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Nature Health:浙江大学发现,这种中国特色饮食,能够显著降低肥胖和心血管风险,对男性尤其有效
生物世界· 2026-03-15 12:22
文章核心观点 - 一项基于中国东部沿海地区8931名居民长达6年多饮食数据的研究,提出了一种名为“东方饮食”的健康饮食模式,该模式能有效降低肥胖风险,并将严重心血管事件风险大幅降低22% [4] 研究背景与目的 - 中国东部沿海地区肥胖率较低、心血管疾病风险较小且预期寿命较高,其饮食习惯以蔬菜、水果、鱼虾、豆制品和奶制品的高消费为特点,为研究提供了宝贵见解 [3] - 研究旨在从真实的人群饮食大数据中,实证确认并测试这种融合了传统与国际健康饮食精华的饮食模式对健康的潜在益处 [3][4] “东方饮食”的定义与特点 - 研究采用“无监督聚类”算法,从8931名东部沿海地区居民的饮食数据中归纳出两种主要模式,其中更健康的被命名为“东方饮食”,约46.8%的参与者属于此模式,他们更可能为女性、年龄较大且偏好清淡口味 [7] - 该模式结合了地中海饮食等国际公认健康饮食的精华,并融入了中国人的传统饮食习惯和食材偏好 [8] - 核心饮食原则:多吃蔬菜、水果、海鲜、全谷物、坚果、奶制品、鸡蛋等健康食物,以及淡水鱼、淀粉类块根/块茎、豆制品、食用菌等中国特色食材;少吃精制米面、红肉、油炸食品,少喝酒 [11] “东方饮食”的健康益处 - **降低肥胖风险**:遵循该模式的人,患中心型肥胖的风险降低了17%,并有助于减少腹部脂肪堆积,增加下肢脂肪比例,形成更健康的脂肪分布模式 [10] - **保护心血管健康**:在平均超过6年的跟踪中,坚持该模式的人发生主要不良心血管事件的风险降低了22% [12] - **内在生物学证据**:代谢组学和肠道菌群分析显示,坚持该模式的人拥有更有利的代谢物特征和肠道菌群结构,例如与心血管健康相关的DHA、来自豆制品和薯类的吲哚-3-丙酸等有益代谢物水平更高 [12] 人群差异分析 - 东方饮食模式带来的健康益处似乎在男性中表现更为明显:在降低心血管事件风险方面,对男性的保护效应非常显著,风险降低36%,而在女性中未达到统计学显著性;在改善体脂分布方面,益处也更多地在男性中观察到 [14] - 分析认为,这可能是因为女性整体饮食习惯本就相对更健康,改善空间有限,而男性通常面临更高的腹部肥胖风险和相对不健康的饮食习惯,因此改变饮食模式时身体反应更为积极 [15] 实践行动指南 - 主食加点“粗”和“薯”:将部分白米饭、白馒头换成糙米、燕麦、小米等全谷物,或红薯、芋头、山药等薯类 [18] - 保证餐桌“五彩斑斓”:摄入足量蔬菜特别是深绿色叶菜,将水果作为加餐 [18] - 蛋白质来源多样化:增加鱼虾、豆制品和鸡蛋的摄入频率,适量吃奶制品和坚果,减少红肉及加工肉类的份量 [18] - 烹饪方式要清爽:多采用蒸、煮、快炒、凉拌的方式,避免油炸、红烧等重油重盐的做法 [18] - 巧用中国特色食材:多吃香菇、木耳等菌菇类,用豆腐、豆干制作菜肴 [18]
Nature子刊:上海交大陈晓军团队等开发AI新模型,用于显微眼科手术识别与导航
生物世界· 2026-03-14 16:30
研究背景与挑战 - 人工智能基础模型正在利用大规模未标注数据进行预训练,从而彻底改变医疗健康领域[3] - 然而,由于高质量手术数据有限以及实时部署的计算瓶颈,其在术中的应用仍处于探索阶段[3] - 在医疗AI领域,基础模型已在疾病筛查与诊断等术前任务中取得进展,但由于高质量手术数据匮乏和实时部署的计算瓶颈,其在术中的应用面临巨大挑战[6] 研究发布与核心成果 - 2026年3月3日,上海交通大学陈晓军教授等作为共同通讯作者在Nature子刊Nature Biomedical Engineering上发表了相关研究论文[3] - 该研究开发了一种专为显微眼科手术识别与导航设计的眼科视频基础模型(OVFM),以及基于该模型研发的增强现实显微手术导航系统[3] 数据与方法 - 研究团队联合8家医疗中心,构建了一个包含11426个显微手术视频的大规模眼科手术视频数据集[6] - 该数据集涵盖144种眼前段与眼后段手术类型,并被采样为约110万个手术视频片段[6] - 研究团队提出了一种基于自监督视频Transformer架构的预训练策略,通过预测同一视频的不同时空视图,引导OVFM模型学习眼科手术中复杂的时空运动特征[6] 模型性能与优化 - OVFM模型在包括手术步骤识别、器械存在识别、并发症检测及手术场景分割等7个下游任务中,全面超越了现有的视频基础模型[6] - 为满足术中导航的实时响应需求,研究团队设计了一种“从通用到特定任务”的双阶段知识蒸馏框架[6] - 该策略将模型规模最高压缩15.8倍的同时,依然保持了约95%的原始识别精度,成功实现了OVFM在手术显微镜边缘处理单元中的直接部署[6] 系统应用与验证 - 基于轻量化模型,研究团队研发了一套具备场景感知能力的智能手术导航系统[7] - 该系统能够在无需人工干预的情况下自动识别当前手术步骤,并以稳定速率实时投射切口引导线、撕囊范围圆等个性化导航信息[7] - 10位具备不同临床经验的眼科医生参与了离体猪眼白内障手术实验[7] - 实验结果表明,该系统显著改善了主副切口角度误差及连续环形撕囊中心偏差等关键手术指标[7] - 新手医生在系统辅助下展现出了比专家医生更大幅度的性能提升[7] 研究意义与前景 - 这项研究通过跨中心数据构建、核心算法设计与软硬件系统开发,展示了眼科视频基础模型在场景理解、实时响应和眼科医生技能增强等方面的潜能[9] - 该研究为下一代高性能、智能化的超显微外科手术导航及机器人系统的研发提供了全新的技术路径[9]
Nature子刊:西安交大叶凯团队开发AI新模型,实现精确的从头基因注释
生物世界· 2026-03-14 16:30
基因注释技术瓶颈与行业范式转变 - 基因注释是连接基因组测序与功能解析应用的核心环节,是后基因组时代亟待突破的重要瓶颈[3] - 传统基因注释方法依赖RNA测序和同源蛋白等外部证据,存在数据需求高、计算开销大、对数据匮乏物种适用性受限等问题[3] - 基因注释正从高度依赖外部实验数据和人工规则的传统范式,迈向更加智能化、自动化的新阶段[6] ANNEVO模型的技术创新 - 该模型是一种基于混合专家架构的基因组语言模型,能够直接从不同基因组中建模远距离序列依赖关系和联合进化关系,实现精确的从头基因注释[3] - 模型围绕“进化异质性建模”和“长距离上下文建模”两大关键难题设计[5] - 在进化异质性建模上,模型在宏观层面对不同生物大类群进行区分,在类群内部通过混合专家机制自动学习不同亚类群特异性的基因结构模式[5] - 在长距离上下文建模上,模型引入专门模块以适应基因组序列中局部模式与全局模式并存的复杂特征[5] - 在预测输出阶段,模型融入了与基因结构相关的生物学约束机制,在解码过程中显式考虑外显子、内含子、剪接位点等生物学规则[5] ANNEVO模型的性能与优势 - 该方法在无需RNA测序和同源蛋白等外部证据的情况下,仅依赖DNA序列即可实现高精度从头基因注释[6] - 该方法在多个系统发育分支中展现出优异的泛化能力[6] - 该方法可用于修正现有参考数据库中的错误注释,为新基因组解析和参考注释完善提供了新的技术路径[6] - Nature Methods期刊的News & Views文章指出,ANNEVO利用深度学习实现了前所未有的真核基因注释准确性,接近基于证据的方法的性能[10] 研究的行业意义与团队背景 - 该成果打破了国外尤其是德国研究团队在该领域二十余年的技术主导局面,推动我国在基因注释核心方法上实现重要突破[6] - 该研究增强了我国在智能基因组学关键技术领域的自主创新能力,对于服务国家生物安全战略、提升我国在生命大数据核心技术领域的国际竞争力具有重要意义[6] - 该研究团队长期围绕“人工智能驱动基因组解析”开展系统性研究,已相继提出SVision、SVision-pro及Swave等代表性成果,形成了覆盖基因组变异识别与基因功能注释等关键环节的连续方法链条[8] - 团队相关成果已在Darwin Tree of Life等国际旗舰基因组计划中展现出重要应用价值[8] - 面向“海量基因组数据”时代,推动人工智能与基因组学深度融合、加快构建自主可控的核心方法体系,已成为抢占生命科学前沿制高点的重要方向[8] 未来应用前景 - 该方法为数据匮乏物种提供了切实可行的高质量注释方案,也为大规模生命基因组计划提供了更具扩展性的技术支撑[6] - 随着模型在非编码RNA、可变剪接等更复杂注释任务中的进一步拓展,ANNEVO有望在更广泛的基因组功能解析场景中发挥作用[6]
Nature子刊:黄波团队首次揭示肿瘤细胞活性氧节律振荡核心调控机制,带来癌症治疗新策略
生物世界· 2026-03-14 16:30
文章核心观点 - 一项发表于《自然·化学生物学》的研究首次揭示了免疫检查点分子IDO1是调控肿瘤细胞内活性氧(ROS)节律性振荡的核心分子,并基于此提出了IDO1与芳香烃受体(AhR)双重抑制的全新癌症治疗策略,旨在克服现有IDO1抑制剂临床失败的问题,为癌症治疗提供了新的转化路径[2][3][10] 研究背景与问题 - 活性氧(ROS)在肿瘤细胞中呈约24小时为周期的节律性波动,但其背后的分子机制长期未知[2] - IDO1是已知的免疫检查点分子,在肿瘤组织中高表达并介导免疫逃逸,但其抑制剂的III期临床试验均告失败,原因不明[5] 核心发现:IDO1调控ROS节律的分子机制 - IDO1具有核质穿梭功能,其活性状态受ROS水平动态调控:低ROS时,IDO1进入细胞核被降解而失活;高ROS时,IDO1被转运至细胞质,与血红素结合形成具有完整酶活性的全酶(Holo-IDO1)[6] - Holo-IDO1催化色氨酸生成犬尿氨酸(Kyn),Kyn除了激活AhR通路介导免疫抑制外,还能直接别构激活磷酸戊糖途径(PPP)的限速酶G6PD,显著增强其酶活性,从而高效产生NADPH以清除过高的ROS[7] - 上述过程构成了“IDO1–Kyn–G6PD–NADPH–ROS”的负反馈闭环,完整解释了肿瘤细胞ROS节律振荡的分子基础[7] IDO1抑制剂临床失败的原因与代偿机制 - 在乏氧等极端微环境下,IDO1功能受损导致ROS节律消失,ROS持续过高会引发细胞死亡[7] - 部分肿瘤细胞能通过高ROS介导AhR发生次磺酸化修饰,进而结合糖原复合体促进糖原分解,从而激活PPP通路再次生成NADPH来清除多余ROS,将ROS维持在“适度升高”的水平,反而促进肿瘤生长[7] - 单纯抑制IDO1虽能增强抗肿瘤免疫,但同时会激活上述AhR代偿通路促进肿瘤生长,两者效果抵消导致疗效不佳,这解释了IDO1抑制剂临床试验失败的根本原因[8] 提出的全新治疗策略与前景 - 研究团队提出了IDO1与AhR双重抑制策略:在有氧区域,阻断IDO1可破坏ROS节律导致肿瘤细胞因ROS过高死亡;在乏氧区域,同步阻断AhR可阻止其代偿通路,使肿瘤细胞同样遭受氧化损伤死亡[10] - 该策略同时作用于肿瘤免疫和肿瘤细胞ROS代谢两个维度,堵死了肿瘤细胞的逃逸通道,在小鼠模型中显示出显著的肿瘤抑制效果和生存期延长[10]
Science子刊封面:加入三种氨基酸,将LNP-mRNA递送效率提升20倍
生物世界· 2026-03-14 12:11
研究核心发现 - 补充一种由甲硫氨酸、精氨酸和丝氨酸组成的优化配比氨基酸补充剂,能够大幅增强体内脂质纳米颗粒的mRNA递送效率和基因编辑效率[3] - 该研究表明,脂质纳米颗粒的递送效率受细胞代谢影响,生理代谢组对LNP递送的mRNA表达施加了限制,对代谢组进行短暂调节是改善基于LNP的mRNA疗法和基因编辑的一种新策略[7][10] 作用机制与体外实验效果 - 氨基酸补充剂与脂质纳米颗粒联合使用,能够显著增强CLIC途径的细胞内吞机制[10] - 在体外实验中,该联合策略使不同细胞类型和脂质体配方中的mRNA表达提高了5至20倍[10] 体内实验与临床前模型效果 - 在小鼠模型中,通过肌肉注射、气管给药、静脉注射等多种途径联合使用LNP与氨基酸补充剂,能够将体内mRNA表达水平提高8-13倍[10] - 在急性肝损伤小鼠模型中,LNP递送编码生长激素的mRNA联合使用氨基酸补充剂,提高了肝脏生长激素表达并显著改善炎症水平[10] - 在小鼠肺部递送CRISPR系统的实验中,LNP单次递送的基因编辑效率为20%-30%,而联合氨基酸补充剂后,编辑效率提升至80%以上[10]
Cell子刊:西湖大学郭天南/郑钜圣团队揭示肠道微生物在代谢疾病和衰老种的功能
生物世界· 2026-03-14 12:11
研究概述 - 2026年3月13日,西湖大学与中山大学的研究团队在《Cell Metabolism》上发表了一项大规模人类肠道宏蛋白质组学研究 [3] - 研究旨在揭示大规模人群肠道微生物在蛋白质层面的功能特性及其与宿主因素的关联 [3] - 研究对1399名中国中老年人群的1967份粪便样本进行了宏蛋白质组学分析 [4] 核心发现 - 研究识别出与44种表型相关的微生物功能 [4] - 发现了由厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门和变形菌门物种驱动的碳代谢与能量生产中与衰老相关的功能转变 [4] - 在不同代谢性疾病中,观察到厚壁菌门物种及其涉及的碳水化合物代谢、能量代谢、氨基酸代谢和短链脂肪酸生成的蛋白质一致性地减少 [4] - 确定了糖尿病、高血压和血脂异常共有的药物关联特征 [4] 关键菌种与机制 - 在独立队列验证中,埃氏巨球形菌被确定为2型糖尿病的枢纽菌种 [4] - 实验验证表明,抗糖尿病药物可促进埃氏巨球形菌生长 [4] - 该菌可能通过产生丁酸盐来调节血糖稳态 [4] 研究意义与亮点 - 该研究从蛋白质层面揭示了微生物在健康与疾病中的功能 [4] - 研究为代谢疾病和衰老相关疾病的治疗提供了潜在靶点 [4][7] - 研究亮点包括:针对1967份粪便样本的单队列宏蛋白质组学研究、肠道代谢蛋白质组与44种表型的关联、揭示与衰老、代谢疾病和药物相关的微生物功能转变、以及发现埃氏巨球形菌可能有助于血糖调控 [8]
全员中文属名,中山大学最新Nature论文:开创癌症动态风险适应性治疗新模式
生物世界· 2026-03-14 12:11
文章核心观点 - 中山大学肿瘤防治中心团队在《自然》杂志发表研究,首次证实基于循环肿瘤DNA(ctDNA)动态监测的风险适应性治疗策略(EP-STAR试验)能显著改善鼻咽癌患者生存结局,标志着治疗从“一刀切”进入“动态精准”时代[4] 临床困境与现有模式局限 - 鼻咽癌在中国华南地区高发,发病率高达20-40/10万人·年[3] - 传统治疗模式为“一刀切”,即所有患者在治疗前确定相同方案,与治疗过程中动态变化的复发转移风险相矛盾[6][7] - 固定模式易导致低风险患者过度治疗和高风险患者治疗不足[7] 核心突破:风险适应性治疗策略 - 策略核心是结合ctDNA(特别是血浆游离EB病毒DNA)的动态监测进行个体化治疗调整[10] - 所有患者先接受标准吉西他滨-顺铂新辅助化疗,并持续监测ctDNA[10] - 根据ctDNA清除轨迹将患者分为三组并采取不同治疗:低风险组(第一程化疗后ctDNA清零)继续标准治疗;中风险组(第二或第三程化疗后清零)在标准治疗上加用卡培他滨节拍治疗;高风险组(第三程化疗后未清零)采用标准治疗联合信迪利单抗免疫治疗并长期维持[10] 临床试验疗效数据 - 经过中位47.3个月随访,接受风险适应性治疗的中、高风险组患者3年无失败生存率高达89.1%[13] - 分层数据:中风险组3年无失败生存率为91.4%,高风险组为86.5%,低风险组(标准治疗)为90.6%[14] - 与未接受该策略的EP-SEASON队列患者相比,新策略将疾病进展或死亡风险显著降低了59%[14] 治疗策略的生物学机制 - 低风险组:化疗后抗肿瘤免疫持续激活,支持其极佳预后[23] - 中风险组:化疗后肿瘤微环境富集大量肿瘤干细胞,因此加用能杀伤肿瘤干细胞的卡培他滨[23] - 高风险组:化疗后肿瘤微环境中T细胞大量耗竭,因此联合抗PD-1免疫治疗[23] - 这些发现为治疗调整提供了理论依据[17] 策略的安全性与经济性 - 安全性良好,未发生治疗相关死亡,增强治疗患者的3-4级不良事件发生率略有升高但可控[19] - 生活质量评估显示,治疗结束后各组患者生活质量评分能恢复至基线或更好[19] - 卫生经济学分析显示,与传统治疗相比,新策略仅增加2404.1美元成本,但让患者多获得1.9个质量调整生命年[19] - 增量成本效果比为每质量调整生命年1225.2美元,远低于公认的37672美元支付意愿阈值,显示出良好成本效益[19] 临床意义与行业影响 - 研究推动了癌症治疗从“固定疗程”到“动态精准”的范式转变[21] - 根据现行指南,约75%的患者需接受增强治疗,而新策略下预计仅需约30%的患者接受增强治疗[21] - 该研究是国际上首个发表的动态ctDNA指导下的适应性治疗临床试验,已入选美国临床肿瘤学年会口头报告[21] - 该模式未来可能推广至HPV相关头颈部肿瘤、宫颈癌及EB病毒相关淋巴瘤等其他病毒感染相关肿瘤[21]
东南大学研究论文登上Cell头条:碱基编辑恢复耳聋小鼠听力,成年后治疗也来得及
生物世界· 2026-03-14 10:00
研究背景与核心发现 - 东南大学、北京理工大学、武汉大学合作的研究登上Cell Press头条,其核心观点是:精准高效的DNA碱基编辑可使成年DFNB9小鼠模型恢复正常听力[2][4] - 该研究筛选了多种腺嘌呤碱基编辑器,确定Nme2ABE8e在修复致病性Otof c.2815C>T (p.Gln939*)突变方面编辑效率最佳[7] - 通过腺相关病毒载体将Nme2ABE8e递送至1个月大的成年Otof缺陷型小鼠体内,可使其听觉功能恢复至接近正常水平,且效果至少可持续6个月[7][8] - 在2、3和4个月大的小鼠身上进行治疗同样能改善听觉功能,表明该疾病的治疗时间窗口相对较长[8] 疾病机制与现有疗法 - OTOF基因突变导致常染色体隐性非综合征型听力损失DFNB9,这是一种主要的听神经病,问题在于听神经信号传输故障[6] - 目前主要治疗方法有两类:一是基因增强疗法,使用AAV等病毒载体将功能正常的OTOF基因导入内耳细胞,已在人类患者中应用并显著恢复听力;二是基因编辑疗法,在DNA或RNA水平直接修复突变基因,已在小鼠模型中成功恢复听觉功能[7] 研究结果与意义 - 研究核心发现包括:腺嘌呤碱基编辑可恢复成年Otof缺陷型小鼠的听力;在4个月大小鼠身上的成功表明治疗时间窗口很宽;安全性评估显示未检测到耳毒性或神经功能缺损;腺嘌呤碱基编辑在携带人源OTOF突变的细胞模型中有效[11] - 这些结果突显了腺嘌呤碱基编辑器Nme2ABE8e治疗OTOF基因突变导致DFNB9的安全性和有效性,并揭示了患者可能有相对较长的基因治疗时间窗口[12] - 2025年3月,柴人杰团队等在《柳叶刀》发表的学术通讯指出,其临床试验中一名23.9岁患者取得了令人鼓舞的听觉恢复效果,这是首次在成年耳聋患者中恢复听觉,表明OTOF相关耳聋患者即使在成年后也能从基因治疗中获益[12]
国产顶刊Vita:胎儿如何在“饥饿”环境中茁壮成长?黄荷凤/林圣彩院士团队发现肝脏里的“保护开关”
生物世界· 2026-03-13 16:00
研究核心发现 - 研究揭示了胎儿在宫内低血糖环境中仍能维持快速生长发育的关键机制:胎儿肝脏中的TRPV4蛋白通过K608位点的乙酰化修饰,阻断了经典的低糖抑制信号,从而在能量不足的条件下维持了合成代谢关键调控因子mTORC1的活性,为胎儿生长提供保障[2][3] 代谢调控机制 - 哺乳动物细胞中,mTORC1是促进蛋白质、脂质合成的“建设指挥官”,AMPK是能量不足时激活的“节能管家”[6] - 在成年组织中,低葡萄糖水平会激活AMPK并抑制mTORC1,这是应对能量压力的标准反应[7] - 但在胎儿肝脏中,即使在低糖或长时间葡萄糖饥饿条件下,mTORC1活性仍能维持,尽管AMPK已被有效激活[7] - 这种对低糖诱导的mTORC1抑制的抵抗具有组织特异性和时间特异性:仅发生在胎儿肝脏组织,而不在其他胎儿组织(如心、肺、肌肉);且在出生一天后该抵抗现象即消失[9] 分子作用机制 - 关键蛋白TRPV4位于肝脏内质网,在低糖条件下,糖酵解中间产物果糖-1,6-二磷酸(FBP)会使醛缩酶处于未结合状态,从而抑制邻近的TRPV通道,降低局部钙离子水平,最终导致mTORC1被抑制[12] - 胎儿肝脏中,TRPV4蛋白的K608位点发生乙酰化修饰,使其对上述FBP-醛缩酶介导的抑制不敏感,从而阻断了低糖信号向mTORC1的传递[12] - TRPV4-K608的乙酰化修饰水平在胎儿肝脏/肝细胞中显著高于成年肝脏/肝细胞[12] - 实验证实,在胎儿肝细胞中表达非乙酰化突变体TRPV4-K608R,会使mTORC1恢复对低糖的敏感性并被抑制;在胚胎期肝脏特异性表达此突变体会损害肝脏合成代谢,减少胎儿蛋白质合成,并导致宫内生长受限甚至死亡[12] 乙酰化修饰调控网络 - 乙酰转移酶P300负责介导TRPV4的乙酰化修饰,而去乙酰化酶SIRT2和SIRT7负责其去乙酰化[14] - 在胎儿肝细胞中过表达SIRT2/SIRT7或敲低P300,均会导致低糖条件下mTORC1被抑制[14] - 胎儿肝脏中的乙酰辅酶A水平实际低于成年肝脏,表明TRPV4的高乙酰化修饰是由酶活性的精确调控驱动,而非底物浓度[14] 潜在临床与疾病意义 - 宫内生长受限影响约5%-10%的妊娠,是围产期发病和死亡的主要原因之一[17] - 该机制的理解可能为预防和治疗宫内生长受限提供新思路,例如通过靶向TRPV4乙酰化或相关调控通路来改善胎儿生长环境[17] - 这一发现也可能为理解与mTORC1信号异常相关的疾病(如代谢性疾病、癌症)提供新视角[18]
Nature子刊:韩达/陈广勇/郭沛/裘捷中团队实现AI从头设计核酸适配体
生物世界· 2026-03-13 11:33
功能性核酸(FNA)设计领域的技术突破 - 文章核心观点:中国科学院研究团队在《自然·计算科学》发表论文,提出了名为InstructNA的新计算框架,该框架结合核酸大语言模型(NA-LLM)和高通量SELEX(HT-SELEX)数据,能够不依赖核酸3D结构信息,从头设计出功能更优的全新核酸适配体,标志着该领域从依赖实验筛选转向以计算预测为主导的新范式[3][6][10] 行业背景与技术挑战 - 功能性核酸(FNA)是经过设计的DNA或RNA分子,其功能超越了存储遗传信息,在化学、生物学、医学和材料科学等多个领域具有巨大潜力[2] - FNA的设计是一项艰巨挑战,主要因为核苷酸序列空间庞大,且其结构具有高度灵活性,导致序列-结构-功能关系异常复杂,阻碍了设计进程[2] - 传统的实验筛选方法(如SELEX)存在成本高昂、成功率低、初始文库序列空间不完整以及PCR偏向性等问题[5] - 计算方法在核酸设计中的应用因实验性核酸3D结构数据稀缺而受阻,现有基于深度学习的模型仅基于少量特定数据训练,无法学习全面的序列-功能关系[5] 新技术框架(InstructNA)概述 - InstructNA是一个利用先进的核酸大语言模型(NA-LLM)和高通量SELEX(HT-SELEX)数据进行从头生成设计功能性核酸(FNA)的框架[6] - 该框架不依赖于难以获得的核酸3D结构信息,直接从序列中学习功能[3] 新技术框架的核心能力与优势 - 研究团队用HT-SELEX数据对现有的NA-LLM进行预训练,生成一个虚拟库,用于生成在物理筛选中常被忽略的更优FNA序列[8] - 开发了HC-HEBO(爬山-异方差演化贝叶斯优化)算法,能够在连续潜在空间中实现FNA的定向进化,通过生成-评估闭环系统,反复优化FNA功能[8] - 与传统的HT-SELEX相比,InstructNA为两种蛋白质靶点LOX1和CXCL5分别生成了亲和力高出**100%**和**200%**的强结合核酸适配体[8] - 新生成序列与原始HT-SELEX核酸适配体的序列相似度低至**38%**,表明其能够探索全新的序列空间,而非简单模仿[8] - 生成的核酸适配体序列对转录因子(TF)的结合特异性高于现有的最先进模型[8] 技术突破的行业影响与前景 - InstructNA的高效性、稳健性和广泛实用性表明了核酸语言模型(NA-LLM),特别是与HT-SELEX集成时,能够推动FNA设计领域的发展[10] - 将FNA设计从依赖耗时费力的实验筛选,转向了以计算预测为主导、实验验证为辅的更高效范式[10] - 能够发现传统实验方法可能遗漏的、结构新颖且功能更优的候选分子[10] - 为开发用于诊断、治疗等各种基于FNA的分子工具开辟了新道路[10]