用生物的形态，生理和功能特征来估计生物年龄，并将其与相同日历年龄的其他个体的平均生物年龄进行比较[2-5]。特别是，对血管系统状态的研究通常用于评估生物学年龄[6]。决定生物年龄的衰老率还取决于各种因素，包括饮食和不良习惯[7,8]。由于与社会动荡和个人问题有关的压力，个体的衰老会加速[2,9]。对个体生物学年龄和衰老标记的鉴定进行评估，对于预测寿命，评估与年龄有关的疾病的风险以及为快速发展的抗衰老研究制定出可保护性的可保护性参数[10-14]是必不可少的。 在发达国家和发展中国家退休年龄逐渐增加的情况下，这对于延长现代社会的就业年龄和积极的寿命尤为重要。因此，对大数据的分析，包括与生物衰老相关的各种遗传，代谢和医学指标，表明饮食限制[15,16]，体重减轻，运动[17,18]，甚至是肠道菌群的改善。 [19-22]可以逆转衰老标志物的上升，并预防包括肥胖症，糖尿病，癌症等在内的病理状况，显示出有望增加全球人口的平均平均活跃寿命[23,24]。衰老是多种疾病（例如免疫缺陷，心血管疾病，糖尿病，癌症和各种神经系统疾病）的主要潜在危险因素。尽管数十年来在研究和临床投资上做出了巨大的努力，但仍没有针对这些疾病中许多疾病的有效治疗方法，并且衰老降低了治疗方法的有效性[13,25,26]。我们认为有两种方法可以延长积极的健康寿命：防止过早衰老和防止老年性疾病的发展。了解衰老和与年龄有关的疾病的原因对于实施这些策略至关重要。衰老是所有人体组织逐渐退化的复杂过程。出生后，在我们的成长和发展过程中，形成了身体的新结构和组织。在成年期，这种从头开始的形成和生长停止了，逐渐转向维持身体功能和各种系统的平衡。随着年龄的增长，身体系统的失衡加剧，导致对器官和组织失去控制，分解代谢和枯萎[27]。尽管尚未发现衰老的完整遗传程序，但科学家们已经鉴定出许多影响衰老和寿命的基因和过程[10,14,27–30]。衰老的主要机制之一是衰老细胞在所有器官和组织中的积累[25,31]。感染或占优势的肠道微生物群引起的炎症会耗尽免疫系统[19,20,32]。促炎细胞因子水平升高会引起局部组织损伤。受损细胞和组织的修复是一个非常耗能和耗资源的过程[33]。生长因子和激素信号显着激活脂质代谢，蛋白质合成和增殖，因此，细胞中“秩序”的维持被迫取消。自噬和线粒体被抑制，去除自由基的酶的分泌减少。总而言之，所有这些都会导致线粒体受损和暂时性细胞功能障碍的积累[33,34]。再生后，电池清洁和维护重新开始，并且电池功能恢复正常。这尤其是干细胞的特征，干细胞在扩增和分化过程中负责受损组织的再生和恢复[35]。但是在慢性炎症中，细胞不易于清洗（自噬和线粒体吞噬），而容易衰老[36]。这些代谢增加的衰老细胞获得了所谓的衰老相关的分泌表型：它们开始释放大量的促炎因子[37]。出现病理循环-炎症随着年龄增长而增加，因此衰老或耗尽的细胞数量增加。由于再生干细胞的加速老化或/和枯竭，再生受到阻碍。炎症反应的增强和衰老细胞的积累是相互依赖的过程，通常被称为“ senoinflammation” [25,38]。当使用能消除衰老细胞的抗衰老药物[39-42]和抗炎治疗[43,44]时，成功地减缓了与年龄相关的变化，从而证实了这一概念的准确性。炎症性衰老还影响造血干细胞和祖细胞（HSPC）[45-49]。其特点是与年龄相关的造血功能和免疫功能紊乱，年轻细胞数量减少，循环中衰老细胞数量增加，吞噬细胞减少，从而能够从积累的转化细胞和陈旧细胞中清除组织。免疫系统的这种衰老会降低免疫监视的水平，从而导致出现慢性感染和恶性增生性疾病[50]。造血细胞不仅具有从衰老细胞和感染中清除组织的免疫功能，而且还可以向循环血液中分泌大量促炎，抗炎和再生因子[51]。血液向所有器官和组织输送营养，氧气，激素和生长因子。此外，它还将订单发送给整个身体并控制免疫系统[52]。与年龄相关的血液循环因子变化反映了衰老的过程和机制。这些因素在医学上的实现将其传递到血液中，从而可以将信号传递至调节和监测衰老的体内系统[27]。在本文中，我们概述了有关最重要的衰老报告者的最新研究。这些是代谢，激素和炎症因子，可提供生物学年龄的客观标准。此外，其中一些因素直接影响老化过程。在本文中，我们将仅关注血浆中可测量的因素。2. 血浆生物化学和血管动力学的年龄相关变化无论是在动物实验还是在人体实验中，许多关于放松条件下的血流速度的研究都没有发现其随年龄的增长而显着降低。但是，在压力下，年轻的动脉相比年长的动脉会大大扩张。此外，在年长的动物中，控制血管张力和收缩的感觉神经元数量也明显减少[53]。毛细血管的数量随着年龄的增长，横截面的变化以及局部血栓形成的可能性的增加而减少[54]。显然，即使老年人的血小板数量略有下降，血纤蛋白原含量的增加也会影响血液的凝结[55,56]。血浆中纤维蛋白原浓度随年龄的升高既反映了系统性炎症的升级，又反映了血管内皮的年龄相关变化（表1）[57]。表1.血管疾病，代谢产物，脂质和氧化还原剂是与年龄有关的疾病的危险因素及其对寿命的影响。匆忙的机体功能障碍的风险随年龄增长而增加。例如，传统上在临床实践中使用的血尿素氮与肌酐之比（BUN /肌酐）也与急性心力衰竭相关[58]。随着年龄的增长逐渐增加的另一个可靠的衰老标志是白蛋白/肌酐比值，称为尿微量白蛋白。微量白蛋白含量很高与糖尿病和高血压有关，可能引发肾功能不全和衰竭[59]。众所周知，血钙水平也会随着年龄的增长而增加，特别是与肾功能不全相关时。也已经表明，在老年时，钙水平的突然下降或升高会导致较高的过早死亡风险[57,60]。血细胞参数随年龄的增长而降低，例如总淋巴细胞计数，红细胞计数，血红蛋白和血细胞比容，通常用于评估健康状况[56]。众所周知，男性（约15.5至12.3 g / dL）和女性（约13.5至11.5 g / dL）的年龄在50至90岁之间，血红蛋白水平都会下降[61]。然而，这种相关性更确切地描述了随着年龄的增长，病理性贫血的发生率增加。有健康的衰老个体具有稳定的血红蛋白水平[57]。新的分析方法使人们能够识别随年龄变化的各种血浆附加成分。它们在衰老中的作用以及使用它们评估生物学年龄的可能性仍有待阐明。2.1. 血脂脂质的总含量及其种类（脂质组）会随着年龄的增长而衰减，可以被视为健康脂质代谢的年龄相关预测指标。血浆中脂质体的质谱分析表明，某些特定脂质的浓度与年龄有关，而与体重指数无关；它们包括胆固醇，鞘磷脂和含二十二碳六烯酸的磷脂[62]。不同类别的胆固醇和炎症因子浓度的年龄依赖性增加与心血管疾病的风险和寿命的缩短相关[63-65]。炎症和衰老过程中血浆中含三酰基甘油的多不饱和脂肪酸（PUFA）积累与寿命负相关，而血浆中鞘磷脂浓度与寿命正相关[66]。最近的一份报告确定了一组与年龄相关疾病组合风险相关的生物标志物。对44,168人的代谢谱监测发现了10种与10年全因死亡率相关的生物标志物。它们包括脂蛋白，脂肪酸和糖酵解代谢产物，体液平衡标志物和炎症因子[67]。另一项研究揭示了与全脂类血浆浓度相关的遗传标记，以及与心血管疾病风险相关的脂修饰[68]。2.2. NAD+/ NADH指数NAD +及其前体水平的年龄依赖性降低会导致线粒体功能障碍和代谢紊乱的累积。NAD+的组成水平取决于NAD合成与消耗NAD +的酶活性之间的平衡。 NAD +对于炎症过程中造血细胞的免疫功能至关重要。与衰老相关的所有过程，包括炎症，局部缺血，代谢失衡，变性细胞状况，均会抑制NAD +的产生；因此，每20年NAD+的浓度会降低两次[69,70]。 NAD +的生产也依赖饮食。高蛋白摄入会导致血浆NAD +水平降低[71]。最近的研究发现CD38-NADase是NAD +的主要消费者，并且是与年龄相关的NAD +下降的媒介[72]。 CD38在大量免疫细胞上表达，包括B细胞，T细胞，NK细胞和一些髓样细胞。此外，CD38在大量淋巴白血病细胞中大量表达。考虑到NAD +功能在所有代谢过程中的重要性，动物实验表明，通过化学抑制来阻断CD38依赖的NAD +摄入可以改善小鼠的健康和寿命[73]。 2.3. 赞美活性氧（ROS）会引起氧化性细胞损伤。 ROS随年龄增长而增加；降低ROS水平可减少年龄相关的功能衰退。例如，最近开发了一种方法，用于通过其衍生物的数量-活性氧代谢物（D-ROM）以及通过指示巯基氧化还原回收系统状态的硫醇蛋白基团的浓度来评估ROS的量。总硫醇水平（TTL）。这项技术可以发现与年龄相关的变化与D-ROM和TTL标记的积累之间的相关性。 D-ROM水平和TTL浓度还与心血管疾病，肿瘤疾病和糖尿病的过早死亡率相关[74,75]。基于氧化还原的平衡机制也基于S-亚磺酰化蛋白Cys-SSH向Cys-SSOH（半胱氨酸过硫代亚硫酸，氧化形式）的转变。Cys-SSH被广泛认为是一种细胞氧化还原传感器。蛋白质的亚磺酰基半胱氨酸（Cys-SSH）可以被ROS反向氧化，从而降低自由基的水平[76,77]。由于Nrf2表达（核因子红系2 p45衍生的因子2）的减少，对消除自由基和其他毒素的遗传控制随年龄的增长而降低[78]。反过来，Nrf2控制抗氧化剂蛋白，解毒酶，药物转运蛋白和许多细胞保护蛋白的表达。此外，Nrf2通过响应增强剂（SOD是ROS的重要中和剂）直接掌握超氧化物歧化酶（SOD）的表达[78-80]。 Nrf2还可以通过直接调节抗氧化酶功能来保护线粒体，通过上调Sirtuin（SIRT）来增加自噬水平，并通过抑制NF-kB来减轻炎症[81]。2.4. 硫化氢可溶于血浆的硫化氢（H2S）在生物系统中作为氧化还原传感器也起着基本作用[82]。产生H2S的CSE（胱硫醚γ-裂合酶）的发现表明，该分子不仅是环境毒素。这有助于了解H2S在动态平衡，免疫细胞，组织和器官功能管理中的作用[83]。在无脊椎动物的实验中，硫化氢/半胱氨酸过硫化物（H2S / Cys-SSH）生产者的基因缺失缩短了动物的寿命，而促进H2S则大大增加了寿命。血浆中H2S浓度随年龄的下降可能是与年龄有关的变化的客观指标[82,84,85]。 H2S和上述Cys-SSH可以通过荧光和Dimedone开关标签方法轻松测量[82,86]。最近，已经表明H 2S参与伴侣功能的调节。控制H2S产生的酶CSE/CTH / CGL（胱硫醚-γ裂解酶），CBS（胱硫醚-β-合酶）和MST（3-巯基丙酮酸硫转移酶）与HSP22的抗逆性，老化和应力依赖性调节有关， HSP70和HSF1 [87,88]。伴侣蛋白在适应性应激中起重要作用，并且可以直接调节与寿命相关的Foxo3基因的表达（Forkhead box O3）[89]。产生H2S的酶缺乏会导致高血压，而在动物研究中施用化学H2S供体可降低血压并防止器官损伤[90]。 MST是一种涉及骨骼矿化的气体递质H2S酶。最近有文献报道其在预防骨关节炎发展过程中软骨钙化中的作用[91]。此外，还发现氧化应激，Cys-SSOH的剥夺或抑制作用伴随着CGL（胱硫醚γ-裂解酶基因）表达的增加，导致H2S的产生与mTORC1保持负平衡（与蛋白质合成有关）。 H2S的增加是限制热量摄入饮食有效性的关键指标[92]。血浆中的H2S浓度也能够调节炎症反应，具有抗氧化特性并调节血管舒张作用[93]。血浆中H2S的浓度会随着年龄的增长而逐渐降低，因此，可以将其作为生物学年龄标记[85]。 H2S供体化学物质硫代硫酸钠已被成功用于临床试验，以治疗晚期肾脏疾病患者的钙减少症[94]。不过，由于硫代硫酸盐的副作用，有必要寻找新的硫化氢供体[90,94]。维持血液中的H2S平衡可能是开发抗保护性疗法的有前途的策略。2.5. β2-微球蛋白作为主要组织相容性复合物（MHC）一部分的β2-微球蛋白（β2M）存在于血小板，淋巴细胞和单核细胞的表面。 β2M的表达受干扰素和促炎细胞因子的调节，其功能对于免疫监视至关重要。它稳定MHC以建立抗原呈递。血小板衍生的β2M是单核细胞促炎性分化的介质，并可能在癌变过程中或作为心肌保护剂发挥分子伴侣的作用[95]。由于炎症反应，血浆中会发生β2M的蓄积，但通过肾脏过滤可积极消除。随着年龄的增长，肾功能下降会导致血浆β2M量逐渐增加，并引起与年龄有关的认知功能和神经再生过程的损害[95-97]。血液中β2M的存在会引起淀粉样原纤维的形成和沉积（淀粉样变性），这是许多病理状况的原因。这个过程可能与慢性炎症和衰老有关，可能是阿尔茨海默氏病，帕金森氏病和II型糖尿病的基础[98]。淀粉样变性在长期透析后也会发生，因为现代系统无法释放大分子，例如β2M。这就是为什么该分子被认为是肾脏滤过效率的标志[99]，全因死亡率以及其他健康下降和疾病风险病例的预测因素的原因[100]。还证明了血清β2M水平与老年人的虚弱（慢，无力，低体力活动，疲惫和萎缩）之间的关联[101,102]。因此，β2M被认为是几种与年龄有关的炎症性疾病的预测指标。3. 与衰老相关的循环激素和生长因子血浆成分的浓度随年龄而变化。其中一些是自然衰老的指标，同时可能直接影响，增加或减少衰老的速度。通过共生模型，将年幼和老年的动物通过外科手术缝合在一起，可以测试血浆成分如何影响健康和衰老率（图1）[103,104]。在共生生物模型中，在骨骼肌，心脏，肝脏和中枢神经系统中观察到改善老动物健康指标的作用，以及在年轻供体小鼠中这些器官和组织的同时退化[105-108]。此外，将年幼小鼠的血浆注入年老小鼠中会增加衰老海马中环状AMP反应元件结合蛋白（CREB）的表达。这导致神经元的可塑性增强和认知功能改善[109]。最近对幼小和年老的共生动物表达谱的研究确定了与血管系统再生相关的基因复合物，包括改善的线粒体功能和对氧化应激的反应[52]。从血浆中分离出活跃的年轻化因子是一项重要的策略，因为共生体本身在临床上是无法翻译的：从伦理上说，年轻人到老年人的输血是不可接受的，并且充满多种副作用[110-113]。此外，在功能上与衰老相关的关键因素是用于生物年龄估算的优秀生物标记。本章讨论了最明显的与年龄相关的因素（图1，表2）。3.1. TGF-β超家族转化生长因子β（TGF-β）超家族包括几个分子，例如骨形态发生蛋白（BMP），生长分化因子（GDF），激活素等。它们调节胚胎中的组织形态发生，并参与成人的几个生物学过程，例如细胞静止，凋亡，分化，增殖和细胞迁移，尤其在造血功能的调节中起关键作用。它们的异常表达与许多疾病和衰老的发病机制有关[114-116]。 图1.共生生物小鼠模型：循环因子对生物衰老的相互影响。在年轻的生物体中，生长和再生，胰岛素敏感性高，细胞清洁（自噬，线粒体吞噬）水平提高的过程胜过衰老细胞的积累，胰岛素抵抗，肌肉和其他细胞的分解代谢以及慢性炎症的过程。 （发炎）特定于旧生物。粉色箭头表示主要存在于年幼动物血液中的因素。蓝色箭头显示过程和因素-生物年龄增长的指标。显示了具有外科手术连接的血管系统和常见血液循环的共生模型，在该模型中，成年小鼠和成年小鼠之间交换了因子和细胞。该模型可以评估血液因素对生物衰老的影响。使用共生模型检测了图中所示的几个因素（第3章中的附加说明）。 sVEGF和sICAM1表示蛋白质的可溶性形式。 “ EGF +炎症”显示高水平的EGF信号传导与高水平的炎症因子结合，导致内皮细胞衰老。文本中解释了分泌蛋白的所有名称。我们根据https://www.genecards.org使用基因名称和蛋白质缩写。 表2.与衰老有关的生长因子，激素和炎性因子的动力学。TGF-β因子的典型功能是通过c-Myc（增殖调节因子）和白介素受体的转录下调以及诱导细胞休眠的细胞周期蛋白依赖性激酶的抑制剂来抑制生长。因此，TGF-β在许多过程中作为抗炎因子起作用。在衰老期间，TGF-β表达升高。令人惊讶的是，随着年龄的增长，这种升高导致神经源性海马海马，骨骼肌的肌源性海马中促炎性利基细胞的扩增。通过这种方式，TGF-β增加了炎症，而不是其抑制免疫应答的典型作用。Alk5抑制剂阻断TGF-β信号传导可降低β2-微球蛋白水平，并增强小鼠的神经元和肌肉再生[110,117]。激活素与特定的II型受体A（ActRIIA）或B（ActRIIB）结合（分别针对激活素A或B）。这种结合刺激了细胞质蛋白Smad2和Smad3的磷酸化，从而将信号转导传递到细胞核中[118]。除激活素的发育作用外，它们还与炎症有关[119]。其他TGF-β超家族成员，生长分化因子8和11（GDF8或肌生长抑制素，和GDF11）以及激活素，还通过SMAD2 / 3向核传递信号，以调节多种过程：神经发生，肾脏和内分泌胰腺发育，肌肉和心脏再生。 GDF11蛋白序列与GDF8 90％相同，但是它们作为ALK4 / ActRII信号的配体发挥不同的作用[118,120,121]。血浆中的几种TGF-β超家族成员，包括GDF8（肌生长抑制素），GDF11和激活素A被认为是衰老的指标，并讨论了它们在衰老过程中的可能参与[118,122]。此外，GDF8（肌生长抑制素）在减缓许多动物物种的产后肌肉生长中起着重要作用。此外，GDF8的突变导致衰老小鼠的心脏功能改善[123]和脂肪代谢正常化[124]。因此，随着年龄的增长其水平会导致骨骼肌和平滑肌的退化[125]。GDF8激活素的天然拮抗剂是卵泡抑素。在肌肉萎缩症小鼠模型中静脉给予卵泡抑素可改善肌肉再生[126]。GDF8的缺失产生了超肌肉表型，而GDF11的缺失在胚胎中是致命的，并且与包括血管和肌肉萎缩在内的广泛发育缺陷有关。 IGF11还参与海马神经元和血管再生期间血管细胞的发育和粘附[127,128]。皮肤细胞中GDF11的缺失会影响真皮基质成分的产生，并与皮肤老化有关[129]。与这些研究一致的是，老年人血浆中GDF11浓度的降低与老年性肌营养不良有关[130]。静脉内给药时，GDF11能够逆转与年龄有关的心脏肥大[122,131,132]，并能防止内皮损伤[128]。但是，长期的 全身注射GDF11可引起恶病质（虚弱和体重减轻）[133]。另外，高浓度的GDF11可能导致红细胞成熟的最后阶段延迟并导致贫血[134]。尽管关于GDF11对预期寿命和恢复活力的影响的报道相互矛盾，但血液中GDF8和GDF11的水平可以用作心血管风险的预测性生物标志物。血浆GDF11含量降低也与健康受损，神经变性和死亡风险相关[118,122,128]。近来，激活素A已显示会影响灵长类动物肌肉质量的形成[135,136]。激活素A以及GDF8和GDF11的主要受体是激活素IIB受体（ACVR2B /ActRII），它通过SMAD2 / 3传递信号至负责组织分解代谢的关键基因的启动子。在血浆中检测到的ActRII信号报告基因之一是卵泡抑素样3蛋白（FSTL3）。血液中FSTL3的水平与年龄有关[118]。 FSTL3已被提议作为心血管系统加速衰老和心脏功能障碍风险的指标。有趣的是，FSTL3抑制了ActRII受体配体，因此GDF8和GDF11的总库随着年龄的增长而减少。但是，激活素A的水平增加。激活素A可能与FSTL3的抑制作用无关。随着年龄的增长，肌肉和心肌的退化与血浆中激活素A含量的增加有关[137,138]。此外，ActRII的完全阻滞可保护心肌免受小鼠诱发的梗塞[139]。 ActRII信号传导不仅对心肌有多种作用，而且对血细胞也有多种作用。 FSTL3在红细胞的产生[140]和血统的克隆形成前体的粘附[141]中起着重要作用，这可能与造血过程中与年龄相关的变化有关。ActRII受体的分解代谢功能取决于激活该信号通路的配体类型。与衰老相关的ActRII的另一个重要的TGF-β超家族配体是骨形态发生蛋白（BMP9）[121]。 BMP9的阻滞导致发育过程中的出血，表明其在维持血管内皮结构中的作用[142]。 BMP9通过另外的内皮特异性衔接子受体内皮糖蛋白（ENG）与ActRII相互作用[143]。 ENG衰减到SMAD3的BMP9信号。代谢综合征和肝硬化期间BMP9水平降低，而ENG水平升高[144,145]。人们对BMP9信号的兴趣日益增长，也促使人们对BMP9/ ENG在组织纤维化中的负作用进行讨论[121]。另外，BMP9参与脂质稳态和葡萄糖代谢的调节。这种激素可以减少肝中糖原的积累。通过提高胰岛素的合成和增加组织的胰岛素敏感性，BMP9增强了肌肉组织的葡萄糖消耗并促进了肌肉组织的转变。白色脂肪组织到棕色脂肪组织[115]。ActRII信号通路抑制剂的种类繁多，以及其复杂的转录后成熟调控，使人们对它们在衰老中的作用及其在检测生物学年龄中的用途的理解模糊了[131]。总之，所有这些研究都可能建议监测TGFβ，BMP9，GDF11，GDF8，激活素A和FSTL3，作为评估与年龄相关的健康状况和衰老率的预测平台。 点击：免费使用英文翻译免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。 来源于：mdpi
2020-12-17 19:47:55
来源于：MDPI国家理工学院-CNMN，墨西哥城萨卡特科上校Adolfo López Mateos专业单位，墨西哥CDMX CP 07738； darrieta@ipn.mx（D.A.-B.）; mpereaf@ipn.mx（M.d.J.P.F.）； jmendezm@ipn.mx（J.V.M.-M.）;hfmendoza@ipn.mx（H.F.M.L.）收到：2020年11月30日;接受：2020年12月14日;发布时间：2020年12月16日 摘要：角质层是几乎所有主要的空中植物器官中都存在的保护性表皮屏障，其组成因植物种类而异。作为苹果皮的一部分，表皮蜡和表皮蜡对供人类食用的新鲜水果的皮肤外观和品质特性具有重要作用。通过酶法获得了两个苹果品种“金冠”和“红冠”中角质的具体组成和结构特征，并通过交叉极化魔角旋转核磁共振（CP-MAS13C NMR）进行了研究。全反射红外光谱（ATR-FTIR）和质谱，并通过专门的显微镜技术（原子力显微镜（AFM），共聚焦激光扫描显微镜（CLMS）和扫描电子显微镜（SEM））进行形态表征。根据CP-MAS 13C NMR和ATR-FTIR分析，两个品种的角质均主要由脂肪族组成，并且它们之间显示出很小的差异。通过质谱分析水解角质分析证实了这一点，其中9,10,18-三羟基-十八烷酸; 10,20-二羟基二十烷酸; 10,16-二羟基十六碳烯酸（10,16-DHPA）; 9,10-环氧-12-十八烯酸;分离出的主要单体是9,10-环氧-18-羟基-12-十八烯酸。所获得的角质中多糖和酚类的含量较低，可能与这种生物复合材料的低弹性行为以及苹果角质表面上存在裂纹有关。这些裂纹在金苹果中的平均深度为1.57 µm±0.57，在红苹果中的平均深度为1.77 µm±0.64。这项工作获得的结果可能有助于更好地理解苹果果实表皮的机械性能主要与角质的特定脂肪族成分有关，并有助于更好地研究微裂纹的形成，而微裂纹是赤褐色形成的重要症状。 关键词：角质；表皮;家蝇CPMAS 13 C NMR;原子力显微镜CLMS；扫描电镜1.介绍墨西哥的苹果产量在2019年接近67.9万吨，高于2018年的54.7万吨[1]。通常，墨西哥的新鲜苹果产量被其消费量所赶超，墨西哥苹果的出口几乎停滞，奇瓦瓦州是主要出口国，主要出口到美国（627吨）和伯利兹（22吨），在最近两年[2]。苹果和其他水果一样，例如橘子，柠檬，葡萄柚，草莓等，都被连续的细胞外角质层覆盖[3-5]。这种表皮可以保护苹果免受环境压力 例如风，温度，化学物质和干旱，不仅附着在树上，而且在储存过程中也是如此。先前的研究表明，表皮对这些阻隔性能的贡献最大。没有它，苹果很容易感染霉菌。物理伤害;尤其是水分损失[6,7]。植物角质层是由角质聚合物制成的基于脂质的复杂生物复合物，并被称为“蜡”的非聚合表皮脂质填充[8]（方案1）。先前的报告显示，家蝇属水果中的蜡成分可能包含烃，醇，醛，脂肪酸，二醇，酯，B-二酮，萜类化合物和酚类化合物。这些表皮蜡的重要性先前已有报道。方案1.水果表皮的示意图组织。 角质素主要由羟基和环氧羟基C16和C18脂肪酸和甘油组成，但其组成因植物种类，发育阶段[3,9,10]，器官和环境胁迫[11,12]而异。角质成分的这种变化影响角质层的结构和性质。例如，角质成分的变化与植物对病原体多角形[Erysiphe polyi] [13]和灰葡萄孢[Botrytis cinerea] [14]的抗性相关。一些化学物质的共价键合可能涉及特定的含环氧基的角质单体[15]，角质组成也与角质层的机械性能有关[16]。实际上，羟基可以增强角质基质的亲水性，从而具有更高的弹性[17]。最后，角质单体组成决定了羟基含量，从而影响通过聚酯键的交联[18,19]。不同的研究表明，苹果表皮中早期存在微裂纹在生长季节，它们会变大，并在季节结束时在表面形成网络[6,20,21]。裂纹的存在使苹果果实容易出现表面紊乱，例如赤褐色或皮肤斑点，从而导致经济损失[22-24]。这些疾病与包括蜡组成在内的不同因素有关[6,24,25]。但是，我们认为，对角质成分的更好了解将为角质层的超微结构和力学性能提供更多的知识。在这项工作中，通过CPMAS 13C NMR，ATR-FTIR和MS获得了来自两个苹果品种的两个角质，分别是“金黄色的美味”和“红色的”。根据这些分析，两种苹果角质素均主要由脂族成分组成，其中主要单体为9,10,18-三羟基十八烷酸； 10,20-二羟基二十烷酸; 10,16-二羟基十六碳烯酸（10,16-DHPA）;9,10-环氧-12-十八烯酸;和9,10-环氧-18-羟基-12-十八烯酸。这些角质中多糖含量低，很容易形成通过CLMS，AFM和SEM观察和分析的微裂纹。 2.结果与讨论 2.1.交叉极化魔术角自旋13 C核磁共振（CPMAS 13C NMR）和衰减全反射傅立叶变换红外光谱（ATR-FTIR）对“金冠”和“红冠”苹果角质的分析根据报道的酶处理方法分离苹果角质[26]，并通过CPMAS 13CNMR和ATR-FTIR进行分析。对于这两个苹果品种（图1 –金色和图1 –红色），主要的共振分配如下[27]：散装亚甲基（20–40 ppm），是最突出的峰。较小的峰归属于氧化的脂肪族碳（55-85 ppm）；芳烃和烯烃（105-155 ppm）；和羰基（173ppm）。除了这些信号组以外，还可以分配那些属于碳水化合物部分的信号（即使在碳原子数为60时为C6，70-75 ppm时为C2,3,5，83 ppm时为C4，105 ppm时为C1）。比例很小。两个角质中均存在56和64 ppm的峰。这些峰归属于环氧环氧长链脂肪酸（参见补充材料S1-S4）。 图1.来自“金冠”和“红冠”苹果的角质的交叉极化魔角旋转核磁共振（CPMAS 13C NMR）光谱。除了分配的碳水化合物峰外，还检测到环氧化合物，因为它们的信号在δ56和64ppm处。 ATR-FTIR光谱学已被用于原位表征分离的角质的功能化学基团及其在表皮水平与外源性化学物质的相互作用[28,29]。 ATR FT-IR分析“金色美味”和“红色美味”苹果角质素（分别为图2，金色和红色）显示3365cm-1左右的宽带与多糖级分和残留的羧酸，以及2918和2849cm-1处的强带，归因于CH2的不对称和对称拉伸振动，并伴随着大约1468、1313和725 cm-1处的相应弯曲振动。2.2.苹果角质碱水解（KOH / MeOH）产品的直接注射电喷雾质谱（DIESI-MS）分析为了完成对“金冠”和“红冠”苹果角质素的研究，通过分析这种重要生物聚合物中存在的主要单体进行了碱水解。在两种情况下，约95％的表皮材料都被水解。碱性的可溶性产品通过负离子模式的直接注射电喷雾电离质谱（DIESI-MS）分析水解（见补充材料S5），通过ms / ms分析鉴定的化合物见表1。 图2.来自“金黄色美味”和“红色美味”苹果的角质的衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR）光谱。 [M-H]-精确：精确的分子量，[M-H] -obs：观察到的分子量，％RA：相对面积％。误差[ppm]：所选峰的测量质量与理论质量之间的偏差的绝对值，以[ppm]为单位。 鉴定出的化合物存在于两种角质中，差异很小。在两个角质中鉴定出的主要成分是9,10,18-三羟基十八烷酸； 10,20-二羟基二十烷酸;和10,16-二羟基十六烷酸（10,16-DHPA）。 10,16-DHPA是在不同的角质中鉴定出的最重要的C16链烷酸之一，例如番茄，柑橘角质层和青椒[30]。在“金色美味”（分别为10.2和4.8％）和“红色美味”中，另外两个重要的单体被鉴定为9,10-环氧-12-十八烯酸和9,10-环氧-18-羟基-12-十八烯酸苹果角质（分别为8.26和4.18％）。 这两种环氧化合物，以及9,10,18-三羟基-12-十八碳烯酸和9,10,18-三羟基-十八碳烯酸，也可以在随后的角质中检测到亚油酸的氧化反应后得到。角质素中C16长链酸占主导地位，这很普遍，并且与以前的角质素报道一致[30]。但是，重要的是要强调这些角质苹果中45％的主要单体中的大多数是C18酸。这些C16和C18单体的存在可能是在ATR-FTIR光谱中在1100 cm-1处检测到宽带酯化的原因。质谱分析未在“金冠”和“红冠”苹果角质中检测到芳香族化合物和碳水化合物，这可能是因为它们的含量较低和/或极性较高，这与NMR分析相符。2.3.苹果角质的共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）CLSM已成功用于植物组织的表皮研究，因为在分析过程中，由于完全没有进行样品的预处理或物理切片，因此细胞保持不变[31]。在这项工作中，CLSM分析了从两个苹果品种“黄金美味”和“红色美味”获得的角质。直接分析没有人工染色或物理切片的样品，由于其自身荧光，可以观察到大多数结构。实际上，在AFM和SEM分析中使用了相同的样品，以更好地比较结构。苹果角质的外表面结构可视化为覆盖有微裂纹网络的光滑表面，这与其他研究的发现一致。这些微裂纹似乎是由四个或更多单元格划定的组，这些单元不一定与肋条相对应（在内表面中观察到）（图3）。图3.共焦激光扫描显微镜（CLSM）显微照片来自“金黄色的美味”（（A）外表面和（B）内表面）和“红色”（（C）外表面和（D）内表面）苹果的角质。 从图3可以看出，对两个面的完整分析表明，即使在表面上观察到不同的裂缝，它们似乎也无法完全穿透角质层结构。2.4. 苹果角质层的原子力显微镜（AFM）通过AFM分析了苹果角质的地形（图4）。对于“金黄色美味”苹果角质膜，其外表面的粗糙度值为Ra = 533.5±44.5 nm和Rq =689±45.2 nm，内表面的粗糙度值为Ra = 1844±69.2 nm和Rq = 2310±79.1 nm，表明内表面的粗糙度较高；这是因为在内侧表面以角质构型形成的肋。在“红色美味”苹果角质中，外表面的粗糙度值为Ra= 390±44.5nm和Rq= 486±49.4nm，内表面的粗糙度值为Ra=1237±103nm Rq＝1514±88.3nm。与“黄金美味”角质苹果的尺寸类似，内表面最粗糙。而且，可以从两个苹果的粗糙度测量中观察到品种认为，“金美味”角质苹果的外表面最粗糙，而与内表面相反，“红色美味”角质苹果的粗糙度更高。除了粗糙度差异外，内部和外部之间的形貌差异可以观察到两个品种的面孔（图4）。在外面，像胰岛这样的结构可以观察到裂缝，并且在内表面也可以观察到胰岛。但是，胰岛由类似于壁的加厚肋来界定。在两个角质苹果品种内表面的肋骨上进行的测量表明，“金黄色可口”角质苹果的高度为3.4±0.7 µm，宽度为10.7±2.9μm，对于“红色可口”而言角质苹果，排骨的高度是7.8 ±2.7 µm，宽度为16.4±5.1 µm。通过这些测量，在“红色美味”角质苹果中，肋骨的高度和宽度更大。这些观察结果与CLMS和SEM分析得出的结果一致。通过CLMS和AFM获得的图像显示了两个苹果角质膜外表面的“小岛”或微裂纹中描绘的一组细胞的特定形成。这些果实的生长和成熟过程中会形成这种裂纹[7]。在此过程中，表皮中可能产生拉应力，导致出现裂纹。对于“红色美味”角质苹果，裂纹更清晰，平均深度为1.6±0.6 µm。对于“金黄色的美味”角质苹果，裂纹的平均深度为1.8±0.6µm，并且定义较浅，因为它们的宽度较宽以及在“红色美味”角质苹果中发现的那些。图4. AFM获得的地形图。图（a–c）来自“金”苹果： (a) 外表面的2D图像以及内表面的（b，c）2D和3D图像；图（d–f）是从“红”苹果中获得的：（d）外面的2D图像和（e，f）里面的2D和3D图像。2.5. 苹果角质的扫描电子显微镜（SEM）分析将用于CLSM分析的相同样品溅射涂覆并安装用于SEM分析。在不同的工作条件下，改变加速电压，工作距离和放大倍数，可以捕获图像。使用二次电子模式进一步记录图像。图5A，5E示出苹果角质层表面覆盖有以微裂纹图案为特征的无定形蜡层，该微裂纹图案的长度，深度和分布图案不仅在栽培品种之间，而且在相同水果的各部分之间也具有相当大的变化。根据图5B，F，无定形蜡层的缩放，裂纹在“红色美味”苹果角质中更深且具有更长的长度。但是，它们没有延伸到与CLMS分析一致的内表面。实际上，根据图5C，G，内表面没有微裂纹的迹象。除了内表面的肋骨网络外，还发现了鳞片状的表皮蜡状晶体（扁平的，通常是多边形的）。晶体，具有明显的边缘，以不同的角度附着在表面上，通常像瓷砖一样重叠）和薄片（没有明显边缘，规则或不规则边缘的扁平晶体，垂直附着在表面上）（图5C，G）。这些板和血小板不规则地分散在无定形蜡层的内表面上，并经常密集地集中在微裂纹的开口内（图5D，H）。在苹果品种和角质苹果切片中，它们的宽度（1.1-5.6µm），高度（0.7-3.2 µm），厚度（0.1-0.4 µm）和密度不同。图5.“金色美味”（（A，B）外表面和（C，D）内表面）和“红色”（（E，F）外表面和（G，H）内表面）的角质的SEM显微照片苹果。 Cr：表皮微裂纹。 fl：表皮蜡片。 据报道，在使用SEM分析的苹果角质中存在片状[7,25]。即使大多数作者都认为这些薄片是表皮蜡状晶体，他们中的一些人仍认为它们是由SEM技术产生的伪影，无法用CLMS或其他显微镜仪器观察到[31]。根据我们以前的研究[32,33]，源自番茄和水果角质的单体和低聚物可以形成良好的组织，形成均匀的膜，因此这些薄片的存在可能对应于聚合过程中脂族化合物的血小板。除了这种水果整个生长过程中的生化变化外，这还会影响皮肤。对于苹果而言，角质的机械性能可能与影响表皮粘弹性行为的化学组成有关。番茄（S. lycopersicum）表皮的研究表明，表皮成分的定量变化会影响表皮的弹性/粘弹性行为[34,35]。特别是，与角质网刚性有关的多糖和一些酚类化合物（如类黄酮）起着生化调节剂的作用[35]。与其他水果的角质素有关的多糖和酚类化合物含量较低，可能会影响这些苹果角质素的弹性，当果实在发育和成熟期间膨胀时，会引发聚酯的断裂。为了阐明多糖在角质的机械行为中的作用以及如何影响其粘弹性，需要进行更多的研究。 3.材料和方法 3.1.化学制品三氟乙酸和组织培养水购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。黑曲霉果胶酶（EC 3.2.1.15），黑曲霉纤维素酶（EC 3.2.1.4）和黑曲霉半纤维素酶（EC 3.2.1.4）购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。其他实验室化学品均为试剂级或更高。3.2.酶法分离“金冠”和“红冠”苹果角质通过公开的三步方案从两个苹果品种的皮肤中分离出角质[26]：（i）通过果胶酶处理去皮并随后分离角质层； （ii）用连续的纤维素酶，果胶酶和半纤维素酶处理酶消化细胞壁多糖； （iii）通过依次用甲醇，二氯甲烷和四氢呋喃进行索氏提取进行彻底脱蜡。3.3.苹果角质碱水解向30mg的角质中加入0.4mL的去离子水和2.0mL的1.5N甲醇KOH。该混合物装有回流冷凝器，并在70–75℃下搅拌8或22 h。使用标准程序，用CHCl3-MeOH提取角质素单体[26]。称重干燥的萃取液，溶解在1.0 mL的CHCl3-MeOH（17：3）中，并通过玻璃棉过滤到自动进样瓶中。基于未水解的物质，计算反应产率。碱水解8小时的典型收率为90–95％。 3.4.固态NMR光谱分析使用在配备有固态NMR的Varian Instruments Unityplus 300宽孔光谱仪（美国加利福尼亚州帕洛阿尔托）上进行的标准CPMAS13C NMR实验分析不溶性聚合物。共振频率为74.443 MHz，通常的采集时间为30 ms，两次连续采集之间的延迟时间为2s，交叉极化（CP）接触时间为1.5 ms。通常，将每个30mg样品装入5 mm转子和Doty Scientific（哥伦比亚，SC，美国）的超音速幻角旋转（MAS）探针中，然后在6.00（0.1 kHz和室温）下旋转约10 h。在主要的羰基或脂族碳峰的上场或下场均未观察到旋转边带。用50 Hz的指数线展宽处理所得数据。3.5.ATR-FTIR光谱分析ATR-FTIR光谱是通过配备了砷化铟镓（InGaAs）检测器的FTIR模块IR2（法国龙朱梅的Horiba Jobin Yvon）和与法国Longjumeau的Horiba Jobin Yvon LabRam HR800光谱仪连接的FTIR模块IR2记录的。使用ATR接触物镜，在4000–400 cm-1范围内记录光谱，光谱分辨率为4 cm-1，每次测量32次扫描。 3.6.原子力显微镜分析使用BioScopeCatalyst模型显微镜（布鲁克，圣巴巴拉，美国，美国）以MESP探针（布鲁克，Camarillo，美国，美国）轻拍模式在空中获取图像。最初，手动选择了六个表皮，每个面约8×8 mm2，三个，每个样本获得一张图像80×80 µm2。使用Nanoscope Analysis软件（版本1.8，Bruker，Santa Barbara，CA，美国）对图像进行分析，从而确定粗糙度Ra（表面粗糙度的算术平均值）和Rq（表面粗糙度的均方根）。此外，对位于两个品种内表面的肋骨的高度和宽度进行了测量。 3.7.共聚焦激光扫描显微镜分析对于CLSM分析，将每个样品固定在玻璃片上，并在CLSM（LSM 710 NLO，Carl Zeiss，耶拿，德国）下用物镜EC Plan-Neofluar 10×/ 0.3观察。激光波长激发同时为405、488、561和633 nm。使用的这种捕获模式是一种光谱成像技术，可自动输出多个标记样品的分离通道。该工具检测香蕉皮的自发荧光信号，并与420至720 nm之间的顾客（纤维素）进行实验比较。 Z-stack图像（3D图像）通过ZEN 2010软件（卡尔·蔡司，耶拿，德国）以512×512像素的RGB颜色捕获，并以8位TFF格式存储。3.8.直接进样电喷雾质谱（DIESI-MS）分析使用在负离子模式下运行的电喷雾电离（ESI）接口（BrukerDaltonics，Billerica，MA，美国）在Bruker MicrOTOF-QII系统上进行DIESI-MS分析。将重悬于1 mL甲醇中的10 µL样品溶液用0.25 µm聚四氟乙烯（PTFE）过滤器过滤，并用甲醇1：100稀释。将稀释后的样品直接注入ESI离子源并以阴性模式进行分析。氮气以4L/min（0.4Bar）的流速用作干燥和雾化气体，气体温度为180℃，毛细管电压设置为-4500V。光谱仪通过ESI-TOF校准调校混合校准液（墨西哥墨西哥埃斯托多的Toluca Sigma-Aldrich）。使用正电和负电喷雾电离（ESI +/-）进行MS / MS分析，然后通过Bruker Compass DataAnalysis 4.0（BrukerDaltonics，技术说明008，2004，Billerica，MA，USA）分析获得的片段。建立5 ppm的准确度阈值以确认元素组成。3.9.扫描电子显微镜分析使用导电双面胶带（Plannet Plano）将苹果果实的分离的表皮膜固定在铝制支架上，使用SPI溅射镀膜机在25 mA下用碳（60:40）涂膜1分钟，并在场发射扫描中进行检查电子显微镜（JEOL JSM-7800F，Tokio，Japan）在1.5 kV下使用。针对扫描电子显微镜中的加速电压，对沉积碳涂层厚度约为10 nm的溅射条件进行了优化。4.结论从“金黄色的美味”和“红色的”苹果中获得了角质。根据CPMAS 13C NMR和ATR-FTIR，两种苹果角质素均主要显示脂族结构域。通过这些分析，检测到非常小的多糖区域，而没有酚类化合物的存在。主要单体，特征为9,10,18-三羟基十八烷酸； 10,20-二羟基二十烷酸; 10,16-二羟基十六烷酸（10,16-DHPA）;9,10-环氧-12-十八烯酸;通过DIESI-MS在两个苹果角质中鉴定出了9,10-环氧-18-羟基-12-十八烯酸和9,10-环氧-18-羟基-12-十八碳烯酸，没有单糖或酚类化合物，这与固态NMR和ATR-FTIR一致。角质中多糖和酚类化合物的含量低可能使其在生长和成熟过程中易于形成微裂纹。但是，需要更多的研究来了解这一水平的理化特性，并将其与某些生理病如赤褐色形成联系起来，这会导致经济损失。补充材料：以下内容可在线获得，S1：“金美味”苹果角质的CPMAS 13C NMR光谱，S2：分析“金美味”苹果角质的CPMAS 13C NMR光谱中的“低强度信号” ：“红色美味”苹果角质的CPMAS 13CNMR光谱，S4：“红色美味”苹果角质的CPMAS 13C NMR光谱的分析，S5：DIESI（-）光谱的比较分析水解后的“黄金美味”（上部光谱）和“红色美味”（下部光谱）苹果角质。 作者贡献：M.B.G.-P.和D.A.-B.构思并设计了本文的主要思想，进行了NMR和DIESI-MS实验，分析了实验结果，并撰写了论文。司法部和J.V.M.-M.进行了CLMS和AFM实验，并帮助讨论了结果。 H.F.M.L.进行了SEM实验并帮助讨论了结果。作者阅读并批准了最终手稿。调查，D.A.-B.，M.d.J.P.F.，J.V.M.-M.，H.F.M.L。和M.B.G.-P.；项目管理，D.A.-B。和M.B.G.-P .；监督，D.A.-B。和M.B.G.-P.所有作者均已阅读并同意该手稿的发行版本。资金：这项研究由国家科学技术委员会（CONACyT）资助，以资助项目253570和SIP-IPN资助20201066和20201968。利益冲突：作者声明没有利益冲突。资助者在研究的设计中没有作用。在数据的收集，分析或解释中；在手稿的写作中；或决定发布结果。 参考文献（展示部分文献内容，查看全部看到原网站查看）1. 萨加尔巴《2017-2030年农业计划》。 2019。在线可用：https：//www.gob.mx/cms/uploads/附件/文件/256430/B_sico-Manzana.pdf（2020年11月29日访问）。2. 美国农业部。每年新鲜的落叶水果。 2019。在线提供：http：//www.cafi.org.ar/wp-content/uploads/ 2019/11 / Tons.pdf（2020年11月29日访问）。3. Heredia，A。角质（一种植物屏障生物聚合物）的生物物理和生化特性。Biochim。生物物理学。演员2003，1620，1–7。[CrossRef]4. 体育馆Kolattukudy高等植物中的聚酯。进阶生化。 。生物技术。 2001，71，1–49。 [考研]5. 马丁（Martin，L.B.B.）;罗斯（J.K.C.）剥皮水果的方法不只一种：水果角质层的形成和功能。 J. Exp。 t 2014，65，4639–4651。 [CrossRef] [PubMed]点击：查看更多生物学文章 免费试用文档翻译免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。
2020-12-16 19:31:44
来源于：PHYS由 东京工业大学 一项新的研究将机器学习应用于化石记录，以可视化生命的历史，从而显示出重大进化事件的影响。这表明了灭绝和物种形成主要事件的长期演变和生态影响。颜色表示从十亿年前的Tonian到黄色的地质时期，到当前的第四纪的绿色时期。红色到蓝色的过渡标志着二叠纪末生物大灭绝，这是化石记录中最具破坏性的事件之一。图片提供：J。Hoyal Cuthill和N. Guttenberg。查尔斯·达尔文（Charles Darwin）具有里程碑意义的作品“物种起源”结尾处是他的进化论的优美总结：“这种生命观中有一种宏伟的事物，它具有多种力量，最初被吸入多种形式或一种形式。 ；而且，尽管这颗行星按照固定的万有引力定律旋转，但从一个简单的开始，就已经形成了无数最美丽，最奇妙的形态。” 实际上，科学家现在知道，曾经存在的大多数物种都已灭绝。该物种灭绝了，就整体而言，被粗略地换新了地球历史上首创平衡，有以下几个主要暂时的不平衡科学家通话质量灭绝事件。长期以来，科学家一直认为，物种大灭绝创造了物种进化或“辐射”的生产期，这种模式称为“创造性破坏”。东京工业大学地球生命科学研究所（ELSI）附属科学家领导的一项新研究使用机器学习检查了化石物种的共现现象，发现辐射和灭绝很少联系在一起，因此大规模灭绝很可能很少引起相当规模的辐射。创造性破坏是经典进化概念的核心。显然，有一段时间许多物种突然消失，而许多新物种突然出现。然而，与灭绝事件规模相当的辐射，因此被本研究称为大规模辐射，其接受的分析远远少于灭绝事件。这项研究比较了灭绝和辐射的影响在化石可利用的整个时期内，即所谓的Phanerozoic Eon。代生代（在希腊语中为“表观生命”的意思）代表了地球约45亿年历史中的最新〜5.5亿年，并且对古生物学家意义重大：在此之前，大多数存在的生物是不容易形成化石的微生物，因此以前的进化记录很难观察到。这项新的研究表明，创造性破坏不是对物种的起源或灭绝的好描述，并且表明，许多最重要的进化辐射时期是生命进入新的进化和生态舞台时发生的，例如寒武纪时期。动物多样性的爆发和森林生物群落的石炭纪扩张。古生物学家已经在古生代化石记录中发现了一些最严重的物种灭绝事件。这些主要包括“五种”大灭绝，例如二叠纪末期大灭绝，据估计其中超过70％的物种已灭绝。生物学家现在建议，我们现在可能正在进入第六次灭绝，他们认为这主要是人类活动造成的，包括狩猎和农业扩张引起的土地利用变化。众所周知的“前五大”物种大灭绝的例子是白垩纪-第三纪大灭绝（通常缩写为“ KT”，用德语拼写为白垩纪），似乎是大约6500万年前流星撞击地球时造成的。 ，消灭非禽类恐龙。通过观察化石记录，科学家们开始相信大灭绝事件会产生特别有效的辐射。例如，在KT灭绝恐龙的事件中，通常认为灾难造成了一片荒地，使哺乳动物等生物得以重新定殖和“辐射”，从而允许各种新的哺乳动物物种进化，最终奠定了人类出现的基础。换句话说，如果没有发生“创造性破坏”的KT事件，这项新的研究始于在ELSI的“ Agora”（一个大型休息室）中进行的随意讨论，在这里，ELSI的科学家和访客经常吃午饭并进行新的对话。该论文的两位作者是进化生物学家Jennifer Hoyal Cuthill（现为英国埃塞克斯大学的研究员）和物理学家/机器学习专家Nicholas Guttenberg（现为Cross Labs的研究科学家，与捷克GoodAI合作），这项工作开始时，他们都是ELSI的博士后学者，他们都围绕着是否可以使用机器学习来可视化和理解化石记录的问题展开讨论。在访问ELSI期间，就在COVID-19大流行开始限制国际旅行之前，他们热心工作以扩展其分析范围，以研究灭绝与辐射事件之间的相关性。这些讨论使他们能够将其新数据与有关大规模灭绝和辐射的现有观点的广度联系起来。他们很快发现，借助机器学习识别的进化模式在关键方面与传统解释不同。该团队使用一种新颖的机器学习应用程序来检查古生代化石记录中物种的时间共现，在庞大的精选公共数据库中检查了超过100万个条目，其中包括近20万个物种。首席作者霍亚尔·卡特希尔（Hoyal Cuthill）博士说：“了解生命史的一些最具挑战性的方面是涉及的物种的巨大时标和数量。机器学习的新应用可以帮助我们以人类可读的方式可视化此信息，从而为我们提供帮助。可以说，这意味着我们可以掌控五亿年的发展，并从我们所看到的中获得新的见解。”利用他们的客观方法，他们发现机器学习方法发现了古生物学家先前确定的“五大”大规模灭绝事件，它们是灭绝超过辐射或反之亦然的重大破坏的前5％。还有7次额外的物种灭绝，两次综合的物种灭绝-辐射事件和15次质量辐射。出乎意料的是，与之前强调灭绝后辐射重要性的叙述相反，这项工作发现，最可比的质量辐射和灭绝在时间上很少耦合，从而驳斥了它们之间的因果关系。合著者Nicholas Guttenberg博士说：“生态系统是动态的，您不必为了使新事物出现而必须砍掉现有的碎片。”研究小组进一步发现，辐射实际上可能导致现有生态系统发生重大变化，这一想法被作者称为“破坏性创造”。他们发现，平均而言，在古生代时期，在任何时候组成一个生态系统的物种几乎都在1900万年后消失了。但是，当发生大规模灭绝或辐射时，这种周转率要高得多。这为现代第六次灭绝的发生提供了新的视角。始于250万年前的第四纪时期，见证了反复的气候动荡，包括冰川的剧烈变化，即地球上高纬度地区被冰雪覆盖的时期。这意味着目前的第六次物种灭绝正在侵蚀已经被破坏的生物多样性，作者建议至少需要800万年才能恢复到1900万年的长期平均水平。霍亚尔·卡特希尔（Hoyal Cuthill）博士说：“我们手表上发生的每一次灭绝都会消灭一种可能已经存在了数百万年的物种，这使新物种的正常繁殖更加困难。 替代丢失的东西。”点击：查看更多生物学文章 查看双语译文文章免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行操作。
2020-12-15 20:09:50
来源于：PHYS由 史密森 来自洪都拉斯El Gigante岩石庇护所的三个大约有2,000年历史的玉米芯。这些玉米芯由一个国际科学家团队进行了遗传分析。在12月14日的《美国国家科学院院刊》上史密森尼国家自然历史博物馆的考古基因组学和古植物学策展人洛根·基斯勒（Logan Kistler）以及一个国际合作者团队报告了洪都拉斯El Gigante岩石庇护所中三个大约2,000年历史的玉米芯的完整基因组序列。对这三个基因组的分析表明，这些具有数千年历史的中美洲玉米品种具有南美血统，并在一个新的复杂的玉米驯化历史故事中增加了新的篇章。最新发现表明，大约在4000年前，中美洲的玉米驯化可能发生了重大事件，而南美的遗传多样性注入可能与此有关。信用：托马斯·哈珀（Thomas Harper） 大约9000年前，今天众所周知的玉米不存在。墨西哥西南部的远古民族遇到了一种名为teosinte的野草，它的耳朵比粉红色的手指小，只有少量的石仁。但是，由于天才或必要的努力，这些土著耕种者看到了谷物中的潜力，将其添加到他们的饮食中，并使其成为现在可以养活数十亿美元的驯化作物。尽管玉米或玉米对现代生活至关重要，但在理解其穿越时空的过程中仍然存在漏洞。现在，由史密森尼大学研究人员领导的一个团队利用古老的DNA填补了其中的一些空白。共同主要作者，考古基因组学负责人洛根·基斯勒（Logan Kistler）说，一项新的研究揭示了玉米9000年历史的细节，这是对古代DNA进行基础研究可以对人类历史产生深刻见解的方式的一个典型例子。和史密森尼国家自然历史博物馆的古植物。奇石乐说：“本土化-几千年来野生植物向今天供养我们的农作物的进化-是人类历史上最重要的过程，玉米是目前地球上最重要的作物之一，”奇石乐说。“更多地了解驯化的进化和文化背景可以为我们提供有关这种食物的宝贵信息，我们完全依靠这种食物及其在我们所知的文明塑造中的作用。”在12月14日的《美国国家科学院院刊》上，奇石乐和一个国际合作团队报告了来自洪都拉斯El Gigante岩石掩体的三个大约2,000年历史的玉米芯的完整基因组序列。对这三个基因组的分析表明，这些具有数千年历史的中美洲玉米品种具有南美血统，并为玉米驯化历史这一新兴复杂故事增添了新篇章。奇石乐说：“我们证明人类将玉米从南美运回墨西哥的驯养中心。” “这将提供遗传多样性的注入，这些遗传多样性可能会增加抗灾力或提高生产力。它还强调了驯化和作物改良的过程并非直线进行。”大约9000年前，人类首先在墨西哥开始有选择地繁殖玉米的野生祖先teosinte，但部分驯化的作物品种分别在1,500和2,000年后才分别到达中美洲和南美其他地区。 在洪都拉斯的El Gigante岩石庇护所发现了各种不同年龄的玉米芯。科学家首次在El Gigante岩石庇护所发现了完全驯化且高产的4,300年历史的玉米残留后，一个小组进行了搜索该地点周围的考古地层，以发现其他穗轴，谷粒或其他可能产生遗传物质的物质。他们还开始着手对该地点的4,300年前的玉米样品进行测序-这是El Gigante的最古老农作物痕迹。在过去的两年中，研究小组尝试对30个样品进行测序，但只有3个具有适当质量，可以对整个基因组进行测序。这三个可行的样本都来自岩石掩体占领的最新阶段-碳在2300到1之间，900年前-揭示了洪都拉斯岩石避难所的三个样本与南美洲的玉米品种之间的遗传重叠。在12月14日的期刊中，美国国家科学院院刊，史密森尼国家自然历史博物馆的遗传基因组和古植物学策展人洛根·基斯勒（Logan Kistler），以及一个国际合作者小组报告了来自El Gigante岩石的三个大约2,000年历史的玉米芯的完整序列基因组。洪都拉斯的庇护所。对这三个基因组的分析表明，这些具有数千年历史的中美洲玉米品种具有南美血统，并为玉米驯化历史这一新兴复杂故事增添了新篇章。信用：托马斯·哈珀（Thomas Harper） 多年来，学者们一直认为玉米首先在墨西哥完全驯化，然后在其他地方传播。但是，在墨西哥发现的具有5000年历史的玉米棒只被部分驯化之后，学者们开始重新考虑这种想法是否能完整地反映出玉米的驯化故事。然后，在由奇石乐（Kistler）领导的一项具有里程碑意义的2018年研究中，科学家利用古老的DNA证明了虽然特奥辛特（Teosinte）迈向驯化的第一步发生在墨西哥，但当人们开始将其南下带到中美洲和南美洲时，这一过程尚未完成。在这三个区域中的每个区域，驯化和作物改良的过程都是并行的，但速度不同。为了更早地研究这个更丰富，更复杂的驯化故事的细节，包括奇石乐在内的一组科学家发现，来自中美洲El Gigante岩石庇护所的4300年历史的玉米残留物来自完全驯化的高产品种。奇石乐和项目联合负责人，加州大学圣塔芭芭拉分校的人类学家道格拉斯·肯内特（Douglas Kennett）共同感到惊讶，他惊讶地发现在墨西哥发现了部分驯化玉米的地区并存的El Gigante共存玉米确定El Gigante玉米的起源地。肯尼特说：“艾尔·吉甘特（El Gigante）岩石掩体之所以出色，是因为它包含保存完好的植物残骸，跨越了过去的11000年。” “已经鉴定出超过10,000株玉米残骸，从整个穗轴到不完整的茎和叶。许多残骸的发生时间较晚，但是通过广泛的放射性碳研究，我们能够鉴定出一些可追溯至4,300年前的残骸。 。”他们搜索了El Gigante岩石掩体周围的考古岩层，以寻找玉米芯，谷粒或任何其他可能产生遗传物质的物质，然后研究小组开始着手对该地点4300年前的玉米样品中的一些进行测序，这是该作物最古老的痕迹。 El Gigante。在过去的两年中，研究小组尝试对30个样品进行测序，但只有3个具有适当质量，可以对整个基因组进行测序。这三个可行的样本全部来自岩石掩体占领的最新阶段-碳的历史可追溯到2,300到1900年前。 在洪都拉斯的El Gigante岩石庇护所发现了各种不同年龄的玉米芯。科学家首次在El Gigante岩石庇护所发现了完全驯化且高产的4,300年历史的玉米残留后，一个小组进行了搜索该地点周围的考古地层，以发现其他穗轴，谷粒或其他可能产生遗传物质的物质。他们还开始着手对该地点的4,300年前的玉米样品进行测序-这是El Gigante的最古老农作物痕迹。在过去的两年中，研究小组尝试对30个样品进行测序，但只有3个具有适当质量，可以对整个基因组进行测序。这三个可行的样本都来自岩石掩体占领的最新阶段-碳在2300到1之间，900年前-揭示了洪都拉斯岩石避难所的三个样本与南美洲的玉米品种之间的遗传重叠。信用：托马斯·哈珀（Thomas Harper）利用来自El Gigante的三个玉米基因组序列，研究人员针对121种已发布的各种玉米品种的基因组进行了分析，其中包括12种来自古代玉米芯和种子的基因组。比较结果显示，来自洪都拉斯岩石避难所的三个样品与来自南美的玉米品种之间的遗传重叠片段。奇石乐说：“与南美的遗传联系微妙但始终如一。” “我们使用不同的方法和样品组成多次重复了分析，但始终得到相同的结果。”奇石乐，肯尼特及其合作者，包括德克萨斯农工大学，宾夕法尼亚州立大学以及英国的弗朗西斯·克里克研究所和华威大学等合作机构，都认为这些南美品种可能会重新引入中美洲。已经开始在该地区开发更具生产力的杂交品种。尽管结果只涵盖了大约2000年前的El Gigante玉米样品，但奇石乐说，大约有4,000年历史的玉米芯的形状和结构表明，它们的生产力几乎与他和他的合著者的一样能够排序。对于奇石乐来说，这意味着作物大片的改良很可能是在相隔2,000年左右才在El Gigante分离这些考古层之前发生的，而不是在此期间。研究小组进一步假设，大约是在4300年前，是南美玉米品种及其基因的引进，这可能提高了该地区玉米的生产力，并提高了玉米的生存率。肯尼特（Kennett）领导的一项最新研究发现，该地区的人肯尼特说：“我们开始看到来自中美洲多项研究的数据汇合，表明玉米在4700到4000年前就已成为一种具有更高饮食重要性的高产主粮。”结合肯尼特（Kennett）的最新研究，这些最新发现表明，大约4000年前在中美洲的玉米驯化中可能发生了重大事件，而南美的遗传多样性注入可能与此有关。该提议的时机还与中美洲第一个定居的农业社区的出现相吻合，这些社区最终在美洲，奥尔梅克，玛雅，特奥蒂瓦坎和阿兹台克人中产生了伟大的文明，尽管奇石乐急于指出这一想法仍被归结为投机。奇石乐说：“我们迫不及待地想详细了解4000年大关到底发生了什么。” “有太多的考古考古样品尚未经过基因分析。如果我们开始测试更多的这些玉米样品，我们就可以开始回答这些挥之不去的问题，这些问题是南美品种再引入的重要性。”点击：查看更多生物学文章 点击查看双语译文文章免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行操作。
2020-12-15 20:08:25
来源于：PHYS由 纽约大学 信用：CC0公共领域 根据发表在《历史生物学》杂志上的一项新分析，陆栖动物（包括两栖动物，爬行动物，哺乳动物和鸟类）的大规模灭绝遵循了大约2700万年的周期，与先前报道的海洋生物的大规模灭绝相吻合。这项研究还发现，这些大灭绝与主要的小行星撞击和熔岩的火山喷发（洪水玄武岩喷发）相吻合，为灭绝的发生提供了可能的原因。迈克尔·兰皮诺（Michael Rampino）说：“似乎大物体撞击和造成洪水泛滥的玄武岩活动的内部地球活动的脉搏可能正在向灭绝一样，持续2700万年的灭绝，也许是由我们在银河系中的轨道所决定的。”是纽约大学生物系的教授，也是该研究的主要作者。六千六百万年前，由于小行星或彗星与地球相撞造成的灾难性后果，陆地和海洋中包括恐龙在内的所有物种中有70％突然灭绝了。随后，古生物学家发现，海洋生物的这种大规模灭绝不是随机事件，而是一个大约2600万年的周期，其中绝大部分物种消失了90％。在他们的历史生物学研究中，Rampino及其合作者是卡内基科学研究所的肯·卡尔德拉（Ken Caldeira）和纽约大学数据科学中心的朱宇宏（Yuhong Zhu），研究了陆地动物大规模灭绝的记录，并得出结论，认为它们与海洋灭绝相吻合。生活。他们还对土地物种的灭绝进行了新的统计分析，并证明这些事件遵循了类似的大约2750万年的周期。是什么原因导致陆地和海洋周期性大规模灭绝？大规模灭绝不是周期中唯一发生的事件：小行星和彗星撞击地球表面造成的撞击坑的年龄也遵循与灭绝周期一致的周期。天体物理学家推测，太阳系每26至3000万年发生一次周期性的彗星阵雨，产生周期性的撞击，并导致周期性的生物灭绝。太阳和行星大约每三千万年在银河系拥挤的中平面内循环。在这段时间里，可能会发生彗星骤雨，从而对地球造成巨大影响。这些影响可能创造条件，使人们承受压力并可能杀死土地和海洋生物，包括广泛的黑暗和寒冷，野火，酸雨和臭氧消耗。“这些新发现是在陆地和海洋上发生的一致的，突然的物种大灭绝，以及共同的26至2700万年的周期，这使周期性的全球灾难性事件成为灭绝的诱因，这一点令人信服。”兰皮诺 “实际上，已知陆地和海洋物种的三大灭绝与过去2.5亿年的三大影响同时发生，每一次都可能造成全球性灾难并导致大规模灭绝。”研究人员惊讶地发现，除了小行星大规模灭绝外，还有其他可能的解释：玄武岩喷发或覆盖火山岩大片区域的巨型火山喷发。陆地和海洋上所有八个重合的死亡事件都与洪水玄武岩爆发的时间相吻合。这些爆发还将为生活创造严峻的条件，包括短暂的强烈寒冷，酸雨，臭氧破坏和辐射增加；从长远来看，喷发可能导致致命的温室供暖，并导致海洋中更多的酸和更少的氧气。兰皮诺补充说：“全球大范围的灭绝显然是由最大的灾难性影响和大规模的火山活动造成的，也许有时是相互配合的。”点击：查看其他分类文章 查看生物学文章免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。
2020-12-11 18:35:49
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