封面故事：成纤维细胞与毛囊的形成

Distinct fibroblast lineages determine dermal architecture in skin development and repair

本期封面所示为支持新毛囊形成的移植的皮肤成纤维细胞（绿色）。成纤维细胞是身体中大部分组织内不起眼的细胞，在那里它们的主要作用是制造支持其他细胞类型的胶原蛋白。这些细胞看起来都一样，但功能却各不相同，这便促使人们提出以下问题：是只有一种细胞类型对不同刺激做出不同反应，还是各个细胞各有专长？现在，用小鼠所做的一项移植和世系追踪研究表明，皮肤结缔组织从两个不同的成纤维细胞系产生，这两个细胞系对皮肤发育和受伤后的修复也有不同反应。一个细胞类型形成下层真皮，另一个形成上层真皮。后一个细胞系是毛囊生成所需的，在本期封面图片上所示为新毛囊周围的绿色，它们帮助形成平滑肌（红色），后者通过收缩使毛囊竖立。在受伤的成年皮肤中，最初一轮的真皮修复是由形成下层真皮的细胞系介导的，这也许可解释为什么新愈合的伤口中没有毛囊。作者为小鼠真皮中所有来自成纤维细胞的细胞类型（包括平滑肌细胞和脂肪细胞）创建了一个全面的世系树。（doi: 10.1038/nature12783）详细中文报道

抗疟疾药物的一个多功能目标

Targeting Plasmodium PI(4)K to eliminate malaria

为了彻底消除疟疾，有必要对处在疟原虫生命周期所有阶段的人进行治疗，其中包括有症状的血液阶段感染和在此之前的肝脏阶段感染（以防止复发），同时还要阻断向蚊子的传播。在这篇文章中，Elizabeth Winzeler及同事发现“phosphatidylinositol-4-OH kinase (PI(4)K)”是一个潜在的药物目标，它是镰刀形疟原虫所有阶段的脂肪酸代谢所必需的。作者发现，一组具有一个 “imidazopyrazine”核心的化合物（与已知的抗疟疾药物不同）抑制PI(4)K，也抑制多种镰刀形疟原虫在生命周期每个阶段的发育。这些分析显示，“imidazopyrazine”与PI(4)K的ATP-结合穴相互作用，改变“磷脂酰肌醇-4-磷酸盐”的细胞分布，干涉细胞分裂。（doi: 10.1038/nature12782）详细中文报道

突触“内噬作用”的快速机制

Ultrafast endocytosis at mouse hippocampal synapses

持续神经传输需要突触囊泡的再循环，但人们所提出的机制（即“由网格蛋白介导的内噬作用”和“‘亲了就跑’式的融合逆转”）却一直有争议。现在，Erik Jorgensen及同事利用超快闪冻电子显微镜，识别出了“内噬作用”的一个以前不知道的、依赖于肌动蛋白和发动蛋白的机制，出现在小鼠海马神经元受到刺激100毫米内。这比由网格蛋白介导的过程快200倍，而且形态特点也将“亲了就跑”方式排除在外了。这项研究表明，膜从表面的迅速内化是“内噬作用”的第一步。（doi: 10.1038/nature12809 & doi: 10.1038/nature12842）详细中文报道

有关地球上生命的“二类别”观点受到支持

An archaeal origin of eukaryotes supports only two primary domains of life

自从被称为“古生菌”的一组微生物在1977年被发现以来，研究人员普遍假设地球上所有生命都可以被归入三个类别：细菌和古生菌（二者都没有细胞核，但彼此之间又显然不同）以及真核生物，后者有核细胞。但在含有以前被认为是真核生物特有的基因的环境古生菌世系的发现刺激下，对认为生命由两个类别组成的模型的支持越来越多。按照这种模型，真核生物是在古生菌类别内演化形成的。在这篇Review文章中，Martin Embley及同事得出结论认为，现在，有关古生菌多样性的不断增多的知识，再加上在重建长期被割裂的系统发展史方面所取得的进步，倾向于支持“二类别”观点。（doi: 10.1038/nature12779）

静止和活跃GABAB受体的结构

Structural mechanism of ligand activation in human GABAB receptor

人GABAB受体是一种G-蛋白耦合受体，介导抑制性神经传输物质GABA (γ-aminobutyric acid)的效应。GABAB受体以GBR1 和 GBR2亚单元的异二聚物的形式存在，这两个亚单元都是发挥功能所需要的。在这篇文章中，作者首次发表了GBR1 和 GBR2的细胞外区域之间在apo (静止)形式和在与四个不同的竞争性拮抗物相结合的形式（活跃形式）下的一个异二聚复合物的X-射线晶体结构。这两个亚单元在静止时都有一个开放构形，只有GBR1在发生由激动剂诱导的受体激活时才闭合。（doi: 10.1038/nature12725）

原发性纤毛中的钙处理

Primary cilia are specialized calcium signalling organelles

Direct recording and molecular identification of the calcium channel of primary cilia

原发性纤毛是从大多数细胞表面伸出的细胞器，在那里它们被认为参与控制细胞生长和细胞分裂，也充当专门化的钙信号作用腔室。这些凸出物的离子渗透性和其他生理特性不清楚。在两项研究中，David Clapham及同事发现了密布原发性纤毛的离子通道，并且进行了直接测量，显示纤毛是独特的、在功能上独立的钙信号作用腔室，它调节刺猬信号作用通道。（doi: 10.1038/nature12833 & doi: 10.1038/nature12832）

自吞作用依赖于p53

p53 status determines the role of autophagy in pancreatic tumour development

自吞（损坏的或多余的细胞材料的降解）是促进还是抑制肿瘤发生长期以来是一个有争议的问题。最近的证据表明，根据情况的不同二者都可能是正确的。现在Kevin Ryan等人在一个由Kras突变驱动的胰腺肿瘤的小鼠模型中发现，抑制自吞的结果取决于p53的状态。如果p53是完好的，关键自吞基因的删除会阻止低等级肿瘤向侵袭性肿瘤的发展。但在没有p53的情况下，自吞的失去会加速肿瘤发生，同时伴随着癌细胞代谢的失控。这项工作对于以癌症中的自吞为目标的治疗思想有重要意义。（doi: 10.1038/nature12865 & doi: 10.1038/nature12841）

经验怎样调制神经可塑性

Parvalbumin-expressing basket-cell network plasticity induced by experience regulates adult learning

大脑能够学习和存储记忆的能力与可塑性、即神经通道和突触响应于行为、环境和其他输入而发生变化的能力有关。在生命早期关键时期的可塑性以前被与“表达小清蛋白的中间神经元” (PV+ 细胞)的成熟相联系，但我们对其中发挥作用的机制却知之甚少。在这项研究中，Pico Caroni及同事识别出了与成年小鼠的中间神经元中的小清蛋白表达水平相关的不同网络状态。环境强化促使PV表达水平低的细胞增加，而害怕状态会造成PV表达水平高的细胞增加。每个状态都有表现出会影响该网络的不同生理特性的细胞。简单地人工激发或抑制这些细胞，就足以改变这种状态以及决定该状态的结构可塑性。这些结果表明，存在着一个与学习相关的可塑性机制，它依赖于PV+ 细胞的构形和状态；该机制也许可被用于治疗方案，来促进认知增强和神经保护。（doi:10.1038/nature12866 & doi: 10.1038/504228a）

地球不会很快发生“失控温室”效应

Increased insolation threshold for runaway greenhouse processes on Earth-like planets

太阳在地质时间尺度上亮度正在逐渐增加。这最终可能会在地球上导致一个“失控温室”效应，即当一个行星从太阳吸收的能量多于它能辐射回宇宙空间的能量时所出现的一个状态。海洋将会蒸发，气候将会暖化到与金星相似的温度。Jérémy Leconte等人利用一个三维气候模型发现，发生“失控温室”效应的临界点要比以前用简化的一维模型估计的高很多。一个关键因素是由大气环流的变化所造成的变冷作用，这种作用抵消由云诱导的变暖还有富余。这一发现对于太阳系外行星有重要意义，因为它扩大了其他恒星周围可居住区域的大小。（doi: 10.1038/nature12827 & doi:10.1038/504221a）

液体的磁性

Ferromagnetism in suspensions of magnetic platelets in liquid crystal

认为悬浮在一种液晶中的磁性颗粒也许会自然地朝铁磁状态取向的观点已经被提出几十年了，但此前一直没有被实验证实。现在，Alenka Mertelj及同事利用一种向列液晶中的纳米尺度铁磁小板实现了这样一个状态。这些薄小板的形状是形成铁磁序的关键。这样所产生的“液态磁体”相会对非常小的磁场有反应，并且可能导致新型磁-光设备的问世。（doi: 10.1038/nature12863 & doi: 10.1038/504229a）

封面故事：千年墓地

The Thousand-Year Graveyard

19世纪中叶，一位老妇人的遗骸被埋了位于意大利阿尔托帕肖的 Badia Pozzeveri 墓地中。她的遗骸被生石灰所覆盖， 可能是为了平息当时大流行的感染。考古学家目前正在研究埋在这里超过千年的骨骼遗骸，为探索那些古老疾病提供线索。（DOI: 10.1126/science.342.6164.1306）

可怕的气味可带来更深的印象

Fear Learning Enhances Neural Responses to Threat-Predictive Sensory Stimuli

莎士比亚写过：“无论冠以何名，玫瑰照样芬芳。”但一项新的对小鼠的研究提示，带电的玫瑰可能气味更强。Marley Kass及其同事发现，来自该啮齿动物嗅感觉神经元（OSNs）——它们是在鼻子里与气味分子发生相互作用的第一批细胞——的信号会在这些小鼠学会了将一种气味与一个可怕的记忆相关联时被增强。在此之前，研究人员不认为奖励或惩罚可以影响接触部位即某种刺激与神经系统相遇的地方的感觉处理。（相反，他们想象，信号的变化会发生在初级处理区域的下游。）但Kass和其他的研究人员用电击为小鼠植入了恐惧记忆—它们是与特殊气味相关的恐惧记忆。他们接着对小鼠的脑子进行了监测并发现，从对那些“恐惧”气味做出反应的小鼠OSNs中涌出的神经递质的量是那些由正常气味所产生的量的4倍左右。他们的发现提示，这种恐惧条件影响可增强对重要气味的敏感性，而有关负面刺激的信息可被整合到感觉处理的最早的过程中。（DOI:10.1126/science.1244916）

传染病预计到达的时间

The Hidden Geometry of Complex, Network-Driven Contagion Phenomena

据一项新的研究报道，下一个新出现的传染病究竟会在哪里（以及多快会出现）可用一种距离概念进行最好的定义，这种距离概念用交通特征代替了英里。用这种方法测量，伦敦与马德里之间的距离可能要比伦敦与另外一个英国城镇的距离“更近”。从前用来预测一种新出现的传染病——如H7N9——的传播模型一直侧重于地理上的距离。但是，尽管这些模型在很久之前运作良好，例如当黑死病在欧洲蔓延时，但这些模型并没有考虑到驱动当今传染病传播的现代生活的方方面面，如长距离旅行等等。而且即使现代、复杂的疾病蔓延模型——如那些结合了流动性与流行病学数据的模型——也不能更好地掌握下一个新出现的疾病会在哪里爆发，从而使有效遏制萌芽状态的传染性疾病的策略研发变得尤其具有挑战性。为了在这方面取得进展，Dick Brockmann 和 Dirk Helbing通过“有效距离”来分析传染病的蔓延，这是一种将旧的距离模型代之以一种能够体现独立于英里之外的接近状态度量标准的方法。他们的做法侧重于机场；研究人员说，在2个机场之间只要它们的交通流量密集而且反复发生的话，其实际上的距离就很近。应用他们对距离的新的定义，他们研发了一种可预测某种新兴的传染病会在哪里以大数目发生及在何时发生的数学模型。研究人员通过将其应用于近来发生的流行病的真实数据来验证他们的做法，其中包括2009年H1N1的爆发。对某新出现的传染病接下来会在哪里及在何时出现有更好的了解可帮助科学家们研发更好的疾病控制策略。由Angela McLean撰写的一则《观点栏目》对这一新模型的效用提出了更多的见解。（DOI: 10.1126/science.1245200）

失去眼睛的隐秘原因

Cryptic Variation in Morphological Evolution: HSP90 as a Capacitor for Loss of Eyes in Cavefish

据一项新的研究报道，那些在黑暗洞穴中能生活得良好的鱼类应感谢它们基因中的一小部分，这些基因通常会为了其适应洞穴的特征而不进行表达。生物会随着时间的推移而演化——它们会采取不同的身体形状和特征以适应其独特的环境，但科学家们一直在辩论它们身体的变化究竟是因为演化选择了随机突发的全新变异还是选择了一直存在着的但却神秘地处于休眠状态的隐性遗传差异。其中，后一种概念被称作隐微变异--该理念所指的是当环境长时期处于稳定时，基因组中的细微的变化会持续不被表达，但如果环境发生急剧的变化（如气候大幅变暖），这种变异还是终究会被表达出来的，这也许是为了帮助生物应对这种急剧的变化。Nicolas Rohner及其同事确定了一种特别的掩饰鱼的隐微变异（具体地说是眼睛大小的变异）的热休克蛋白。研究人员用一种药物来阻断墨西哥丽脂鲤中的HSP90；墨西哥丽脂鲤是一种洞穴鱼，这种鱼尽管有着这样的名字（这提示它们生存在深层黑暗的居所），但它们有时会生活在靠近表面的水体中。该鱼还有一种更有名的眼盲的类型。当该生活在表层水体中的洞穴鱼被用了HSP90抑制剂时，其随后的后代会有较小的眼睛——即使在没有该药时也是如此，这提示演化支持这一特征。这项工作对于那些讨论身体特征是否源自演化过程当中曾被选择的隐微变异的科学家们是重要的。这项研究还证明了隐微变异在洞穴鱼的眼盲进化中起到了作用。（DOI: 10.1126/science.1240276）

欧罗巴（木卫二）南极的水羽流?

Transient Water Vapor at Europa's South Pole

由Lorenz Roth及其同事所做的一项新的研究发现了一个可能的短暂的水羽流——它是从木星的某个卫星欧罗巴的表面之下喷出的。如果被证实是水羽流的话，它将表明该卫星的地下海洋很容易接近该卫星的表面--至少有时是这样。研究人员用在去年11月和12月从哈勃太空望远镜所拍摄的图像以及由哈勃太空望远镜在1999年拍摄的更早的欧罗巴图像确定了在该卫星南半球的2个不同的区域有着过多的氢气和氧气。据研究人员透露，这些过多的氢气与氧气每次可被观察到大约7个小时；研究人员提示，它们实际上是124.27英里高（200公里高）的水汽羽流。他们说，该羽流是当欧罗巴出现在接近远心点——或距离木星最远处时出现的，且它们会在该卫星接近近心点——或非常接近其行星时消失，提示潮汐加速度在这个现象中扮演着一个主要的角色。基于他们的观察，研究人员提出，欧罗巴的羽流可能类似于土星的卫星——土卫二上的羽流；那些羽流是从非常狭窄的裂隙中逸出的高压水汽排放。（DOI: 10.1126/science.1247051）