2026年5月份即将结束，5月份Science期刊又有哪些亮点研究值得学习呢？小编对此进行了整理，与各位分享。

1.减肥总馋肉不是意志力差！《Science》揭秘：肠道直接指挥大脑"找蛋白质"的双重开关

DOI: 10.1126/science.adv3355

很多人都有过这样的体验：明明吃了满满一碗米饭、一大盘蔬菜，肚子不饿却总忍不住想吃肉、鸡蛋、牛奶甚至蛋白粉；节食减肥时，对炸鸡、牛排的渴望会变得格外强烈。这不是嘴馋，也不是意志力薄弱，而是你的身体正在发出精准的求救信号——必需氨基酸不够了！

蛋白质由 20 种氨基酸组成，其中 9 种人体完全无法合成，必须从食物中获取，一旦缺乏，身体会自动启动 "蛋白质食欲" 机制，强迫你优先寻找高蛋白食物。这种神奇的特异性食欲是如何产生的？几十年来，科学家一直未能破解其背后的神经机制。

日前，发表在国际顶级期刊《Science》上的一项突破性研究，由韩国基础科学研究所（IBS）微生物组-身体-大脑生理学中心 Greg S. B. Suh 教授团队联合首尔大学、梨花女子大学共同完成，首次完整揭示了肠道感知蛋白质缺乏并指挥大脑调整饮食偏好的完整通路。研究发现，肠道并非只是被动的消化器官，而是一个精密的营养传感器，通过"快速神经通路+慢速激素通路" 的双重信号系统，不仅能在几分钟内告诉大脑 "缺蛋白了"，还能长期维持蛋白质寻求行为，同时主动抑制对糖类的食欲，确保身体优先补充最急需的营养素。

研究发现，CNMa 在大脑中会作用于两类完全不同的神经元，通过不同的 G 蛋白信号通路产生相反的效果：在椭圆体 R3m 神经元上，CNMa 与受体结合后激活 Gs 信号通路，使神经元去极化约 20mV，自发放电频率显著增加，从而产生对必需氨基酸的食欲；而在大脑另一个区域的DH44⁺糖感知神经元上，CNMa 则通过 Gi 信号通路抑制神经元的活动，直接降低对糖类的兴趣。

这种双向调控机制具有重要的进化意义：当蛋白质缺乏时，身体需要尽可能多地摄入高蛋白食物，同时避免用碳水化合物填满肚子，导致蛋白质摄入不足。实验中，正常果蝇在蛋白质缺乏时，蔗糖摄入量会减少约 40%；而当 CNMa 或其受体被敲除后，这种抑制作用完全消失，果蝇即使缺蛋白也会继续大量吃糖，最终导致严重的营养失衡。

2.活体药物“安全笼”！Science论文开发新型强力水凝胶，让工程细菌在体内安全释放药物长达六个月

DOI: 10.1126/science.aec2071

长期以来，研究人员已经知道细菌有可能被用来在人体内递送治疗药物。然而，在人体中安全成功地完成这一壮举一直是一个挑战。但现在，哈佛大学的研究人员朝着使用微生物作为药物的目标又迈进了一步。他们近期发表在《Science》上的研究，详细介绍了一种封装工程细菌的新方法，既能防止它们感染宿主，又能成功递送可能挽救生命的药物。

研究人员已经成功设计出可植入的工程细菌，它们能够感知感染，然后释放药物来杀死其他细菌或癌细胞。然而，这些工程细菌仍然需要被封装起来，以防止扩散和毒性。

为此，研究人员曾尝试使用水凝胶来封装工程细菌，但由于细菌菌落不断扩大的压力或身体物理应力，这些方法往往随着时间推移而无法防止细菌逃逸。也曾尝试过遗传控制策略，但常常因为细菌随时间的进化变化而失败。

然而，细菌作为活体疗法的想法仍然吸引着科学家，因为它们能够定植于多种生理环境（如粘膜、感染部位、皮肤、发炎组织和肿瘤），并能响应特定的生物学信号递送治疗药物，而不是等到患者出现明显症状才行动。尽管如此，一个能长期将细菌限制住、同时允许它们作为药物工厂运作的生物相容性解决方案，对于这些可植入活体材料（ILM）提供可靠、安全的疗法至关重要。

3.Science论文揭示大脑“灵活学习”的奥秘：树突钙信号是关键，特定抑制性神经元充当“门控开关”

DOI: 10.1126/science.adx4358

大脑皮层中的锥体神经元拥有极其复杂的树突结构，像一棵大树从细胞体延伸出去。传统观点认为，树突只是被动接收信号并传给细胞体；但近年研究发现，树突能主动产生电信号，进行局部计算。树突主要分为两个功能区域：基部树突接收具体的特征信息（如感官输入），而顶树簇（位于树突最远端）接收来自内部或环境的信息（如上下文、规则）。

在变化的环境中灵活调整行为的能力是智力的标志，然而这一能力背后的神经机制仍然知之甚少。在哺乳动物大脑中，锥体神经元（大脑皮层的主要兴奋性细胞）拥有从细胞体延伸出去的复杂树突树。这些树突有两个主要区室，对应主要的树突分支（基底部树突和顶树簇）。基底部被认为是接收特定特征的信息（例如感觉皮层中的感觉特征），而顶树簇则接收上下文信息（例如来自内部来源的信息）。尽管神经元常被建模为简单整合输入的累加器，但包括一项新研究在内的新证据表明，树突可以通过主动电学特性执行复杂计算，可能赋予高级学习能力。

作者假设额叶运动区的树突计算有助于灵活的行为适应。小鼠前外侧运动皮层（ALM）中第5层锥体神经元的顶树簇接收来自感觉区和运动规划区的汇聚输入。这些树突能够产生钙依赖的电活动，可能作为学习的基质。为了验证这一假设，在这项研究中，作者开发了一个行为范式，要求小鼠在不同的刺激-反应规则之间灵活切换，从而将任务执行与重新学习的认知需求分离开来。作者聚焦于一群特定的抑制性神经元——NDNF中间神经元，它们选择性地靶向顶树簇，提供了操控树突活动的手段。

通过结合行为测试、光学记录和靶向神经操控，作者发现顶树簇中的钙活动选择性地是重新学习复杂（而非简单）行为规则所必需的。当小鼠执行他们的规则切换任务时，激活抑制树突的NDNF中间神经元会损害它们在接触简单规则后再学习复杂规则的能力，而对已学习行为的执行没有影响。双光子钙成像和电生理记录表明，这种操控消除了整个树突树中的整体钙事件，同时保留了局部突触活动，并且仅对胞体动作电位有中度影响。对树突突触输入的成像显示，在执行复杂规则时它们组织成功能性集群——这种空间排列在执行简单规则时消失。值得注意的是，NDNF中间神经元本身在小鼠在规则切换（以及初始学习）期间犯错时活性降低，表明它们门控着树突可塑性。

4.Science 论文给错误折叠的蛋白“配个伴”：短RNA分子可逆转TDP-43聚集，为ALS和额颞叶痴呆带来全新疗法

DOI: 10.1126/science.adv3301

TDP-43（TAR DNA结合蛋白43）是一种在细胞核内与RNA结合、调控数千个基因剪接和加工的蛋白质。在健康细胞中，TDP-43呈现动态、可逆的液态样状态；但在肌萎缩侧索硬化症（ALS，俗称渐冻症）和额颞叶痴呆（FTD）患者大脑中，它会错误折叠成不溶性的纤维状固体聚集体，同时从细胞核中丢失，导致功能丧失和毒性获得。这两种疾病目前均无法治愈。

畸形的蛋白质会引发一连串麻烦，尤其在神经退行性疾病中。但一项新研究表明，给它们一点额外的“支持”，或许能让它们继续正常工作，甚至逆转已经造成的损害。

这项新研究聚焦于一种异常蛋白——TDP-43。TDP-43在细胞核内结合RNA，负责调控数千个人类基因。如果TDP-43从健康的液态相转变为病变的纤维状固体聚集体，它的存在可能是致命的。

这种蛋白是肌萎缩侧索硬化症（ALS）和额颞叶痴呆（FTD）的关键驱动因素之一——这一发现最早由宾夕法尼亚大学医学院的先驱科学家Virginia M.-Y. Lee博士（MBA）和已故的John Trojanowski博士（医学博士、哲学博士）做出。

目前尚无治愈ALS或FTD的方法，但这种情况可能改变。在发表于《Science》的一项研究中，宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员报告称，短RNA分子可以逆转TDP-43聚集并恢复其功能，这是向着基于RNA的ALS和FTD治疗迈出的重要一步。

5.Science 论文揭示新一代免疫疗法CRYSTAL：用“营养元素”锰打造智能纳米颗粒，安全激活抗癌警报

DOI: 10.1126/science.adx1893

人体的cGAS-STING通路是先天免疫系统的重要“警报器”。当细胞出现DNA损伤或肿瘤时，cGAS产生环状GMP-AMP（cGAMP），激活STING蛋白，从而启动I型干扰素等抗肿瘤免疫反应。然而，直接激活STING的药物（如cGAMP类似物）往往会引起全身性炎症（细胞因子风暴），且需要瘤内注射，难以用于深部或转移性肿瘤。

由密歇根大学药学院和德克萨斯大学MD安德森癌症中心领导的研究团队开发了一种新型纳米颗粒疗法，可使癌症免疫疗法更安全、更有效。研究人员称，他们创造了一种有前景的新疗法，名为CRYSTAL（“类晶体STING激活纳米组装体”的缩写），通过设计一种新型纳米颗粒，使其能在血液中安全移动以靶向肿瘤，但不会引发炎症——炎症可能导致一系列负面副作用。

他们的发现（被认为是下一代免疫疗法，并标志着药物设计新思路——即药物的构建方式与其构成材料同样重要）详细发表于《Science》期刊的一篇研究论文中。

该研究聚焦于人体免疫系统识别和摧毁癌细胞的天然工具。一条重要通路称为cGAS-STING，它像一个警报系统，检测危险并触发帮助身体攻击肿瘤的反应。科学家长期以来一直试图利用这条通路并限制其缺点，例如过度刺激免疫系统以及需要直接注射到肿瘤内。

资深作者、密歇根大学药学院J. G. Searle药物科学教授James Moon说：“虽然STING通路非常强大，但在患者体内安全地激活它一直是一个重大挑战。我们想找到一种既能强烈激活免疫系统又不引起有害副作用的方法。”

Moon和同事们通过使用锰（一种天然存在的金属）将小的免疫激活分子组织成微小、高度有序的颗粒，找到了解决方案。然后，他们用脂肪层包裹这些颗粒，使其能够在血液中安全运输。

CRYSTAL以远低于传统方法所需的剂量产生了强烈、持久的免疫激活。这一发现突显了营养元素（在这里是锰）在癌症治疗中的潜力。

研究团队在多种肿瘤模型中测试了这种新型纳米颗粒，包括体内晚期三阴性乳腺癌。临床前研究表明，CRYSTAL纳米颗粒激发了强大的免疫反应，能够缩小或清除肿瘤——即使是大的、晚期的肿瘤——且不会引发其他形式免疫疗法中出现的细胞因子风暴。这种风暴可能导致炎症和体重减轻等副作用。

6.Science论文揭示废水中“突变丰度”比“病毒量”更准——遗传多样性成为新冠疫情预测新利器

DOI: 10.1126/science.aed6094

在新冠疫情期间，废水监测成为追踪病毒传播的重要手段。传统方法主要测量病毒RNA的浓度（即每升废水中病毒拷贝数），但浓度受多种因素干扰：不同感染者排泄病毒量差异大（轻症与重症、有无症状）、病毒在水中降解速率受温度、pH值影响，以及采样和处理过程中的随机误差。这些“噪声”使得浓度与临床病例数的相关性波动较大。遗传多样性（即同一废水中检测到的不同病毒变异的丰富程度）则是另一个维度——当病毒在人群中大量传播时，复制过程中会产生多种突变，废水中的遗传变异数量会显著增加，且这一指标对稀释和降解相对不敏感。

在大流行期间，科学家通过检测废水中的病毒浓度来估算社区感染水平。但这种方法受限于个体排泄差异和环境降解，数据波动大。美国研究团队在《Science》发表的新研究中提出：与其只数病毒“有多少”，不如看病毒“有多杂”，即遗传多样性。分析超过1.2万份新冠废水样本后发现，病毒多样性与每周新增病例数的相关性显著优于浓度，且不受温度、降解等噪声干扰。这一指标有望成为未来呼吸道病毒和肠道病毒（如脊髓灰质炎）监测的更可靠工具。

当病毒在人群中快速传播时，感染者体内以及人与人之间会产生大量随机突变（尤其是RNA病毒复制缺乏校正功能）。这些变异体随粪便排入污水系统，混合在一起，使得废水中检测到的独特序列数量（即多样性）与社区中的活跃传播强度成正比。即使部分病毒在环境中降解，只要还存在足够多的片段用于测序，多样性依然能反映原始传播规模。而浓度绝对值受稀释、降解影响严重，例如一场暴雨就可能使病毒浓度骤降但不改变传播态势。

研究团队将废水多样性指标与美国多个城市的临床报告病例数、住院人数进行对比，发现两者高度同步，且时间上领先约2-5天。更重要的是，当引入可能干扰浓度的变量（如废水流量、温度、降雨量）进行校正后，多样性与临床数据的相关性几乎不变，而浓度指标的相关性显著下降。

7.Science论文揭示植物质子泵的“双激酶开关”：进化保守的磷酸化机制调控光诱导气孔开闭

DOI: 10.1126/science.adx9533

动物细胞主要依靠钠钾泵（Na⁺/K⁺-ATPase）维持跨膜离子梯度，而植物则使用质子泵（PM H⁺-ATPase）——一种将氢离子泵出细胞膜的蛋白质。质子泵产生的质子驱动力不仅是植物吸收矿质营养、调控细胞内pH的关键，还直接控制气孔的开闭。气孔由一对保卫细胞组成，当质子泵被激活时，膜超极化，驱动钾离子内流，保卫细胞吸水膨胀，气孔打开，让二氧化碳进入叶片进行光合作用；反之，质子泵活性降低则气孔关闭。长期以来，科学家知道光可以激活质子泵，但具体的分子开关机制并不清楚。

日本和合作者的最新研究发现，两组名为C5-Raf和C7-Raf的蛋白激酶会像“双人团队”一样协同工作，通过磷酸化修饰激活质子泵，从而控制气孔在光照下的打开。这一机制在从原始地钱到高等开花植物中惊人地保守，为改良作物光合作用和抗旱性提供了新靶点。

植物的质膜H⁺-ATPase（质子泵）利用ATP能量将氢离子泵出细胞，形成跨膜的质子梯度（外酸内碱）。这个梯度是养分吸收、细胞伸长、气孔运动等一系列生命活动的驱动力。气孔保卫细胞中的质子泵尤其重要：当叶片接收光照时，蓝光受体激活信号通路，最终使质子泵磷酸化而活性增强，质子外排导致膜超极化，钾离子通道开放，钾离子内流，水分进入保卫细胞，气孔张开，CO₂进入。

尽管已知质子泵C端苏氨酸（如拟南芥AHA1的Thr881）磷酸化是激活的关键，但哪些激酶负责这一修饰长期不明。本研究发现，两种Raf样激酶——C5-Raf和C7-Raf——必须先形成异源复合物，然后C5-Raf将C7-Raf磷酸化，激活的C7-Raf再去磷酸化质子泵的Thr881。实验证明，缺失任何一种激酶都会导致光诱导气孔开放受阻。更令人惊讶的是，这一机制不仅存在于拟南芥，也存在于与开花植物亲缘关系极远的地钱中——后者在4.5亿年前就已分化。这表明该调控系统在陆地植物进化早期就已建立并高度保守。

8.震惊！Science发文指出半数实验室小鼠模型基因不符预期——UNC开发新报告系统确保遗传准确性

DOI: 10.1126/science.aec3177

实验室小鼠是生物医学研究中最常用的模式生物，通过基因编辑技术（如CRISPR）可以模拟人类疾病或测试新药。然而，小鼠的遗传背景非常复杂，育种过程中可能引入 非预期的突变，或者转基因插入位置不明确。这些遗传偏差会导致实验结果不可重复，浪费大量时间和资源。

北卡罗来纳大学医学院的研究人员检测了数百个实验室小鼠模型，发现约一半的基因组成与预期不符。为此，他们开发了一套全新的“品系遗传质量控制（GQC）报告系统”，向全美乃至全球研究人员公开小鼠模型的遗传验证结果，以提高研究的严谨性和可重复性。

实验室小鼠长期以来一直是生物医学研究不可或缺的工具。它作为人类疾病的标准模型，通常需要对其基因组进行改造以代表特定疾病或理解新疗法的效果。

然而，基于小鼠的研究依赖于模型的准确遗传质量控制。由遗传学家、系主任Fernando Pardo-Manuel de Villena博士及北卡罗来纳大学医学院其他合作者牵头的一项新研究，最近检查了数百个实验室小鼠模型以测试其遗传准确性。

他们的研究结果发表在《Science》期刊上，揭示约一半小鼠模型的基因组成与预期不符。这项研究突显了全球研究中遗传质量控制的重要性。

“我们看到了重大的不一致和较小的错配，”Pardo-Manuel de Villena说，他也是Oliver Smithies研究者。“这很严重。当你的研究缺乏严谨性时，你会对结果失去信心，研究不太可能被重复，你会浪费资源、金钱和动物。”（生物谷Bioon.com）