封面故事：神經(jīng)系統(tǒng)受傷后的再生

在線蟲的神經(jīng)系統(tǒng)受傷后，一個(gè)軸突會(huì)朝向其脫離的部分長出新芽。在封面圖片上，固定在細(xì)胞膜上的一個(gè)熒光團(tuán)用藍(lán)色表示，細(xì)胞質(zhì)用洋紅色表示，同時(shí)為了能讓讀者看清楚，各片段的位置也稍微動(dòng)了一下。Massimo Hilliard及同事對(duì)線蟲神經(jīng)系統(tǒng)中一個(gè)再生方式做了詳細(xì)分析， 這個(gè)再生方式被稱為“軸突融合"，即分離的軸突各部分能夠自發(fā)地重新連接和融合，以恢復(fù)zui初的線路連接方式。這種情況下的融合可防止脫離的軸突部分分解，而且只需要通過再生就可以將受損區(qū)域橋接起來。作者對(duì)這一再生過程所需的分子機(jī)制進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)它從軸突膜的磷脂組成的改變開始，接著是從重新生長的軸突中以及從周圍組織中吸引特定的分子。引人矚目的是，這一過程中所發(fā)現(xiàn)的分子和機(jī)制與吞噬細(xì)胞對(duì)凋亡細(xì)胞的識(shí)別和吞噬中所涉及的分子和機(jī)制相似。封面設(shè)計(jì)：Nick Valmas。封面圖片：Casey Linton。（doi: 10.1038/nature14102）

酵母α-甘露糖的代謝模式

Harry Gilbert及同事發(fā)現(xiàn)，多形擬桿菌(Bacteroides thetaiotaomicron，人腸道微生物群中占主導(dǎo)地位的一個(gè)成員)能將來自宿主糖蛋白和來自飲食中源于酵母之多糖的含α-甘露糖的復(fù)雜碳水化合物用作一個(gè)可行的食物來源。作者識(shí)別出了編碼使多形擬桿菌能通過大型寡糖代謝α-甘露糖(這些大型寡糖隨后又會(huì)通過周質(zhì)酶的作用被解聚成甘露糖)的機(jī)制的基因位點(diǎn)。共培養(yǎng)研究顯示了α-甘露糖代謝的一個(gè)“自私"模式，該模式與認(rèn)為腸道微生物群的多個(gè)成員參加并受益于多糖分解代謝的普遍假設(shè)是相反的。這項(xiàng)研究為了解人腸道微生物群中聚糖降解的演化如何反映人類演化過程中的飲食變化提供了見解，因?yàn)榻湍甫?甘露糖只是從現(xiàn)代人類飲食的獲取以來才成為我們飲食中一個(gè)普遍成分。（doi: 10.1038/nature13995）

谷胱甘肽信號(hào)促進(jìn)李斯特菌的致病性

為了在其宿主身上成功定植，細(xì)胞內(nèi)病原體必須能夠感應(yīng)它們的環(huán)境和調(diào)制它們的毒性基因表達(dá)。例如，當(dāng)“單核細(xì)胞增生性李斯特菌"感染宿主細(xì)胞時(shí)，它會(huì)通過對(duì)主調(diào)控因子PrfA的激活來重塑其轉(zhuǎn)錄程序。以前的研究工作表明，PrfA是被宿主細(xì)胞內(nèi)環(huán)境特定的一個(gè)小分子活化劑變構(gòu)調(diào)控的，但這一小分子的身份卻一直難以確定。在這項(xiàng)研究中，Daniel Portnoy及其同事發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌的和來自宿主的谷胱甘肽是“單核細(xì)胞增生性李斯特菌"致病所必需的，但并不是通過其在氧化還原動(dòng)態(tài)平衡中所起經(jīng)典作用來產(chǎn)生致病性的。實(shí)際情況是，谷胱甘肽通過充當(dāng)以前所預(yù)測(cè)出的變構(gòu)調(diào)制因子來激活PrfA。（doi: 10.1038/nature14029）

蝙蝠的神經(jīng)羅盤

很多哺乳動(dòng)物能夠在復(fù)雜環(huán)境中把握方向，這是由于它們能夠?qū)θS空間進(jìn)行準(zhǔn)確的神經(jīng)表征，其中涉及那些編碼空間、距離、邊界和頭部方向的細(xì)胞的協(xié)調(diào)。通過頭部方向細(xì)胞把握方向是這一導(dǎo)航系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，但我們對(duì)這一羅盤的性質(zhì)卻知之甚少。在對(duì)自由運(yùn)動(dòng)的埃及果蝠(它們要么在飛、要么在爬，以尋找食物)所做的一項(xiàng)研究中，Arseny Finkelstein等人為大腦怎樣編碼其神經(jīng)羅盤提供了新見解。利用來自大腦(具體說是來自名為“前下托"的區(qū)域)的神經(jīng)記錄，本文作者識(shí)別出了編碼頭部三個(gè)歐拉轉(zhuǎn)動(dòng)角度(方位角、俯仰角和橫搖角)的神經(jīng)元。來自這些頭部方向細(xì)胞的記錄，顯示了關(guān)于空間取向的一個(gè)環(huán)形模型，它由根據(jù)兩個(gè)環(huán)形變量(方位角和俯仰角)變化的細(xì)胞標(biāo)繪出。（doi: 10.1038/nature14031 & doi: 10.1038/nature14076）

ICOL在T/B細(xì)胞相互作用中所起作用

ICOSL (inducible T-cell co-stimulator ligand)由B淋巴細(xì)胞大量表達(dá)，對(duì)增殖中心的形成及高親和性抗體的生成(其機(jī)制還不是*了解)至關(guān)重要。由Dan Liu等人所做的這項(xiàng)研究采用成像技術(shù)(它們能顯示各個(gè)細(xì)胞之間怎樣彼此發(fā)生相互作用)顯示，B細(xì)胞對(duì) ICOSL 的表達(dá)調(diào)控增殖中心內(nèi)的T-B細(xì)胞信號(hào)交換，促使合適的B細(xì)胞成為骨髓漿細(xì)胞腔中的抗體生產(chǎn)者。這項(xiàng)研究說明了保護(hù)性抗體是怎樣在免疫反應(yīng)中產(chǎn)生的，對(duì)于疫苗設(shè)計(jì)可能會(huì)有意義。（doi: 10.1038/nature13803）

化石燃料與氣候變暖之間的區(qū)域選擇

如果變暖程度在本世紀(jì)限于讓氣溫跟工業(yè)化前水平相比上升2 °C(這個(gè)已經(jīng)宣傳很多)，那么化石燃料使用和與之相關(guān)的溫室氣體排放將需要受到嚴(yán)格限制。這便提出了關(guān)于可以安全開采使用的油、氣和煤的具體數(shù)量和地點(diǎn)的問題。Christophe McGlade 和 Paul Ekins采用一個(gè)綜合評(píng)估模型來探討2 °C這個(gè)變暖極限對(duì)于不同地區(qū)化石燃料生產(chǎn)的意義。他們發(fā)現(xiàn)，從來講，1/3的石油儲(chǔ)藏、一半的天然氣儲(chǔ)藏和超過80%的當(dāng)前煤炭?jī)?chǔ)藏在今后40年都應(yīng)當(dāng)保持不用才能實(shí)現(xiàn)2 °C這個(gè)目標(biāo)，而且北極的資源開發(fā)和非傳統(tǒng)石油生產(chǎn)的任何增加都是與限制氣候變化的努力不相容的。（doi: 10.1038/nature14016 & doi: 10.1038/517150a）

量子糾纏時(shí)間達(dá)到6小時(shí)

量子糾纏在幾百公里以外的分布(正如一個(gè)世界范圍的量子通信網(wǎng)絡(luò)將會(huì)要求的那樣)是被在傳播過程中積累的損失所禁止的。這個(gè)局限性利用一個(gè)涉及量子信息存儲(chǔ)的轉(zhuǎn)發(fā)器協(xié)議也許可以克服，假如能夠?qū)崿F(xiàn)壽命足夠長的糾纏的話。目前的相干時(shí)間記錄是3小時(shí)，是在由硅-28內(nèi)的磷供體組成的一個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的。在這項(xiàng)研究中，Manjin Zhong等人打破了這一記錄，在銪摻雜的正硅酸釔材料中實(shí)現(xiàn)了6小時(shí)的相干時(shí)間，而這種材料中以前的相干時(shí)間只限于幾十毫秒。這一系統(tǒng)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是，所涉及的轉(zhuǎn)變是可以光尋址的(optically addressable)，這使得該發(fā)現(xiàn)對(duì)于長壽命量子記憶應(yīng)用尤其充滿希望。（doi: 10.1038/nature14025 & doi: 10.1038/517153a）

癌癥干細(xì)胞在化療抵抗力中所起作用

zui近有研究顯示，癌癥干細(xì)胞(CSCs)針對(duì)化療有存活優(yōu)勢(shì)。在這篇論文中，Antonina Kurtova及同事對(duì)以下觀點(diǎn)進(jìn)行了研究：CSCs也許能響應(yīng)于由化療誘導(dǎo)的損傷積極增殖，其方式與組織修復(fù)過程中在傷口處所看到的干細(xì)胞動(dòng)員(stem cell mobilization)方式相似。作者通過膀胱癌的小鼠模型(其中包括來自患者的異種移植物)顯示，在連續(xù)的化療周期中，類似干細(xì)胞的CK14+ 細(xì)胞發(fā)生富集，并在治療周期之間重新占據(jù)腫瘤。 這是由 prostaglandin E2 (PGE2)從正在死亡的腫瘤細(xì)胞的釋放驅(qū)動(dòng)的，其方式與由PGE2誘導(dǎo)的傷口修復(fù)相似。與一種能夠中和PGE2的抗體結(jié)合使用會(huì)減輕對(duì)化療的抵抗力，這為膀胱癌提出了一個(gè)可能的治療策略。（doi: 10.1038/nature14034 & doi: 10.1038/nature14075）

催化反應(yīng)中釋放的熱量對(duì)酶的影響

酶通過降低化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的活化能來催化這些反應(yīng)。人們傳統(tǒng)上假設(shè)，一次催化事件(一次“周轉(zhuǎn)"事件)中所釋放的熱量不會(huì)以任何方式對(duì)酶產(chǎn)生擾動(dòng)。在這篇論文中，作者利用“單分子熒光關(guān)聯(lián)光譜"顯示，對(duì)于催化具有大反應(yīng)焓值的化學(xué)反應(yīng)的酶(如過氧化氫酶或堿性磷酸酶)來說，催化過程中在蛋白活性點(diǎn)上所釋放出的熱量會(huì)瞬時(shí)轉(zhuǎn)移蛋白的質(zhì)量中心，實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于產(chǎn)生一個(gè)推動(dòng)酶前進(jìn)的反沖效應(yīng)。這項(xiàng)研究可幫助解釋zui近獲得的以下發(fā)現(xiàn)：酶的擴(kuò)散性在催化過程中會(huì)以依賴于基質(zhì)的方式提高。（doi: 10.1038/nature14043 & doi:10.1038/nature14079）

S-型星中的核合成

Sophie Van Eck 及同事發(fā)表了從一組23個(gè)主序后星(其中包括17個(gè)“S-型"和6個(gè)“M-型")獲得的高分辨率光譜。S-型星是紅色，在其中“慢中子捕捉"或“S-過程"正在合成重元素；M-型星是類似的、但沒有“S-過程"增強(qiáng)現(xiàn)象的巨型恒星。利用新的光譜數(shù)據(jù)和專門的模型大氣，本文作者獲得了锝、鋯和鈮的準(zhǔn)確豐度。與從的恒星演化和核合成計(jì)算得出的預(yù)測(cè)所做比較顯示，S-型星中的合成溫度不到大約2.5億K，同時(shí)也支持認(rèn)為碳-13是“S-過程"中子源的觀點(diǎn)，并且表明重元素合成開始于100萬到300萬年前。（doi:10.1038/nature14050）