华人学者6月发的6篇Cell都讲了啥？

6月已进入尾声。继盘点了生物医药领域的华人学者们在《自然》与《科学》杂志上发表的研究后，今天的这篇文章里，我们将继续盘点6月发表在《细胞》上的6篇论文。

1

Edward F. Chang教授

The Control of Vocal Pitch in Human Laryngeal Motor Cortex

在说话时，我们声调的高低为声音赋予了更深的意义。人类的这一能力，在灵长类动物中是独一无二的，但背后的机理却没有得到阐明。在这项研究中，加州大学旧金山分校的Edward F. Chang教授团队在说话时，直接对人脑的高密度皮层进行记录。他们发现在大脑的dLMC皮层有一群特殊的神经细胞，它们决定了音调的高低，以通过韵律，对句子中的特定单词进行强调。此外，研究人员们也发现，这些脑区与唱歌的音调也有关系。最后，研究人员们通过对这个脑区的直接刺激，证实了它在前馈控制中的重要作用。这些结果揭示了在人类说话中，对语调进行控制的神经学基础。

论文原文：The Control of Vocal Pitch in Human Laryngeal Motor Cortex

2

Xin Jin教授

Optogenetic Editing Reveals the Hierarchical Organization of Learned Action Sequences

我们知道，动物的行为有着复杂的神经学基础，但我们对背后的机理却知之甚少。举例来说，当我们学会系鞋带时，我们大脑中的纹状体会指挥一系列动作——我们先要蹲下，抓起鞋带，再打上一个牢固的结。看起来简单无比的几个动作，背后的原理却难倒了许多神经科学家。在一项研究中，Salk研究所的Xin Jin教授发现，小鼠脑区里的D1与D2神经元对于行为有重要控制作用。当他们激活D1神经元时，小鼠会重复一次动作。而当D2神经元被激活时，小鼠则会“跳过”下一个动作。通过调控这两类神经元，科学家们阐明了大脑如何将行为顺序进行整理和学习。研究人员们表明，他们的工作揭示了神经行为细微而又复杂的一面，有助于解释为何我们能灵活地执行学到的行为。

论文地址：Optogenetic Editing Reveals the Hierarchical Organization of Learned Action Sequences

3

Chi V. Dang教授

Acid Suspends the Circadian Clock in Hypoxia through Inhibition of mTOR

最近的一些研究发现，缺氧会影响到生物钟，这是通过缺氧诱导因子（HIF）对生物钟基因的转录调控所引起的。宾夕法尼亚大学的Chi Dang教授团队发现，当这些缺氧细胞开始酸化，并模拟肿瘤微环境时，生物钟和昼夜转换的相关基因表达发生了巨大的变化，而对这些酸化的缓冲则能重塑生物钟的正常变化。这让我们对酸化有了更深的认识——在人体的不少细胞里，酸化会抑制mTORC1的信号通路，这正是酸化影响生物钟的关键。通过重塑这条信号通路，我们能重塑生物钟周期。这些发现揭示了缺氧对生物钟进行抑制的机理。

论文地址：Acid Suspends the Circadian Clock in Hypoxia through Inhibition of mTOR

4

Huilin Li教授

Structure of an Ancient Respiratory System

氢气释放膜结合氢化酶（Hydrogen gas-evolving membrane-bound hydrogenase，MBH）与醌还原复合物I（quinone-reducing complex I）是同源的呼吸复合体，具有共同的祖先。但它们演化上的结构基础却没有得到阐明。在这项研究中，Van Andel研究所的Huilin Li教授团队使用冷冻电镜的方法，观察到了MBH的14个亚基。MBH的膜锚定氢化酶部位与醌还原复合物I的结构高度相似。有趣的是，其H+-易位元件和后者的对应元件相比，在细胞膜中旋转了180度。因此，尽管它们的质子泵出功能高度保守，它们的结构有着显然的不同。该研究为基于MBH的呼吸酶的演化过程提供了洞见。

论文地址：Structure of an Ancient Respiratory System

5

熊伟教授、黄光明教授

Moderate UV Exposure Enhances Learning and Memory by Promoting a Novel Glutamate Biosynthetic Pathway in the Brain

我们知道，紫外线会从多个角度影响到我们的健康：适度的紫外线照射能帮助我们合成维生素D，而过度的紫外线暴露则会诱发皮肤癌。中国科学技术大学的熊伟教授和黄光明教授团队利用其开发出的单细胞质谱技术（single-cell mass spectrometry），意外发现接受紫外线的照射后，小鼠海马区的神经元里竟然出现了一种叫做尿刊酸（urocanic acid）的分子。要知道，人们从来没有在大脑里发现过这种分子！尿刊酸是经典的氨基酸代谢产物，会在组氨酸向谷氨酸的变化过程中出现。后续的生化研究也证实，在这些小鼠的大脑内，由组氨酸到尿刊酸，再到谷氨酸的代谢通路都特别活跃。谷氨酸是一种非常重要的兴奋性神经递质——据估计，人类大脑中90%以上的突触都会用到它。也正是由于谷氨酸在突触可塑性中的关键作用，科学家们指出，它影响了大脑的学习和记忆能力。后续一系列实验清楚地表明模拟阳光的紫外线照射，能通过谷氨酸的合成通路，提高小鼠的学习和记忆能力。

论文原文：Moderate UV Exposure Enhances Learning and Memory by Promoting a Novel Glutamate Biosynthetic Pathway in the Brain

6

萧夷年教授

The Gut Microbiota Mediates the Anti-Seizure Effects of the Ketogenic Diet

很多人把生酮饮食当作是万能药，并相信它对自闭症、阿兹海默病、代谢疾病、甚至是癌症的治疗有着潜在的益处。这类饮食结构对于癫痫却有着切实的疗效。研究表明，它能有效减少癫痫患者的复发，但这一神奇现象背后的机理却不为人知。加州大学洛杉矶分校（UCLA）的萧夷年（Elaine Hsiao）教授团队发现，对癫痫的预防，竟然是通过肠道菌群实现的！首先，研究人员发现在抗生素的处理后，生酮饮食失去了它的保护魔力；其次，研究人员们分离出了普通小鼠在生酮饮食后迅速繁衍的两类细菌Akkermansia muciniphila和Parabacteroides，并发现它们共同施用，足以提高小鼠发生癫痫的电刺激阈值。这些实验清楚地表明了肠道菌群与癫痫保护之间的因果关系。原来，这些微生物的富集会改变γ-谷氨酰转肽酶（gamma-glutamyltranspeptidase）的活性，从而增加大脑中GABA与谷氨酸的比值。前者对神经元有抑制作用，而后者则有刺激作用。因此当GABA-谷氨酸的比值上升后，癫痫更不容易发作。

论文地址：The Gut Microbiota Mediates the Anti-Seizure Effects of the Ketogenic Diet