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大爆發！中國學者同時發6篇Nature

2019-03-01 11:16:46 作者：本網整理來源：南京大學新聞網、中國科學院物理所官網、iNature微信公眾號分享至：

最近幾年，隨著國內科研水平的提高，中國基礎科學研究進步顯著，在很多領域都取得了非常多的研究成果，在國際頂尖學術期刊上中國科學家發表的高水平學術論文也越來越多，包括著名的Nature、Science、Cell等學術期刊。

2019年開年，國內高校和科研機構三大期刊發文表現依然優異。2月28日（今天），Nature更新了最新的科研成果，中國學者實現大爆發，共發表6篇，包括以主要完成單位發表的4篇和參與單位發表的2篇。

值得一提的是，今天，國內外三個課題組同時報道了開發電子拓撲材料目錄這一重要研究成果，而且三個課題組都有國內學者的身影。三個課題組一個來自中國科學院物理研究所的科學家，一個來自南京大學和美國哈佛大學的科學家，還有一個來自美國的普林斯頓大學、西班牙巴斯克大學和德國馬克斯-普朗克研究所的科學家。

南京大學萬賢綱團隊研究成果登Nature

萬賢綱團隊Nature論文

如何尋找一種拓撲材料？以前，在各類材料庫的大海里，一種“魚竿”只能“釣”出一種拓撲材料，“愿者上鉤”；現在，“一張大漁網”就可以一網打盡，效率大大提高。2月28日，國際學術期刊《自然》正刊以《利用對稱性指標進行拓撲材料全面搜索》為題，發表了這一重要研究——南京大學物理學院萬賢綱教授的科研團隊及其哈佛大學合作者，系統地大規模搜索了整個材料數據庫，獲得大量拓撲材料線索，并以此為基礎設立了拓撲材料基因庫。

近年來，拓撲量子態是物理學和材料科學領域的前沿熱點。2016年諾貝爾物理學獎授予了三位科學家，以表彰他們發現物質拓撲相以及在拓撲相變方面作出的理論貢獻。隨著新的拓撲相出現，人們發現，拓撲材料具有常規材料沒有的奇特物性，在電子、信息和半導體技術等方面有很大潛力。

目前，科學家主要通過計算拓撲不變量尋找各種拓撲相，這種方法效率較低，所以已知的拓撲材料數目十分有限。因而，發展新的理論方法，高效尋找理想的、有實用價值的拓撲材料體系有著重要的科學價值和廣闊的應用前景。萬賢綱教授團隊埋首鉆研，終于在搜索拓撲材料這個領域實現突破：基于對稱指標理論，發展了一套新的高效尋找拓撲材料的理論方法。

使用對稱性指標搜索拓撲材料的算法流程圖

萬賢綱介紹，具體來說，就是發展了一套非常高效的預測拓撲材料的方案。中國科學院院士、南京大學教授邢定鈺表示，“這樣高效的方案，很適合對晶體庫進行地毯式搜索，從而得到拓撲材料基因庫。”他認為，拓撲材料基因庫將在未來給實驗物理學家帶來極大便利，將來的研究可以專注于基因庫中的材料，而不必像以前那樣“大海撈針”。

萬賢綱教授和博士生唐峰討論問題

據悉，萬賢綱教授團隊的一系列工作始于2017年8月，最開始計劃去找尋當時非常新穎的高階拓撲絕緣體。根據這一高效尋找拓撲材料的理論方法，萬賢綱教授團隊對所有非磁材料是否拓撲進行分類，發現近50%的材料都是拓撲材料。進而，他們把計算預言的10897種拓撲材料（含費米能級附近有能帶交點的體系）的晶體結構信息及電子能帶放在網站上，供同行參考與研究。他們還挑選了近一千個費米面比較干凈或者能帶交點離費米面較近的體系，預言進一步的研究將很可能從中挖掘出適合實際應用的理想拓撲材料。南京微結構國家實驗室的博士研究生唐峰為第一作者。人工微結構科學與技術協同創新中心的姚舸工程師協助進行大規模計算和建設拓撲材料網站。

“文章中給出的拓撲材料基因庫，有望帶來生機勃勃的后續實驗或進一步理論探索。他們提出的高效拓撲材料搜索方法也適合其他體系，如聲子系統、光子系統、磁性材料等。可以預期，大規模搜索與預測材料將成為凝聚態物理、材料科學的一種趨勢，對相關領域發展將有積極推動作用。”邢定鈺表示。

值得提及的是，在《自然》正刊同期發表的還有中科院物理所一個研究團隊和普林斯頓大學一個研究團隊的相關工作，昭示出在拓撲新材料理論設計方面中國科研團隊的優勢地位。

中科院物理所發Nature，開發電子拓撲材料目錄

記者從中國科學院物理研究所獲悉，該所一組科研團隊開發出一種快速計算晶體材料的拓撲性質的新方法，并用此方法在近4萬種材料中發現了8千余種拓撲材料，十幾倍于過去十幾年間人們找到的拓撲材料的總和，并據此建立了拓撲電子材料的在線數據庫。成果于北京時間28日由國際權威學術期刊《自然》在線發表。

這一成果意義重大。它改變了拓撲量子材料這一研究方向的研究范式，將該方向的重點從“尋找新材料”推進到“研究新材料”。

拓撲量子材料被認為將在超低功耗電子元件的研究和量子信息等領域起到重要基礎作用。因此，如何尋找更多的新拓撲材料也因此成為了國際凝聚態物理領域的重要問題。此前，物理所已進行了一系列探索，并在拓撲絕緣體、量子反常霍爾效應、外爾半金屬等方面做出了重要貢獻。

團隊的通訊作者之一、中科院物理所的方辰研究員介紹，在實驗中直接測量拓撲性質是困難的，因此首先用計算的方法預測材料的拓撲性質，就成為了尋找拓撲材料的重要的一環。然而，在過去的研究中，由于不變量的表達式十分繁難，這一計算往往需要深耕于該領域的專家耗費大量時間精力才能完成。“手動搜索”的局限性，使得人們難以預測絕大部分材料的拓撲性質。

物理所團隊開發出了通過計算材料能帶的對稱性數據從而自動獲得其拓撲不變量的一套完整的、快速的、可以全自動運行的計算流程。在經過該流程之后，任何一種非磁性晶體材料都將獲得一個“拓撲標簽”，寫著它是否具有，以及具有哪些拓撲性質。

大批拓撲量子材料在理論上的發現，改變了拓撲量子材料這一研究方向的研究范式，并給未來的實驗研究提供了很多線索和機會。

物理所成果由該所方辰研究員、翁紅明研究員、方忠研究員等人與中國科學院計算機網絡信息中心聯合完成。

所謂“英雄所見略同”，另有兩個研究小組，也于同一天同一刊物上發表了他們的獨立研究成果。其中一個小組是來自美國的普林斯頓大學、西班牙巴斯克大學和德國馬克斯-普朗克研究所的科學家，另一小組是來自南京大學和美國哈佛大學的科學家。他們兩個小組的工作內容，同樣是通過計算能帶高對稱點的對稱性數據從而得到材料的拓撲性質，方法和物理所研究小組采用的方法一致，三個研究組得到的結果也彼此相洽、相互印證。

北京生命組學研究所賀福初、復旦大學樊嘉等發表一篇Nature

今天凌晨，中國科學家的一項重要成果在英國《自然》雜志在線發表，文章測定了早期肝細胞癌的蛋白質組表達譜和磷酸化蛋白質組圖譜，發現了肝細胞癌精準治療的潛在新靶點。

該文章是由軍事科學院軍事醫學研究院生命組學研究所、國家蛋白質科學中心（北京）、蛋白質組學國家重點實驗室賀福初院士團隊、錢小紅研究員團隊聯合復旦大學附屬中山醫院樊嘉院士團隊、北京大學腫瘤醫院邢寶才教授團隊在早期肝細胞癌蛋白質組研究領城取得的重大科研成果。

文章測定了早期肝細胞癌的蛋白質組表達譜和磷酸化蛋白質組圖譜，發現了肝細胞癌精準治療的潛在新靶點。這是2014年國家科技部全面啟動“中國人類蛋白質組計劃”以來，國家蛋白質科學中心（北京）首席科學家賀福初院士以通訊作者在《自然》雜志發表的第2篇標志性成果。

將早期肝細胞癌患者分成三種蛋白質組亞型

科研人員根據101例早期肝細胞癌及配對癌旁組織樣本的蛋白質組數據，將目前臨床上認為的早期肝細胞癌患者，分成三種蛋白質組亞型，而不同亞型的患者具有不同的預后特征，術后需要對應不同的治療方案。

其中，第一類患者僅需手術，要防止過度治療；第二類患者則需要手術加其他的輔助治療；而第三類患者占比30％，術后發生復發轉移的危險系數最大，是最后的“硬骨頭”。

科研人員發現在第三類患者的蛋白質組數據里，膽固醇代謝通路發生了重編程，其中候選藥靶膽固醇酯化酶的高表達具有最差的預后風險。通過抑制候選藥靶——膽固醇酯化SOAT1，能減少細胞質膜上的膽固醇水平，有效抑制腫瘤細胞的增殖和遷移。

將為發展新型抗癌藥物提供了重要基礎

他們進一步研究發現，SOAT1的一種小分子抑制劑“阿伐麥布”在肝癌患者的人源腫瘤異種移植模型上表現出良好的抗腫瘤效果，表明“阿伐麥布”有望成為治療預后較差肝細胞癌患者的潛在靶向治療藥物。

研究團隊首次發現膽固醇代謝途徑重編程與肝細胞癌之間的直接聯系，證實膽固醇酯化在肝癌發生中的重要意義，借助患者群蛋白質組學海量數據發現膽固醇酯化酶可用于早期肝癌的分型、預后及靶向治療，其蛋白質水平在頭頸癌、胃癌、前列腺癌、腎癌和甲狀腺癌中均和患者的較差預后正相關，為發展新型抗癌藥物提供了重要基礎。

記者獲悉，中國是國際蛋白質組計劃的重要參與者，也是人類肝臟蛋白質組計劃的牽頭實施方，中國科學家在肝細胞癌蛋白質組領城研究取得的這次重大突破，具有廣泛的社會應用價值，是“中國人類蛋白質組計劃”迎來的第一道曙光。

第三軍醫大學西南醫院病理科卞修武院士等發表一篇Nature

T細胞在慢性病毒感染，腫瘤環境中會產生功能障礙（T cell dysfunction），喪失清除感染病原以及腫瘤細胞的能力。另一方面，當T細胞在遭遇自身抗原時行使功能也會發生障礙，對自身抗原不應答，以避免自身免疫反應的發生。

T細胞是通過活化發揮效應或者調控功能，而產生功能性障礙變得耐受（tolerance）、無能（anergy）以及耗竭（exhaustion）是受到免疫應答過程中正向的共刺激信號和負向的共抑制信號所調控的。當負向的共抑制信號占主導時，T細胞就會發生功能性障礙。目前，調控T細胞功能障礙的具體分子機制尚未明確。

2019年2月28日，第三軍醫大學西南醫院病理科卞修武院士和劉新東教授團隊以及清華大學董晨教授團隊的研究人員在Nature上發表了題為Genome-wide analysis identifies NR4A1 as a key mediator of T cell dysfunction的文章，揭示了功能性障礙的T細胞不同于效應性和調控性T細胞的表觀遺傳學修飾以及基因表達特征，并發現轉錄因子NR4A1是誘導T細胞功能障礙發生過程中必不可少的調控因子，該研究成果提示NR4A1可以成為逆轉T細胞功能性障礙，在腫瘤以及慢性感染過程中增強T細胞功能的潛在治療靶點。

溫州醫科大學和華中農大等參與發表一篇Nature

當今研究3D基因組的技術主要是基于空間臨近位點的配對連接，如Hi-C、ChIA-PET等，僅提供群體水平的染色質間的相互作用。雖然single-cell Hi-C可以提供單細胞水平上的染色質相互作用，但會受制于單細胞測序技術的數據稀疏性。

2019年2月28日，來自美國Jackson基因組醫學實驗室的阮一駿團隊發明的一項新技術——ChIA-Drop。該技術采納了最新的微流控（microfluidics）技術，同時結合了染色質相互作用分析（ChIA），以及基于液滴（droplet-based）與編碼標記（barcode-linked）的高通量測序。此技術能夠捕獲到單分子水平的多重染色質相互作用。該項工作以Multiplex chromatin interactions with single-molecule precision“為標題發表在了Nature雜志上。

普林斯頓大學/中科院物理研究所等科研人員發Nature，開發電子拓撲材料目錄

普林斯頓大學/中科院物理研究所Wang Zhijun及普林斯頓大學B. Andrei Bernevig共同通訊發表題為”A complete catalogue of high-quality topological materials“的研究論文，該研究開發代碼來計算26,938個化學計量材料的所有對稱性的所有特征，并找到3,307個拓撲絕緣體，4,078個拓撲半金屬且沒有脆弱相。對于這7,385種材料，研究人員提供電子能帶結構，包括一些電子特性（帶隙和電子數），對稱性指標和其他拓撲信息。

研究結果表明，自然界中超過27％的材料是拓撲學的。該研究提供了一個開源代碼，用于檢查任何材料的拓撲結構，并允許其他研究人員重現該研究的結果。

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責任編輯：韓鑫