近年来,我国生物育种技术研究与应用虽取得了长足发展,但在基础理论研究、核心技术开发及市场重大品种培育等方面仍有待突破。生物育种是现代生物种业创新的核心,通过科技手段对育种技术、方法和产品进行创新,可以提高作物产量、质量和适应性,满足不断增长的全球粮食需求并应对环境挑战。发达国家和国际巨头种业利用生物技术结合大数据信息、人工智能等,推动种业进入“种业4.0时代”智能时代,育种模式从“杂交选育”向“智能选育”转变。基于此,综述梳理了生物育种技术的发展历程、国内外生物育种产业的发展现状,总结了生物育种关键技术创新及应用,讨论了目前生物育种产业化存在的问题和面临的挑战,并展望了未来的发展趋势,以期为提升我国的生物育种创新能力和种业发展提供借鉴。
基于转基因技术生产药用工业用生物制品的植物生物反应器是转基因研究和应用中增长最快的生物技术产品之一。植物越来越多被用作生物反应器,生产抗体、疫苗、治疗蛋白、激素和细胞因子等高质量的生物制品,以及化妆品、食品和化学工业的生物产品,它们在医药和工业领域可作为药品和生物材料。探讨了利用转基因技术将植物作为生物工厂的巨大潜力,总结了有关植物源生物制品的最新研究进展,强调了植物源生物制品在医药、工业、农业等不同领域的多功能性。综述了药用工业用转基因植物在美国、欧盟等国家中的安全性评价与监管政策,以期为我国的药用工业用转基因植物的安全性评估与监管提供借鉴。
豆粕作为重要的植物蛋白来源,在饲料和食品工业中应用广泛。然而,豆粕中抗营养因子(如抗原蛋白、非淀粉多糖等)的存在限制了其营养价值。酶解加工工艺是近年来新兴的一种改善豆粕营养价值的原料体外预处理方法,常用的酶制剂种类包括蛋白酶、纤维素酶、半乳糖苷酶等。总结了豆粕中抗营养因子的种类、不同的酶制剂及其作用机制、酶制剂的应用研究进展,旨在为豆粕酶解工艺中酶制剂的选择提供理论依据和技术参考。
八角茴香(Illicium verum Hook. f.)属于木兰科植物,是中国特有的药食同源植物,目前研究集中于其化学成分与药理作用的开发利用。然而,八角茴香化学成分的系统鉴定和药理作用的定量数据不足,加工及提取技术缺乏统一规范。综述系统梳理了八角茴香的主要成分,包括挥发油、黄酮类、酚酸类、倍半萜内酯类等,分析了其抗菌、镇痛、抗炎、抗氧化等药理作用,并总结了提取、分析及鲜料加工等方法的工艺要点,以期为完善八角茴香研究方法与工艺标准,提升资源利用效率和产业化应用提供有力支撑。
场效应晶体管生物传感器是一种基于场效应晶体管原理检测生物分子或生物标志物的传感器,由于其电场效应的信号放大特性可以检测到极低浓度的生物分子相互作用,进一步实现生物分子识别,在核酸检测领域具有无需核酸扩增的独特优势,核酸检测时间更短。此外,场效应晶体管生物传感器在核酸检测性能、便携性和成本效益等方面也有优势。总体而言,场效应晶体管生物传感器可实现超快速、超高灵敏度的病毒基因靶向识别,其结合微流控技术、纳米材料、柔性电子材料等,在食品安全、临床诊断、基因分型、生物安全等领域具有巨大的应用潜力。为了更好地将场效应晶体管传感器应用于生物检测领域,回顾了场效应晶体管生物传感器在核酸检测中的应用,从生物识别层方面对场效应晶体管生物传感器进行了分类讨论,以期为场效应晶体管生物传感器在核酸检测中的应用研究提供参考。
肿瘤侵袭和转移是癌症患者死亡的主要原因,循环肿瘤细胞(circulating tumor cell,CTC)作为肿瘤转移的“种子”细胞,携带完整的细胞生物学信息,在肿瘤的早期诊断、预后评估及个体化治疗监测等方面具有重要意义。然而,由于血液中CTC细胞数量极低,开发高效的富集分离方法是实现CTC精准分析的关键。免疫磁分离技术具有高特异性、高效富集等优势,能够高效、特异性地分离和富集目标物,为生物医学研究和临床诊断提供了强大的工具。随着材料科学、生物技术、电子工程技术等多学科的交叉融合发展,免疫磁分离技术在前沿分析领域中的应用价值得到了显著提升,该技术在CTC检测领域有望迎来重大突破。综述了CTC免疫磁性材料的设计原理、CTC免疫磁分离捕获平台及免疫磁分离技术与微流控联用研究进展,探讨了免疫磁分离技术在CTC检测中的挑战及优化策略,以期为推动CTC检测技术更深入的应用提供参考。
碳基纳米材料因其独特的物理化学性质在生物医学、能源存储及电子器件等领域展现出广阔的应用前景。近年来,碳纳米材料的毒理学研究取得了显著进展,但结构差异对细胞毒性及免疫效应的影响机制尚未完全明确。通过系统地分析现有文献资料,比较了多种碳纳米材料在体外细胞试验和体内动物模型中的表现,疏理了碳纳米材料的结构-毒性-免疫效应关联,总结了碳纳米材料毒理学研究的总体现状、发展趋势和研究需求,以期为其安全性设计提供理论依据。
自噬与细胞凋亡是维持细胞稳态的关键生理过程,其相互作用在肿瘤、神经退行性疾病及心血管疾病中具有重要的病理意义。现有研究对二者动态调控网络的分子机制解析尚不完善,且在疾病治疗中靶向调控自噬-凋亡平衡的策略缺乏精准性。研究表明,通过双向调控机制和靶向关键枢纽蛋白可以协同抑制凋亡并激活自噬。综述总结了自噬与凋亡相互作用的机制及其在肿瘤、神经退行性疾病、心脏病中的研究进展,以期为解析细胞死亡调控网络提供理论框架,为开发基于自噬-凋亡平衡调控的精准治疗策略奠定重要基础。
骨骼肌稳态对于肌肉健康至关重要,其失调会导致骨骼肌萎缩并降低生活质量,现已成为公认的全球健康问题。研究表明,线粒体在维持骨骼肌稳态与健康中发挥重要作用,其功能障碍可导致骨骼肌萎缩,然而其发生分子机制较为复杂,目前尚未完全阐明,阻碍了骨骼肌萎缩治疗药物的开发。综述归纳了线粒体维持肌肉稳态涉及的分子机制,阐述了线粒体生物发生、线粒体动力学以及线粒体自噬等过程在骨骼肌健康中的关键作用,讨论了线粒体功能障碍对骨骼肌结构与功能的影响,总结了靶向调节线粒体功能治疗骨骼肌萎缩的方法,以期为后续研发治疗骨骼肌萎缩的线粒体靶向药物提供理论基础和启发。
癌相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts,CAFs)是肿瘤微环境中不可或缺的组成部分。近年来众多研究表明,CAFs与乳腺癌的发生、发展密切相关,并且与乳腺癌的恶性生物学行为以及不良预后存在关联,但对其在乳腺癌细胞生长、侵袭、转移及预后关系的阐述不够全面。在乳腺癌中,CAFs受肿瘤调控,同时其也通过释放细胞因子、外泌体等方式对免疫微环境调节、细胞外基质重塑、免疫细胞功能抑制等生物学过程产生影响,从而促进肿瘤的发生、迁移、侵袭和耐药等过程。阐述了CAFs在乳腺癌细胞生长、侵袭、转移过程中的作用及与患者预后关系,有助于深入理解乳腺癌的发病机制,以期为乳腺癌的诊断、治疗和预后评估提供理论依据。
肝脏疾病的发生和发展受到多种细胞类型及其空间组织方式的精细调控。空间转录组学(spatial transcriptomics,ST)可在组织切片水平实现基因表达的空间定位,目前已成为解析肝脏疾病微环境动态变化的重要技术。综述总结了ST技术在酒精性脂肪性肝病、肝纤维化及肝细胞癌等多种肝脏疾病中的研究进展,梳理了其在揭示组织空间异质性、细胞间互作及动态变化方面的应用,并分析了当前技术面临的瓶颈和未来发展方向,以期为肝病早期诊断的生物标志物筛选、靶向治疗方案设计以及个性化医疗策略制定提供数据基础和理论支撑。
汞作为全球性污染物,其毒性机制及防治策略是公共卫生领域的研究热点。汞通过氧化应激、表观遗传修饰及线粒体功能障碍等多途径介导跨器官毒性,尤其聚焦于其对神经、生殖和心血管系统的特异性损伤。研究发现,汞暴露可诱导神经元微管解聚、睾丸纤维化及血管内皮功能障碍,并通过激活NF-κB等炎症通路加剧多器官损伤。在防治策略方面,纳米载体递药系统和细胞吸附技术显著提高了螯合治疗的靶向性,而中药复方在减少治疗不良反应方面展现出独特优势。综述了汞对人体的毒性及其对人体各系统的损伤机制和防控措施,并提出整合多组学技术解析汞毒性网络、开发基于表观遗传调控的精准干预手段是未来的研究方向,期望为汞中毒防治提供理论支撑。
全氟和多氟化合物(per and polyfluoroalkyl substances,PFASs)是一类高持久性环境污染物,其通过胎盘介导的子代神经发育毒性已成为近年研究热点。系统阐述了PFASs通过干扰甲状腺激素平衡、神经营养因子表达、神经细胞功能及表观遗传调控等多途径影响子代神经发育的分子机制,评估了现有干预策略的局限性,以期为揭示PFASs跨代毒性机制提供理论框架,并对制定母婴暴露防控政策提供参考。
人SP140是一种白细胞特异性核蛋白,其抑制剂为GSK761。它属于斑点蛋白(speck-like protein,SP)家族,优先在免疫细胞中表达。目前研究发现,SP140可以激活基因转录,参与基因调控,并且在免疫调节中发挥着重要作用。系统综述了SP140的基本分子生物学特征、SP140在基因表达调控方面的作用、SP140与免疫反应的关系。总结了SP140与免疫性疾病的关系,包括原发性胆汁性肝硬化、多发性硬化症、克罗恩病、慢性淋巴细胞白血病、艾滋病等,以期增进对这些疾病发病机理的理解,并有望助力其诊断或治疗的改进。
肥胖相关性高血压(obesity-related hypertension,OH)是以肥胖为主要诱因、排除其他继发性高血压的一类高血压亚型,其血压水平可通过体质量管理显著降低。OH发病机制复杂,涉及多系统交互作用,主要包括胃肠道激素分泌失调、钠/容量感受器信号传导异常、肠道屏障功能障碍以及肠道菌群失调。近年来研究表明,胃肠道可能通过上述机制在OH的早期病理进程中发挥核心调控作用,甚至被视为潜在干预靶点。从能量代谢调控与血压稳态失衡的双重视角,系统综述了胃肠道在OH中的病理生理学作用,以期为高血压的治疗提供参考。
自闭症谱系障碍(autism spectrum disorder,ASD)是一种发病率在1%~2%的复杂神经系统疾病,其发病具有显著的遗传异质性。三维基因组学研究揭示了染色质空间拓扑结构的动态调控在ASD病理机制中的核心作用,尤其是拓扑关联结构域(topologically associated domains,TADs)的边界破坏或内部互作紊乱,可通过表观遗传重编程导致神经发育关键基因的时空表达失调。然而,目前对ASD相关三维基因组变异尚未得到系统性解析以及现有临床诊断体系缺乏对三维基因组标志物的整合应用。系统综述了TADs介导的染色质区室化调控在ASD神经发展中的分子机制,总结了高通量染色体构象捕获技术(high-throughput chromosome conformation capture,Hi-C)及其衍生方法在ASD三维表观基因组图谱构建中的技术创新,以期为ASD的早期分子分型及靶向治疗提供理论支撑和技术范式。
肌腱损伤是创伤外科的常见病症之一,临床上主要采用手术缝合方式进行治疗,但是术后存在再次断裂和粘连形成的风险。近些年多款基于RNA干扰(RNA interference,RNAi)的核酸药物上市,基因治疗受到广泛关注。然而,由于小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)药物易降解,体内存在核酸内切酶问题,载体的选择至关重要。相较于易导致突变的病毒载体,纳米载体具备更高的生物安全性和可修饰性。系统总结了siRNA的作用机制、基因治疗载体的优化策略及其在肌腱修复中的应用进展,并展望了纳米载体在临床转化中的潜力,以期为肌腱损伤的治疗提供参考。
帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是最常见的神经退行性疾病之一。最新研究数据揭示了神经退行性疾病与2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)可能存在相似的药理机制。胰高血糖素样肽-1受体(glucagon-like peptide-1 receptor,GLP-1R)激动剂作为治疗T2DM用药,目前也被尝试用于治疗PD。综述总结了T2DM与PD之间可能的共同致病途径,探讨了GLP-1受体激动剂作为PD治疗靶点的潜在作用机制,以期为开发更有效的PD治疗方案提供理论支持。
慢性呼吸道疾病(chronic respiratory diseases,CRD)是导致全球每年逾400万人死亡的主要原因。尽管现有治疗方法有助于控制CRD患者日常症状并提高生活质量,但预防由呼吸道感染引发的急性加重仍是治疗的关键。因此,CRD患者是感染性疾病疫苗接种的主要对象。针对CRD患者特定疫苗的最新技术,介绍了呼吸道合胞病毒疫苗、严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(severe acute respiratory syndrome cornonavius 2,SARS-CoV-2)疫苗、肺炎球菌疫苗、流感疫苗、百日咳疫苗等最新研发进展,以期为慢性呼吸道疾病预防策略提供参考。
抗体偶联药物(antibody-drug conjugate, ADC)临床应用的成功推动了放射性核素偶联药物(radionuclide drug conjugates, RDC)、多肽偶联药物(peptide drug conjugates, PDC)及小分子药物偶联物(small molecule-drug conjugates, SMDC)等新型偶联药物的快速发展。这些药物通过整合靶向递送与高效载荷释放,在癌症治疗领域展现出显著优势,并逐步向疾病诊断与其他治疗领域拓展。系统综述了偶联药物、偶联技术的研究进展与临床转化现状,探讨了其在适应症扩展、技术迭代及诊疗一体化中的未来研究方向。