科研进展--中国科学院广州分院

广州地化所汪程远、徐义刚等 SA：嫦娥六号样品揭示月球年轻（<30亿年）火山活动的源区特征与热驱动力

传统观点认为，月球在约30亿年前就停止了火山活动，但嫦娥五号和六号分别带回了20亿年和28亿年前的玄武岩，证明月球"休眠"时间比想象中晚得多。这一新发现引出了一个重要的问题，究竟是什么样的热动力机制维持着月球的活力？对此，中国科学院广州地球化学研究所月球科学研究团队的汪程远副研究员、徐义刚院士等，联合广州地化所-香港大学化学地球动力学联合实验室的钱煜奇博士等，对嫦娥六号样品展开了详细的研究，为回答这一问题提供了新的视角。图1. 嫦娥六号着陆区地质图及嫦娥六号玄武岩Mg#-TiO2成分与阿波罗玄武岩的对比‌ 研究团队在嫦娥六号样品中发现了两种不同类型的火山岩：分别形成于着陆区东侧的29亿年前的超低钛玄武岩和位于着陆区的28亿年前的低钛玄武岩（图1）。它们虽然形成时间接近，但成分和源区深度差异显著（图2）。前者的源区略深（约120公里），不含钛铁矿；‌后者源自浅部（60-80公里）月幔，含少量钛铁矿。通过高温高压实验和微量元素模拟计算（图3），发现它们的源区分别对应月球早期岩浆洋结晶形成的含钛铁矿辉石岩（IBC）和辉石岩层。令人意外的是，本应沉入月球深部的IBC竟仍存在于浅部月幔，且受到了SPA大撞击的影响。图2. 嫦娥六号玄武岩起源温度和压力条件图3. 微量元素比值Ta/Nd-Zr/Nb模拟嫦娥六号玄武岩源区矿物组合传统理论认为，月球火山活动可能由富水或KREEP（一种富含放射性生热元素的物质）的源区驱动，但嫦娥五号和六号样品均排除了这两种可能：它们的源区贫水且亏损放射性成因同位素。基于嫦娥六号两类玄武岩的对比研究，研究团队提出了全新的机制（图4）：考虑到月球冷却过程中岩石圈逐渐加厚，岩浆很难到达月表而是底垫在具有不同流变性质的岩层中间。一般认为，岩石圈底部是具有不同流变性质的分界层，然而，热传导模拟表明，即使是高速的岩浆底侵到岩石圈底部，仍很难引发浅部IBC的熔融。因此，研究团队进一步提出，岩石圈内部IBC和下方橄榄岩之间可能是一个被忽视的分界层。热传导模拟显示，底垫到这个分界层的岩浆可以向上加热引发IBC熔融。图4. A. 月球早期（>30亿年）火山活动的多种热动力机制；B. 月球晚期（<30亿年）火山活动的浅部热动力机制；C. 遥感观测揭示的月球火山成分随时间的变化为进一步证明该机制可以适用于全月球火山，研究团队利用遥感数据分析了月球火山活动的成分随时间的变化，发现~30亿年可能是‌月球内部热动力的转折点（图4C）：30亿年前的玄武岩成分变化没有规律，表明其热动力机制是多源且复杂的（如KREEP、潮汐加热、撞击等）。30亿年之后，热驱动力变得单一，自下而上的的热传输机制占据主导。由于IBC层的流变学阻挡作用，深部来源的岩浆不能喷出月表。底垫岩浆的热传导致使年轻月球火山活动的源区集中在浅部月幔。此外，由于月幔结构上可能的二分性（正面的IBC相对背面可能具有更多的钛铁矿），使得正背面的年轻火山成分上也出现差异：正面以嫦娥五号玄武岩类型为主导，而背面则以嫦娥六号超低钛玄武岩类型的火山活动为主。该研究近期于近期发表在《科学进展》杂志上，研究主要受中国科学院院长基金，中国科学院广州地球化学研究所所长基金，以及香港研究资助局和中国科学院联合实验室等项目的资助。论文信息：Chengyuan Wang （汪程远）,Yuqi Qian（钱煜奇）,Jintuan Wang（王锦团）,Liang Liu（刘亮）,Le Zhang（张乐）,Zhiming Chen（陈志铭）,Jingyou Chen（陈景有）,Guanhong Zhu（朱冠虹）,Xianglin Tu（涂湘林）,Zexian Cui（崔泽贤）,Qing Yang（杨晴）,Yan-Qiang Zhang（张彦强）,Pengli He（贺鹏丽）,Yonghua Cao（曹永华）,Haiyang Xian（鲜海洋）,James W. Head III, Yi-Gang Xu*（徐义刚）,The source and thermal driver of young (<3.0 Ga) lunar volcanism. Science Advances

2025-08-26

广州地化所陈景有、张乐、徐义刚等-NA：嫦娥六号月壤揭示月球阿波罗盆地形成于约41.6亿年前，定位太阳系撞击历史关键锚点

月球形成初期曾经历剧烈的小天体撞击事件，其表面广泛分布的巨型撞击盆地（直径超过300公里）是最直观的地质记录。这些巨型撞击盆地集中形成的时期被称为月球晚期重轰击（Late Heavy Bombardment，LHB），其本质反映了月球撞击通量的变化。关于LHB期间月球撞击通量的变化，学术界长期存在两种对立的观点：1、撞击通量自月球形成后呈现持续缓慢下降的趋势； 2、撞击通量在距今约38–40亿年内突然升高。导致这一争议的主要原因是月球的大多数撞击盆地缺乏精确的放射性同位素年龄的约束。嫦娥六号采样点所在的阿波罗（Apollo）盆地直径约540公里，作为月球南极-艾特肯（SPA）盆地内最大的次级撞击构造，其形成年龄可能标志着LHB的启动时间。因此，精确测定该盆地的形成年龄成为破解LHB之谜的关键。图1 嫦娥六号月壤中识别出的三颗KREEP岩屑撞击熔融岩石（impact melt rock）是月球岩石遭受撞击时产生的高温熔体冷却结晶而形成的一类特殊月球岩石，被视为记录月球撞击历史最理想的“地质时钟”。通过对这类岩石的精细年代学研究，有望获得Apollo盆地的形成时代。中国科学院广州地球化学研究所月球样品研究小组陈景有博士后、张乐高级工程师等在徐义刚院士指导下，联合大湾区研究团队（中山大学肖智勇教授和香港大学钱煜奇博士）以及国外合作者，从3.5 g嫦娥六号月壤样中识别出三颗撞击熔融岩屑（图1）。这些岩石碎屑(150-350微米）具细粒嵌晶-斑状结构、高Co/Ni（11.2–14.6）铁镍金属以及矿物组合不一致的冷却速率等特征，且显著富集不相容元素（图2a-c），其Sr同位素符合KREEP（泛指富集钾元素、稀土元素，磷元素及其他不相容元素组分的月球岩石）岩石演化的特征（图2d）。因此本次发现的这三颗岩屑为富KREEP撞击熔融岩石。图2 三颗撞击熔融岩屑的微量元素成分以及Sr同位素组成。研究团队利用离子探针技术分析了两颗岩屑中的含锆矿物、磷酸盐矿物以及其他硅酸盐矿物，得到了具有非常一致的Pb-Pb年龄，分别为4164±7 Ma和 4184±40 Ma，平均加权年龄为41.6 亿年，很可能对应于一次大规模撞击事件的发生时间。图3 最左侧Pb-Pb等时线年龄。考虑到嫦娥六号采样点位于南极-艾特肯（SPA）盆地中的阿波罗盆地内，上述获得的撞击年龄最有可能记录的是SPA或者阿波罗盆地的形成时代。然而现有的样品分析和撞击坑统计研究表明，SPA盆地的形成年龄早于42亿年前。因此，本研究分析的较年轻的撞击熔体碎屑（~4.16 Ga）最有可能记录的是阿波罗盆地的形成年龄。三颗岩屑的KREEP特征指示它们是阿波罗撞击盆地形成的产物。SPA撞击盆地内部的KREEP物质被认为有三种可能的来源：1、雨海盆地撞击对跖点溅射；2、SPA撞击事件本身挖掘出的深部月球岩浆洋残余物（urKREEP）；3、SPA撞击熔融池的分异产物。本研究获得的撞击年龄（4.16 Ga）显著老于雨海盆地的年龄（~3.9 Ga），并年轻于预计的SPA年龄，因而排除了第一和第二种来源。热化学模型的结果显示SPA撞击熔融池可能经历了类似月球岩浆洋的结晶过程，导致晚期分异残余物具有类似KREEP地球化学特征。地形地貌观测表明，在阿波罗盆地形成以前，部分SPA撞击熔融池分异的KREEP物质已分布在Apollo盆地区域（图4a）。因此，在阿波罗盆地形成时，该区域之前分布的KREEP物质将无可避免地被改造，形成新的具有KREEP属性的撞击熔体。最后，由Chaffee S撞击事件将阿波罗撞击产生的富KREEP岩石输送至嫦娥六号着陆区（图4b）。图4 嫦娥六号月壤样品中富KREEP撞击熔融岩石成因模式图。综合遥感数据、地球化学数据、岩石学特征和着陆区地质背景等多方面的信息，本项工作证实了阿波罗盆地形成于距今约41.6亿年前，这一发现对于理解太阳系晚期重轰击（LHB）事件具有两点新的指示意义。第一，基于撞击坑频率统计的结果表明，阿波罗盆地的形成年龄略晚于酒海（Nectaris）盆地的形成年龄（图5）。由于酒海盆地常被用作LHB事件的起始标志，这一结果将LHB的起始时间进一步约束至早于41.6亿年。第二，撞击通量的分析揭示LHB期间撞击通量呈缓慢衰减，不支持灾变式（38-40亿年间撞击通量激增）的LHB。图5 晚期重轰击（LHB）期间月球撞击通量的变化模式图项目资助：本工作得到了中国科学院、中国科学院广州地球化学研究所月球研究项目和中国科学院与香港地区“化学地球动力学联合实验室”等的资助。论文信息：中国科学院广州地球化学研究所徐义刚院士研究团队，联合粤港澳大湾区科研力量（中山大学、香港大学）及国际合作学者（英国曼彻斯特大学、美国布朗大学和圣母大学），通过对嫦娥六号返回样品中撞击熔融岩屑的系统分析，成功确定了嫦娥六号采样点所在的阿波罗盆地形成于距今约41.6亿年前，为揭示太阳系早期撞击历史提供了关键的时间锚点。研究成果以“KREEP-like lithologies in the South Pole-Aitken basin reworked by the Apollo basin impact at 4.16 Ga”为题，于北京时间2025年8月20日星在线发表于Nature Astronomy。论文共同第一作者为中国科学院广州地球化学研究所陈景有博士后和张乐高级工程师，通讯作者为徐义刚院士。

2025-08-20

广州地化所黄永胜、吴国济等-GCA+CMP：高温高压实验限定俯冲带蛇纹岩碳酸盐化对全球深部碳循环的影响

碳(C)元素在地球表层与深部圈层之间的迁移与再循环过程对全球气候变化和地球宜居性演变具有重要调控作用。俯冲带是地球深部C循环的关键构造单元。通过俯冲作用，板片将沉积有机C、蚀变洋壳和岩石圈地幔中的无机C输入地球内部；与此同时，深部变质脱水/部分熔融产生的富C流体和熔体又将C通过火山/热液活动等方式返回地表系统。这一动态循环过程中，含CO2流体与镁铁质-超镁铁质岩系发生广泛的水–岩反应，促使C以稳定的碳酸盐矿物相（如菱镁矿、白云石等）在俯冲带中沉淀固定。近年来，多学科交叉研究（包括：高压–超高压岩石学观察、高温高压实验模拟和大地电磁及地震波速探测）共同揭示，俯冲带不同深度普遍发育的碳酸盐化蛇纹岩可能是深部C循环的重要"储库"与"中转站"。特别是，蛇纹岩在H2O–CO2–NaCl多组分流体体系中的碳酸盐化反应，通过控制C的溶解–沉淀平衡，深刻影响着俯冲带C通量的空间分配与时间演化。然而，该过程对全球深部C循环的定量贡献仍存在三个关键科学问题亟待解决：(1)反应动力学参数的精确限定；(2)不同温压条件下的C固定效率；(3)俯冲带C收支的评估。为系统揭示蛇纹岩碳酸盐化的动力学特征与反应平衡状态，本研究设计了两组系统的实验： 1) 在140–180 MPa、300–500 °C条件下，定量限定H2O–CO2–NaCl流体体系中蛇纹岩碳酸盐化速率，并评估板片弯曲断层区域的C封存潜力； 2) 在1.0–3.0 GPa、300–800 °C条件下，测定H2O–CO2–NaCl流体体系中蛇纹岩碳酸盐化反应程度，量化弧前蛇纹岩化地幔楔的C固定能力。实验结果显示：蛇纹岩碳酸盐化速率及反应程度与流体盐度呈负相关，而与温度、压力及XCO2呈正相关关系。基于本实验数据与前人研究成果，我们建立了蛇纹岩碳酸盐化动力学参数的经验公式。模型计算表明：(1)全球俯冲带弯曲断层中，蛇纹岩碳酸盐化作用每年可向地幔输送7.3–28.5 Mt C，相应蛇纹岩消耗量 < 1 vol% (图1)；(2)在15–80 km深度范围内，49–76%板片释放的C可被地幔楔蛇纹岩碳酸盐化作用固定，形成每年0.02–4.17 Mt的C封存量，蛇纹岩消耗比例为0.1–10 vol% (图2)。这些定量约束为建立俯冲带C收支平衡模型提供了关键的实验约束。本研究成果由中国科学院广州地球化学研究所黄永胜副研究员团队主导，联合日本东北大学(奥村聪副教授、辻森樹教授等)及德国拜罗伊特大学(李元研究员)共同完成。系列成果已发表于矿物岩石学与地球化学领域权威期刊《Contributions to Mineralogy and Petrology》和《Geochimica et Cosmochimica Acta》。论文信息：Yongsheng Huang*; Satoshi Okumura; Kazuhisa Matsumoto; Naoko Takahashi; Hong Tang; Guoji Wu; Tatsuki Tsujimori; Michihiko Nakamura; Atsushi Okamoto; Yuan Li. 2024. Experimental constraints on serpentinite carbonation in the presence of a H2O–CO2–NaCl fluid. Contributions to Mineralogy and Petrology 179,98. DOI: 10.1007/s00410-024-02175-4论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s00410-024-02175-4#Sec8论文信息：Guoji Wu; Yongsheng Huang*; Michihiko Nakamura; Tatsuki Tsujimori; Yuan Li. 2025. Sequestration of carbon in the forearc mantle wedge. Geochimica et Cosmochimica Acta. DOI: 10.1016/j.gca.2025.07.002论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.07.002图1. 俯冲板片弯曲断层中的蛇纹石碳酸盐化 (Huang et al.,2024 CMP)图2. 俯冲带弧前地幔楔中的蛇纹岩碳酸盐化 (Wu et al.,2025 GCA)

2025-08-18

南海海洋所 | 马尾藻场碳汇研究取得重要进展

近日，中国科学院南海海洋研究所胡超群研究员团队在大型海藻惰性溶解有机碳（RDOC）形成机制及其碳封存能力精确测算方面取得重要进展。研究成果以“Accurate Accounting and Molecular Composition Analysis Reveal Sargassum Beds as a Major Marine Carbon Sequestration”为题发表于国际著名期刊Environmental Science & Technology（《环境科学与技术》），并被选为封面文章。硕士研究生余宿中及其导师研究员任春华、广西科学院研究员姜发军为论文共同第一作者，研究员胡超群和研究员陈廷为共同通讯作者。温室气体的持续排放加剧了全球气候变暖，海洋碳汇因其巨大的碳封存潜力，被视为缓解气候变化的重要负碳排放途径。长期以来，大型海藻生态系统因其碳汇机制研究有限和碳汇贡献量化困难而未被纳入海洋碳汇的评估范畴。研究团队以涠洲岛马尾藻场为研究对象，采用野外监测与室内实验相结合的方法，调查了马尾藻整个生命周期内的生物量变化，首次开展了南海马尾藻场RDOC形成机制及其碳封存能力研究。结果表明：RDOC是海洋长期碳封存的重要载体，马尾藻通过自身代谢及微生物作用可向海域输送RDOC，其中马尾藻的代谢活动在RDOC形成过程中占据主导地位。马尾藻通过代谢活动向水体释放的溶解有机碳（DOC）约占藻体碳储量的17.95%，其中高达64.29%的DOC最终转化为RDOC。同时，研究建立了精准的马尾藻RDOC碳封存量的估算方法，估算出涠洲岛马尾藻场RDOC的碳封存量约为 9.17 g C·m⁻²·yr⁻¹，并借助傅里叶变换离子回旋共振质谱技术（FT-ICR MS）与三维荧光光谱技术（EEMs）在分子层面上进一步揭示了马尾藻释放的DOC成分及其稳定性。研究结果不仅揭示了大型海藻在碳封存中所起的重要作用，而且为大型海藻碳封存的定量评估提供了新的思路与方法。该研究得到了国家重点研发计划课题和广西科学院创新团队启动资助项目资助。相关论文信息：Yu SZ#,Ren CH#,Jiang FJ#,Jiang X,Zhuang JL,Pan WJ,Qin Z,Huo D,Tu YK,Liu Y,Wang X,Liang JX,Chen T*,Hu CQ*. Accurate accounting and molecular composition analysis reveal Sargassum beds as a major marine carbon sequestration. Environ Sci Technol 2025 59: 16985-96.原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c02913图1 Environmental Science & Technology封面论文图2 马尾藻碳汇的精确测量与分子组分分析

2025-08-22

深圳先进院 | 工程化生物纤维素止血敷料赋能烧伤创面治疗（Advanced Materials）

近日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室、合成生物学研究所材料合成生物学研究中心钟超团队，联合上海交通大学医学院附属瑞金医院烧伤整形科刘琰团队，在国际学术期刊Advanced Materials发表题为“Thrombin-Anchored Bacterial Cellulose Dressing for Advanced Burn Wound Care”的研究论文。近日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室、合成生物学研究所材料合成生物学研究中心钟超团队，联合上海交通大学医学院附属瑞金医院烧伤整形科刘琰团队，在国际学术期刊Advanced Materials发表题为“Thrombin-Anchored Bacterial Cellulose Dressing for Advanced Burn Wound Care”的研究论文。该研究基于纤维素结合结构域（CBD）的非共价桥连机制，成功将重组人源凝血酶固定于生物纤维素基体上，构建出兼具止血与促愈合功能的一体化敷料（T-BC）。该材料在烧伤创面护理中表现出优异的生物性能和组织修复能力，为严重创伤管理提供了新的材料策略，并展现出良好的临床转化潜力。在临床烧伤创伤治疗中，早期削痂术是清除坏死组织、减轻炎症反应并改善愈合效果的关键干预措施。然而，该手术通常伴随明显的术区出血。若止血控制不充分，不仅会增加继发感染风险，还可能延缓创面修复进程，影响患者康复。当前临床常用的止血方式存在显著局限：电凝止血虽可有效控制出血，但其热损伤效应易对周围健康组织造成二次损伤，且处理过程需逐点操作，效率较低；而商用止血剂在换药时易出现再出血、贴附性差、机械强度不足等问题。这些挑战凸显出对兼具快速止血与良好生物相容性的新型创面修复材料的迫切需求。在众多材料中，生物纤维素（BC）因其高度可控的纳米网状结构、优异的机械强度、良好的透气性与生物相容性，被广泛视为理想的创面敷料基材。该材料是由康普茶菌Komagataeibacter rhaeticus在培养基的气-液界面自然生成的湿膜，其不引起免疫排斥反应，有助于维持湿润微环境，促进细胞迁移与组织再生。然而，BC本身缺乏主动的生物功能，如止血活性，这限制了其在复杂创面中的应用。凝血酶作为止血级联反应中的关键酶，不仅可迅速催化纤维蛋白原生成纤维蛋白形成血凝块，还能通过与细胞表面受体相互作用参与调控伤口愈合过程。但天然凝血酶在创面使用时常因易被体液降解、局部停留时间短、粘附性差等问题而疗效受限。针对上述问题，本研究创新性地设计并构建了人源凝血酶与纤维素结合域（CBD）的融合蛋白，通过简单浸泡方式将其锚定至BC膜表面，成功制备出具备协同功能的T-BC敷料。该策略基于分子识别机制进行酶固定化，无需有机溶剂或复杂化学修饰，兼顾绿色、安全与工艺可行性。制备所得的T-BC复合敷料在保留BC原有结构和保湿优势的基础上，实现了快速且持久的止血性能，为烧伤创面修复提供了一种新型、高效且具临床转化潜力的材料解决方案（图1）。在初步实验中，研究团队首先筛选获得了能够与生物纤维素高效、稳定结合的纤维素结合结构域（CBD），并将其与人凝血酶原-2构建为融合蛋白进行表达。该融合蛋白经蛇毒酶Ecarin激活后成功转化为具有完整酶活性的CBD-凝血酶，并在体外实验中表现出显著的促凝血功能，能够快速诱导血液凝固。进一步通过大鼠肝脏切口模型验证了该策略的止血效果：CBD-凝血酶与BC基质的稳定结合将BC转化为具有生物活性的功能性止血敷料，可在1分钟内实现快速止血（图2），表现出优越的即时止血能力。此外，研究系统开展了T-BC敷料的细胞毒性、溶血活性与组织相容性评价，相关结果表明该材料具有良好的生物安全性，支持其在临床烧伤创面修复中的应用。在模拟深Ⅱ度烧伤削痂创面的大鼠模型中，T-BC敷料展现出显著的促愈合效果。治疗组在第5天的创面闭合率明显高于未处理组，表明该材料可有效加速创面愈合进程（图3）。进一步的转录组学分析显示，T-BC能够调控多条与血管新生、炎症消退和细胞外基质重塑相关的信号通路，提示其在多阶段创面修复过程中发挥协同作用。这一分子层面的调控作用亦得到了细胞水平和组织学结果的佐证，验证了T-BC在创面微环境中长期稳定存在的基础上，兼具止血与组织再生的双重功能。综上所述，T-BC敷料有效填补了烧伤创面护理中的关键技术空白，兼具快速止血与加速组织再生的双重功能，显著改善了创面修复效率并有望提升患者整体预后表现。通过蛋白功能模块—碳水化合物结合域—碳水化合物基质的可编程构建策略，该平台兼顾材料的模块化设计、生物功能性与临床相关性，为未来在急性创伤及慢性难愈性伤口治疗中的应用提供了广阔前景和发展潜力。中国科学院深圳先进技术研究院研究员钟超、副研究员安柏霖和上海交通大学医学院附属瑞金医院刘琰主任为本文的通讯作者。深圳先进技术研究院科研助理王瑶敏和瑞金医院主治医师杨沛瑯为本文共同第一作者。中国科学院深圳先进技术研究院副研究员王艳怡在本研究过程中提供了重要指导与支持。本研究得到了国家重点研发计划、深圳市医学研究专项资金、国家杰出青年科学基金、深圳市科技计划项目、国家自然科学基金以及深圳合成生物学创新研究院等项目的资助。同时，本研究感谢材料合成生物学研究中心仪器分析平台，以及深圳合成生物研究重大科技基础设施在本研究中提供的技术支持。文章上线截图图1 | T-BC敷料在创面治疗中的作用机制图2 | T-BC止血敷料的体外及体内性能评估图3 | 大鼠削痂创面模型中止血促愈效果评估原文链接

2025-07-28

深圳先进院｜微重力对卵母细胞减数分裂进程影响研究取得新突破（Advanced Science）

近日，中国科学院深圳先进技术研究院生物医药与技术研究所能量代谢与生殖研究中心张键团队与雷晓华团队合作，在微重力环境下卵母细胞减数分裂损伤的研究方面取得了新进展。该研究团队利用旋转细胞培养系统构建模拟微重力（SMG）模型，系统评估小鼠卵母细胞在SMG环境下的减数分裂动态与能量代谢等，为空间卵母细胞减数分裂损伤机制与干预手段提供了新的见解。绝大多数关于哺乳动物卵母细胞发育的实验数据，皆源于地球标准重力（1g）条件下。然而，随着载人航天任务的推进，微重力对生殖系统的潜在干扰正日益引起关注。已有研究表明，微重力可显著改变细胞骨架与能量代谢等。因此，对高度依赖结构稳定与精密能量调控的卵母细胞而言，其反应可能更为剧烈。尽管在20世纪90年代已实现非洲爪蟾（Xenopus laevis）和青鳉鱼（Oryzias latipes）的太空繁殖，哺乳动物却尚未完成从交配到分娩的全过程。哺乳动物卵母细胞异常高的非整倍性发生率提示其在太空环境中可能面临独特挑战。然而，这种高敏感性是否限制了哺乳动物在太空中的正常繁殖，这一问题目前仍缺乏相关研究。近日，中国科学院深圳先进技术研究院生物医药与技术研究所能量代谢与生殖研究中心张键团队与雷晓华团队合作，在微重力环境下卵母细胞减数分裂损伤的研究方面取得了新进展。该研究团队利用旋转细胞培养系统构建模拟微重力（SMG）模型，系统评估小鼠卵母细胞在SMG环境下的减数分裂动态与能量代谢等，为空间卵母细胞减数分裂损伤机制与干预手段提供了新的见解。相关成果以“The Critical Role of Enhanced OXPHOS and Mitochondrial Hyperpolarization in Simulated Microgravity-Induced Oocyte Maturation Arrest”发表于Advanced Science上。该研究显示SMG诱导小鼠卵母细胞独特的能量代谢损伤，表现为增加的氧化磷酸化（OXPHOS）与线粒体膜电位超极化，这不同于卵母细胞在常规重力下其他暴露所引起的能量代谢损伤，表明微重力与卵母细胞两者的特殊性。与此同时，SMG加速减数分裂进程，但延迟了微管组装中心（MTOC）融合，最终引起卵母细胞成熟阻滞。该研究针对加速的减数分裂进程，使用了后期促进复合体抑制剂（APCin）进行分裂期延长。结果表明延长分裂期改善了纺锤体组装与MTOC融合，最终恢复SMG下卵母细胞第一极体（PB1）排放情况。该研究为微重力下卵母细胞成熟与空间雌性生殖提供了理论依据，并为未来开发空间生殖干预提供了潜在方案。中国科学院深圳先进技术研究院医药所能量代谢与生殖研究中心主任张键研究员、雷晓华研究员与杨雅莉助理研究员为该论文通讯作者，张键研究员团队的葛磊博士为第一作者。该研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳市医学研究专项资金、深圳市科技创新局、深圳市代谢健康重点实验室、深圳市代谢与生殖靶向投递技术概念验证中心、深圳中欧创新医药与健康研究中心等支持。模拟微重力损伤小鼠卵母细胞成熟机制与干预方案图论文链接

2025-07-21

深圳先进院 | 突破血脑屏障，细胞膜工程仿生纳米生物技术为脑病治疗开辟新路径（Journal of Nanobiotechnology）

血脑屏障（BBB）作为保护大脑的关键防线，却如同“天堑”般阻碍了超过98%的治疗药物（包括生物大分子、抗体及纳米药物）进入中枢神经系统（CNS），使得阿尔茨海默病、帕金森病、脑胶质瘤、脑卒中等重大脑部疾病的治疗面临巨大挑战。如何安全、高效、可控地突破BBB，实现药物精准递送，是全球脑科学与脑疾病研究领域的核心难题之一。血脑屏障（BBB）作为保护大脑的关键防线，却如同“天堑”般阻碍了超过98%的治疗药物（包括生物大分子、抗体及纳米药物）进入中枢神经系统（CNS），使得阿尔茨海默病、帕金森病、脑胶质瘤、脑卒中等重大脑部疾病的治疗面临巨大挑战。如何安全、高效、可控地突破BBB，实现药物精准递送，是全球脑科学与脑疾病研究领域的核心难题之一。近日，中国科学院深圳先进技术研究院医学成像科学与技术系统全国重点实验室、医工所先进探测材料与医学成像器件研究中心盛宗海研究员团队对细胞膜工程仿生纳米技术在跨血脑屏障药物递送治疗CNS疾病的最新进展进行了系统性综述。相关研究成果以"Recent advances of engineering cell membranes for nanomedicine delivery across the blood-brain barrier"为题，发表在国际知名期刊Journal of Nanobiotechnology上。本综述系统梳理并重点评述了近年来迅速发展的细胞膜工程化纳米颗粒（Cell membrane-engineered nanoparticles,CNPs）技术。该技术的核心在于利用天然细胞膜（如红细胞、血小板、肿瘤细胞、白细胞等）包裹人工合成的纳米颗粒内核，创造性地赋予纳米载体“生物身份”。“天然通行证”与“智能钥匙”结合源自不同细胞的膜结构天然携带特定功能蛋白（如红细胞膜的CD47赋予免疫逃逸能力，白细胞膜上的整合素介导炎症靶向），使CNPs能更有效地规避免疫清除，并利用细胞自身的生物识别机制穿越BBB。研究团队特别强调，通过进一步工程化修饰（如搭载靶向肽“CDX”、RGD、Angiopep-2等），可显著提升CNPs的BBB穿透效率和病灶靶向精度。“按需取材”，各显神通综述详细对比了不同细胞源CNPs的特性：红细胞膜CNPs(RBCNPs)的长循环优势显著，但靶向性不足，需依赖配体修饰提升脑部递送效率，在胶质瘤和阿尔茨海默病模型中效果突出。血小板膜CNPs (PCNPs)天然靶向血管损伤和炎症部位，在缺血性脑卒中治疗和术后残余胶质瘤抑制方面展现出独特潜力。肿瘤细胞膜CNPs (CCNPs)具备同源靶向能力，可有效归巢至脑肿瘤，并已成功应用于影像引导的光热治疗和手术切除。白细胞膜CNPs，包括巨噬细胞、中性粒细胞、自然杀伤细胞等膜赋予纳米颗粒强大的炎症趋化能力和免疫调节功能，在胶质瘤和神经炎症性疾病治疗中前景广阔。而杂化膜CNPs通过融合不同细胞膜优势（如红细胞膜延长循环+肿瘤细胞膜增强靶向），克服了单一膜在药物递送中的局限性。临床转化：机遇与挑战并存尽管CNPs在临床前研究中展现出令人振奋的成果，作者指出，其迈向临床应用仍面临多重挑战：规模化生产与质控：当前CNPs制备（如物理挤压、超声、微流控）多处于实验室规模，难以满足GMP要求。大规模生产中的批次间一致性、膜蛋白活性维持及长期储存稳定性是瓶颈。膜源选择与免疫相容性：动物源或细胞系来源的膜存在免疫原性风险；自体人源细胞（如患者血液或肿瘤细胞）是理想选择，但获取困难、成本高昂且涉及伦理。基因工程改造细胞（如敲除免疫原性表位、引入人源CD47）是颇具前景的解决方案。个性化治疗与监管：基于患者自身细胞的“个性化CNPs”极具吸引力，但其长期安全性、药代动力学评估体系尚不完善。CNPs兼具生物材料和纳米药物的双重属性，现有监管框架需针对性调整。人工智能：加速CNPs研发的“催化剂”展望未来，论文特别强调了人工智能（AI）在推动CNPs临床转化中的革命性作用。AI模型（如Augur）可高效预测具有BBB穿透能力的多肽，指导CNPs表面配体的理性设计，加速高性能载体开发。同时，基于纳米定量构效关系（nano-QSAR）等AI模型，可提前评估CNPs的生物相容性，并进行毒性预测，实现“安全设计”。另外，AI驱动的先进成像与数据分析技术（如SCP-Nano），能在单细胞分辨率上精准描绘CNPs在体内的分布、代谢及作用机制，为优化递送策略提供关键依据。中国科学院深圳先进技术研究院盛宗海研究员为通讯作者，中国科学院深圳先进技术研究院博士后原盛楠为第一作者，南京大学王毅庆教授和Christopher J. Butch教授给予了大力支持。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市医学研究基金等多个项目的资助。图1：文章在线截图图2：CNP的取材及制备流程图3：红细胞膜CNPs跨血脑屏障递送药物机制示意图图4：人工智能（AI）辅助解决CNP临床转化挑战文章链接

2025-07-22

深圳先进院 | 阐述蛋白靶向降解减毒活疫苗策略（Nature Reviews Immunology）

7月24日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室、合成生物学研究所司龙龙团队在Nature Reviews Immunology杂志在线发表了题为“Live vaccine development through targeted protein degradation（通过蛋白靶向降解开发活疫苗）”的评述文章，阐述了该团队建立的蛋白靶向降解（Proteolysis-Targeting, PROTAR）减毒活疫苗策略，并展望了其未来的拓展与应用，为新一代活疫苗研发提供了新思路。疫苗接种是预防病毒感染的最经济有效的手段之一。其中，减毒活疫苗是一种重要的疫苗研发策略，其通过控制病毒复制来削弱病毒的毒力，从而降低致病性。这类疫苗能够保留病毒全部抗原并维持其天然构象，可激发强烈的黏膜免疫、体液免疫和细胞免疫反应。此外，减毒活疫苗可通过病毒自然感染途径接种，支持无针接种方式（如呼吸道病毒减毒活疫苗可通过鼻喷方式接种）。然而，如何实现安全和高效免疫的平衡兼容，是减毒活疫苗研制面临的关键科学问题之一：减毒不足则可能带来安全隐患，而过度减毒可能会降低免疫原性。7月24日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室、合成生物学研究所司龙龙团队在Nature Reviews Immunology杂志在线发表了题为“Live vaccine development through targeted protein degradation（通过蛋白靶向降解开发活疫苗）”的评述文章，阐述了该团队建立的蛋白靶向降解（Proteolysis-Targeting,PROTAR）减毒活疫苗策略，并展望了其未来的拓展与应用，为新一代活疫苗研发提供了新思路。01 PROTAR减毒活疫苗策略原理PROTAR减毒活疫苗策略利用宿主细胞中的蛋白质降解机器“泛素-蛋白酶体系统”，操控病毒蛋白的稳定与降解，将病毒转化成为减毒活疫苗。具体而言，该策略在相关病毒蛋白的合适位置上引入“降解标签”（Proteasome-Targeting Degrons,PTD）；当这种带PTD标签的PROTAR病毒感染进入细胞，细胞中的泛素-蛋白酶体系统会识别被PTD标记的病毒蛋白，并将其降解。这一过程一方面让病毒因失去部分蛋白而复制能力减弱，实现减毒；另一方面病毒蛋白降解产生的抗原肽会被细胞递呈，有利于诱导更强的抗病毒免疫应答。因此，PROTAR减毒活疫苗策略可以在减弱病毒复制的同时，同步增强病毒抗原递呈，实现疫苗高安全性和强免疫原性的协同。在用于生产PROTAR疫苗的工程细胞株中，PTD标记的病毒蛋白的降解通路被阻断，病毒蛋白稳定，PROTAR疫苗正常复制、高效制备，满足疫苗生产需求。研究人员以流感病毒为模型，在细胞、小鼠、雪貂、人肺气道芯片等多个模型中对PPROTAR减毒活疫苗策略进行了系统研究论证。结果显示，PROTAR疫苗在体内充分减毒而安全；在单次鼻腔吸入接种免疫后，可诱导强而广的免疫应答，并对同源和异源病毒的感染提供优良的交叉免疫保护。02 PROTAR减毒活疫苗策略的特点1. PROTAR疫苗策略可以将完整的流行病毒株减毒成为活疫苗，因此能够更好地甚至完全地与流行病毒株抗原匹配，从而提高防护效果。2. PROTAR疫苗策略可通过改变PTD的种类和在病毒基因组上的多样化插入位点，实现对减毒程度和免疫反应强度的灵活调控。目前，研究人员利用PTD种类的多样性，建立了PROTAR流感疫苗库，并证明PROTAR疫苗的安全性和免疫原性依赖于疫苗株种类。因此，该方法可以系统地优化疫苗安全性与免疫原性，获得最优的疫苗株或者按需定制个性化疫苗株。3. PROTAR疫苗策略简单易行。PROTAR疫苗制备采用常规的分子生物学与细胞培养技术，简化了疫苗设计与研制，便于更广泛的疫苗研究人员使用。4. PROTAR疫苗策略具有普适性。病毒蛋白是病毒结构组成和生命活动所必需的生命物质，只要能在目标病毒的合适蛋白合适位点引入PTD，就可以使用该方法制备针对该病毒的减毒活疫苗，因此PROTAR疫苗策略有望推广至多种病毒疫苗的研制。03 PROTAR疫苗需要关注的问题1. PTD序列的选择及其在病毒蛋白中的整合位置，会影响疫苗株的复制能力、蛋白降解效率、减毒程度、免疫原性等，因此需要系统筛选优化。2. 应避免选用某些能被MHC分子呈递的PTD序列，以降低其诱发自身免疫反应的潜在风险。3. PROTAR疫苗的减毒依赖于宿主的泛素-蛋白酶体系统，因此PROTAR疫苗不适用于泛素-蛋白酶体系统功能受损或正在接受蛋白酶体抑制剂治疗的特殊人群。04 未来展望研究团队提出了对PROTAR减毒活疫苗策略发展的未来展望。结合人工智能蛋白结构计算与高通量筛选平台，有望更高效地筛选和优化PTD，提升候选疫苗株的研发效率。探索细胞内的其他蛋白质降解机器（如自噬系统），有望拓展基于蛋白靶向降解的减毒活疫苗平台在更广泛病原体和人群中的适用性。中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室为本文的第一单位及通讯单位，司龙龙研究员为文章的通讯作者，团队成员张奇思（博士后）为文章第一作者。实验室简介司龙龙，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员、博士生导师，定量合成生物学全国重点实验室副主任，国家级青年人才，国家重点研发计划项目负责人。实验室主要研究方向为“病毒感染及防治研究的新策略和新系统的开发及应用”，包括基于合成生物学的疫苗研制、人类器官芯片开发与应用等。代表性成果以通讯作者、第一作者（含共同一作）发表于Science、Nature Biotechnology、Nature Microbiology、Nature Biomedical Engineering、Nature Chemical Biology、Nature Reviews Immunology等领域内权威期刊。主持国家和省部级项目十余项。课题组招聘：本课题组长期招收病毒、疫苗、免疫、药学、医学、分子生物学、生物化学等相关研究背景的博士后。有意申请者请将个人简历（要求为PDF）以发送至ll.si@siat.ac.cn，简历及邮件标题注明“应聘岗位-学校名称-专业-姓名”。文章上线截图图 | PROTAR减毒活疫苗策略示意图原文链接

2025-07-28

华南植物园提出微生物碳泵的反向运行机制

海洋沉积物是地球上最大的碳储库。海底的有机质之所以能长期保存，主要得益于几种“碳泵”机制，如微生物碳泵、矿物泵等。在沉积物埋藏的过程中，活性强的小分子底物会慢慢消失，同时会生成一些结构复杂、难以识别的大分子物质，这些物质被长久埋藏在深层沉积物中。因此，长期以来人们认为海洋次表层沉积物是作为惰性碳库而存在的。但研究发现，在海底深处仍然存在丰富的微生物群落，这一发现挑战了人们的传统认识。这说明，在沉积物埋藏过程中，有机质并不是完全“沉睡”，而是在持续缓慢地被微生物利用，但仍不清楚这些微生物如何以此生存。在一项2020年发表的研究中（Heuer等，《Science》），本文的合作者Verena Heuer博士分析了地下约1.2公里深处的地热沉积层的生物地球化学特征，找到了影响微生物生长的关键因素。但关于这些生物的谜团仍未解开——它们赖以生存的能量从哪里来？升温扮演着怎样的角色？实际上，全球近一半海洋次表层沉积物的温度超过40°C，支持微生物生存在这样一个“沉睡”着的碳库。这项新研究就是要认识这些微生物的"食物"究竟是怎么来的。基于国际大洋钻探计划，我们使用了来自Shikoku海盆的深层沉积物（沉积物剖面深度160米），沉积物年龄约780万年。结果表明，深部地球环境中的碳循环过程不同于地表，尤其是在温度超过35°C时表现出矿物碳泵机制的“反转”，超过55°C时则类似于微生物碳泵的“反转”。当温度升高至85°C时，这些过程显著加速，并伴随着一个“再加工”的难降解碳库的形成。有趣的是，在55°C时，微生物经历了一个有机质矿化的“瓶颈期”，在这个温度区间，水解过程明显收到抑制，使得生物发酵过程贡献减小，而非生物过程所贡献的可利用有机碳仍然有限，而当温度上升至85°C，非生物过程的贡献增大，生物降解链条趋于断裂，非生物水解作用及中间产物（乙酸、氢气等）的生成（图1），减小了嗜热微生物群体对深部生物圈微生物之间共生关系的依赖，重构了厌氧环境中普遍存在的、基于有机质降解的微生物共生关系，促进了矿化终步骤的进行。根据估算，这部分碳的活化所产生的生物可以利用碳比例可超过总有机碳的0.25%（包括非生物释放、生物代谢及已代谢矿化过程的总和）。尽管这一比例看似微小，但考虑到次表层沉积物中的有机碳总量高达15000000Gt（相比之下，全球海水的总碳量仅39000 Gt），因升温过程而转变为可利用的有机碳量依然非常可观。如此巨大的碳源，足以支持深部生态系统中繁多的生命活动，这也解释了深海沉积环境中深部生物圈的存在。这部分由生物和非生物过程耦合（图2）而引发的碳流动对全球碳循环具有重要意义，将促使人们重新思考地球深层环境中碳的转化路径和贡献。该研究不仅提出了微生物碳泵和矿物泵在海洋深层沉积物中的反向运行机制，也为表层海水的碳储存机制提供新的反向视角。相关研究成果以“Moderate heating renders 7.8 million-year-old sedimentary organic matter bioavailable”为题发表在综合类期刊Science Advances上。中国科学院华南植物园可持续生态学团队甘淑钗副研究员为论文的一作兼通讯作者，王法明研究员共同参与并指导研究，合作单位包括不来梅大学、哈佛大学等。该研究获得国家自然科学基金、德国研究联合会、国家重点研发计划、广东省应用植物学重点实验、国际大科学计划ONCE海洋负碳排放等项目及哈佛大学的资助。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw8638图1. 中间代谢物之一乙酸生成和代谢路径的量化图2. 深部碳库在加热作用下的非生物与生物耦合分解模型示意图。

2025-08-21

南海海洋所 | 最新研究清晰刻画四川盆地油气资源富集规律图

近日，中国科学院南海海洋研究所王志研究员联合西南石油大学王剑教授团队及中国石油，开展四川盆地深部构造研究，揭示了其前寒武纪基底隆凹构造格局及其与油气富集区的密切关系。相关成果发表在国际地学期刊《地球物理研究杂志：固体地球》(Journal of Geophysical Research-Solid Earth)。研究员王志为第一作者兼共同通讯作者，西南石油大学教授王剑为共同通讯作者。四川盆地是我国最重要的天然气产区，据中国石油天然气集团公司第四次评估，其天然气储量高达38.1万亿立方米。然而，深部前寒武纪基底（形成于6亿年前）因结构复杂，长期制约油气勘探精度—传统技术仅能探测单一地震波参数，难以还原复杂的地下构造。研究团队通过627个新地震监测站同步采集187,356组地下纵波（P波）与横波（S波）信号,采用多参数联合地震波CT扫描技术，基于多参数联合反演技术构建的高精度三维模型（纵波速度、横波速度及泊松比），首次清晰刻画出横贯盆地的巨型马蹄形凹陷带与纵贯西南的L形地质隆起带。数据分析显示： 76%的天然油气井分布于L形隆起带及其斜坡区，21%的气井位于凹陷过渡带。这一"深部藏宝图"揭示了远古构造对油气运移的关键控制机制，破解了四川盆地"油气井集群分布"的长期谜题。研究成果不仅能以隆凹格局为依据为勘探靶区优选提供科学支撑，明确L形隆起区作为新层系勘探突破的重点方向，还可显著降低无效钻井成本、提升探井成功率，在油气勘探实践中具有重大应用价值。该研究由中国石油-西南石油大学创新联合体科技合作项目和国家自然科学基金项目联合资助。相关论文信息：Wang,Z.,Du,Q.,Wang,J.,Wen,Y.,Zhou,G.,He,Y.,& Fu,X. (2025). New pattern of uplift‐depression of the pre‐Cambrian basement in the Sichuan Basin: Constraints from multi‐seismic parameter imaging. Journal of Geophysical Research-Solid Earth,130,e2024JB030152.原文链接： https://doi.org/10.1029/2024JB030152图1 四川盆地及其周边板块构造、前寒武纪基底L形隆起与马蹄形凹陷构造格局及油气资源分布图

2025-08-21