2022年生命科学领域十大突破出炉！

▎药明康德内容团队编辑

前段时间，学术经纬邀请读者评选2022年生命科学领域的重要突破TOP 10，它们共同组成了今年生命科学前沿的华彩篇章。接下来，让我们共同回顾这十个定义了2022的科学瞬间。

△图片来源：马里兰大学医学院

今年1月，美国马里兰大学医学院宣布，全球首例猪心脏移植人体的手术在巴尔的摩医院完成。一名严重心力衰竭的57岁男子接受了一颗经过基因编辑的猪心脏。这颗猪心脏移植入人体后生存了近两个月的时间，结合抑制免疫反应的药物，移植的心脏没有表现出明显的免疫排斥迹象。术后43天，患者病情开始出现恶化，最终在移植后第60天离世。研究团队对衰竭的猪心进行了解剖分析，探索了可能导致死亡的原因。

值得一提的是，猪肾脏移植人体手术同样在今年登上医学期刊。这些突破性的异种器官移植手术，显示了基因和生物工程学进展对现代医疗产生的深远影响，有望在不久的将来带来器官移植革命。

△图片来源：David Andrijevic et al., 2022

逆转死亡仍然是科学界的一大复杂谜题。就在今年8月，耶鲁大学的科学家让这一科幻画面朝现实更进一步。研究者设计了一套名为OrganEx的灌注系统，可以为死后的猪提供含有血红蛋白，细胞保护分子的灌注液。尽管身体“主人”已经死亡，但是在OrganEx持续支持的6小时内，本应随时间推移逐渐崩坏的器官却逐渐恢复了活力。许多细胞层面的功能重新被激活，甚至能够检测到心脏的电活动，死亡在此刻得到了逆转。

2019年，这支研究团队就曾设计出一套体外系统，让死亡几小时后的猪脑恢复细胞功能。现在，他们再次模糊了我们对于生死的定义，这项突破也有望延长患者体内器官的寿命，或是延长待移植器官的保存期。

△图片来源：DeepMind

一年前，《科学》网站将“人工智能（AI）准确预测蛋白质结构”评为年度科学突破。2022年，AI又给生物学界带来了更多震撼。今年7月，AI系统AlphaFold预测出超过100万个物种的2.14亿个蛋白质结构，几乎涵盖了地球上所有已知蛋白质，其中大量高精度的结构可用于进一步的分析研究。不久后，另一款AI系统ESMFold预测了超过6亿个蛋白质三维结构，其中包含大量前所未见的结构，这份宏基因组蛋白质结构图谱再次大幅推动人类对蛋白质结构的理解。

当AI学者与结构生物学家联手，AI驱动下的数字生物学进入了全新时代。现在，AI工具可以更加快速、精准地设计功能性蛋白质分子，在全新疫苗、药物与治疗手段开发等领域有着诱人的应用前景。

△图片来源：《科学》封面

2001年，人类基因组草图的诞生翻开了生命“天书”；21年后，国际科研团队“端粒到端粒”联盟公布了迄今最完整的人类参考基因组，写下生命天书的新篇章。这一最新版本包括所有22条常染色体和X染色体的无缝组装，提供了30.55亿对碱基的序列，在过去的基础上增加了近2亿对碱基的遗传信息，同时校正了以往基因组序列中的错误。人类基因组中结构最复杂的一些区域，例如染色体的着丝粒、重复片段等，此次也终于得到完整测序，由此填补了人类基因组图谱中的巨大空白。这项工作被认为是人类基因组测序领域新的里程碑，为我们的DNA蓝图提供了第一份全面视图。

△图片来源：DeepMind

每年，全球有数十万人死于心肌纤维化导致的疾病。现在，一项创新性疗法为心肌纤维化带来了新的希望。来自宾夕法尼亚大学的研究团队利用一次mRNA注射在体内直接实现CAR-T治疗，而无需将细胞从体内取出。相比于传统CAR-T疗法，这一新策略更加可控、T细胞不会持续攻击心肌成纤维细胞。在这项研究中，科学家已经成功修复了患心衰小鼠的心脏功能，朝着更易获取的个体化免疫疗法迈出重要一步。

美国丹娜-法伯癌症研究院的研究团队设计出一种新的癌症疫苗，旨在诱导免疫细胞，靶向多种类型的肿瘤，包括某些耐药的肿瘤。这种通用型癌症疫苗针对的是癌细胞表面普遍表达的应激蛋白MICA和MICB，通过提升MICA/B蛋白的水平，使得T细胞和NK细胞这两种免疫细胞协同攻击癌细胞。在动物模型中，使用该疫苗可以激活有效的肿瘤免疫，显著减少小鼠体内的肿瘤转移，降低癌细胞的生长速度。这种新型疫苗具有广谱性，也就意味着无需根据每个患者来定制疫苗，具有令人期待的临床前景。

△图片来源：Amadei and Handford

今年8月，《自然》杂志报道了一枚奇迹般的胚胎，这枚小鼠胚胎不仅不需要精子与卵细胞，甚至直接在“人工子宫”中生长出来。它还有一个关键的特殊之处在于，这是人工合成胚胎首次拥有了完整的大脑结构。除此之外，在显微镜下，研究团队观察到了神经管、持续跳动的心脏结构、肠管、原始生殖细胞。这枚凝聚了研究团队十余年努力的胚胎，对于未来指导人工合成人体器官、为器官移植提供新的潜在来源有着重要意义。

多能干细胞能够分化为生物体所有功能细胞类型，此前科学家已经能通过两种途径诱导成体细胞回到胚胎发育早期状态，为再生医学的发展奠定了重要基础。今年，北京大学邓宏魁教授团队提出了一种全新的诱导人多能干细胞制备技术：化学重编程。研究者首次使用化学小分子诱导人成体细胞转变为多能干细胞，相比于传统手段，可以实现细胞重编程过程的高度可控，并且规避了传统转基因操作引发的安全问题。这一突破为未来再生医学治疗重大疾病带来新的可能性。

基于英国的“十万基因组计划”，剑桥大学领衔的科研团队今年发表了迄今为止样本规模最大的一项癌症全基因组测序研究。12000多名癌症患者的全基因组序列，提供了每个患者的DNA上所有可能导致癌变的变化。在十几种不同类型的肿瘤中，研究人员为每种类型创建了常见突变特征与罕见突变特征的概念，并且识别出数十种过去未知的肿瘤突变特征。这项突破进一步扩宽人们对癌症发病原因的认识，为未来的个体化治疗方法提供指导。

△图片来源：斯坦福大学

借助人类诱导多能干细胞和3D培养技术，今年10月《自然》杂志的一项研究将体外构建出的大脑类器官移植到了幼年大鼠的皮层。令人惊讶的是，类器官可以与大鼠的大脑一同发育、成熟，这些类器官会逐渐发展出血管，为自己的发育提供营养。甚至类器官中会出现一些原本不存在的细胞类型，像小胶质细胞这种特异的免疫细胞会逐渐浸润到类器官中。这些现象都表明，人类的类脑器官已经和大鼠的大脑形成功能连接，融为一体了。这项突破将类器官研究推向了一个全新的高度。

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