中國團隊突破困擾百年的“爆炸性”難題 | 科技周覽

整理 | 周舒義、平生

限糖從娃娃抓起，心臟可終身獲益

“生命最初1000天”（從受孕到兩歲）是一個關鍵窗口期，這一階段的營養狀況對人一生的健康有著深遠影響。一項發表在《英國醫學雜志》（The BMJ）上的最新研究發現，在這一關鍵時期限制糖攝入，能夠顯著降低成年后患多種心血管疾病的風險。

這項研究巧妙地利用了一個歷史事件——英國在二戰后實施的糖配給制。該制度于1953年9月結束，為科學家提供了一個“自然實驗”的機會。在配給制期間，成人每日糖攝入量被限制在40克以下，而2歲以下嬰幼兒則不允許攝入添加糖。這與世界衛生組織（WHO）和美國心臟協會（AHA）當前的膳食指南驚人地一致。

研究人員分析了來自“英國生物樣本庫”（UK Biobank）的63433名參與者的數據，他們出生在1951年10月至1956年3月期間。研究團隊根據出生日期，將參與者分為在生命早期經歷過不同時長糖配給制的群體，以及從未經歷過配給制（出生于1953年9月之后）的群體。

結果顯示，與那些從未經歷過限糖的人相比，在“生命最初1000天”（從受孕到兩歲）都經歷了糖配給制的群體，其心血管疾病風險顯著降低：總體心血管疾病風險降低20%，心肌梗死（心臟病發作）風險降低25%，中風風險降低31%，心血管疾病死亡風險降低27%。不僅如此，早期限糖還將心血管疾病的發病年齡平均推遲了約2.53年。

對部分參與者進行心臟磁共振成像（MRI）發現，經歷過早期限糖的個體，其心臟功能指標（如左心室射血分數和每搏輸出量指數）有輕微但顯著的改善，表明他們的心臟結構和功能更優。

研究人員進一步探索了這種保護效應背后的機制。分析表明，關鍵之處在于生命早期的糖限制降低了成年后患糖尿病和高血壓的風險，而這兩者是心血管疾病的主要風險因素，其聯合作用解釋了約31.1%的心血管益處。出生體重的作用則微乎其微（僅解釋了2.2%的關聯）。

該研究結論強有力地支持了在生命最初1000天限制糖攝入的公共衛生政策。研究者認為，這一關鍵窗口期的營養干預，特別是限制添加糖的攝入，可能為個體帶來終生的心血管健康益處。

相關論文：
https://doi.org/10.1136/bmj-2024-083890

化學合成迎來安全變革：新研究“拆除”百年經典反應的爆炸風險

10月28日，國科大杭州高等研究院張夏衡團隊在《自然》（Nature）發表論文，成功開發了一種全新的化學合成策略，使用N-硝胺作為關鍵中間體，巧妙地繞開了化學合成中沿用百年但極具爆炸風險的重氮鹽途徑。該方案僅需使用實驗室中常見普通的試劑，即能高效實現目標產物公斤級的規模化合成，為醫藥和材料合成提供了一個更安全、高效、通用的新工具。

在現代醫藥、農藥和功能材料的研發中，芳香胺（aromatic amines）是一類無處不在的核心結構單元。如何將芳香胺分子上的氨基（-NH?）安全、高效地轉化為其他官能團（如鹵素、氰基、硫基等），是合成化學中的一個基礎且關鍵的課題。

一個多世紀以來，化學家們主要依賴于經典的桑德邁爾反應（Sandmeyer reaction）。該方法需要先將芳香胺轉化為名為“重氮鹽”的中間體，進而利用重氮化合物的高反應活性開展后續轉化。然而，重氮鹽極其不穩定，在干燥狀態下或受到輕微的摩擦、撞擊時易發生爆炸，在儲存、運輸和工業化生產中構成了巨大的安全隱患。這一“爆炸性”難題，困擾了化學界一百多年。

新研究提出了一種能夠高效將惰性芳香碳-氮鍵直接轉化為多種重要化學鍵（包括碳-鹵素鍵、碳-氧鍵及碳-碳鍵等）的全新方法。研究人員利用芳香胺在硝酸介導下原位形成N-硝胺中間體，這個中間體會進一步轉化，脫除一氧化二氮（N?O），并產生高活性的“芳基陽離子”等價物。該高活性物種可以被親核試劑捕獲，從而實現芳香C?N鍵向多種C?X鍵以及C?C鍵的高效直接轉化。

“我們發現N-硝胺是一種理想的中間體，”論文作者解釋說，“它既足夠活潑來啟動反應，又不像重氮鹽那樣具有爆炸危險，從而完美地平衡了反應活性和操作安全性。”

與經典的Sandmeyer反應條件相比，新方法在藥物合成中常用的多氮雜環體系里展現出顯著優勢；與其他脫氨官能化方法相比，此策略的核心優勢在于僅憑實驗室極易獲取的簡單試劑，就實現了出色的通用性：幾乎適用于所有類型的藥用雜芳胺及電性、結構各異的苯胺衍生物，不受氨基位置限制，并且能夠以簡易操作實現公斤級的規模化生產。

芳香胺的直接脫氨官能團化反應 | 國科大杭州高等研究院

此外，為進一步提高操作便捷性，該研究還開發了“一鍋法”脫氨交叉偶聯策略。只需在脫氨反應中間體中直接加入相應的偶聯試劑，即可在同一反應體系中完成多種交叉偶聯反應，包括Negishi偶聯、還原交叉偶聯、Ullmann-Ma反應、Buchwald-Hartwig反應、金屬光氧化還原催化、Hirao反應及磺酰化反應等。這為從易得原料快速構建復雜分子開辟了新途徑，對藥物化學領域的研發工作具有重要推動作用。

相關論文：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09791-5

睡不好，減肥更難？新研究揭示每晚睡7-9小時有利減肥

芬蘭一項針對成年減重人群的新研究顯示，睡眠質量與體重管理密切相關，睡眠質量、時長和個人的“生物鐘”類型（即“晨型人”或“夜貓子”），都可能顯著影響人們的減重效果。

簡而言之，每晚睡7至9小時者在減重方面表現最佳，睡得太少、患有睡眠呼吸暫停或習慣晚睡的人，減肥可能更困難。

芬蘭赫爾辛基大學等機構的研究人員近期在《肥胖醫學》（Obesity Medicine）上發表論文介紹，他們研究了芬蘭“體重管理之家”健康減重指導項目的1800多名成年參與者，這些人在為期一年的數字化生活方式干預中，記錄了體重變化以及睡眠時長、晝夜節律、日間清醒度、睡眠呼吸暫停發生情況等數據。

分析發現，睡眠時長與減肥效果可能存在一種“U型”關系。與每晚睡7-9小時的參與者相比，睡眠時間少于7小時或超過9小時的人，體重減輕的效果較差。此外，早睡早起的人平均減重效果優于晚睡晚起的人，存在睡眠呼吸暫停狀況的人減重幅度較小，白天精力充沛、清醒度高的人減重效果更明顯。

研究作者總結道，這項研究結果強調了在減肥過程中關注睡眠健康的重要性。對于正在嘗試通過改變生活方式來減肥的人來說，僅僅關注飲食和運動可能還不夠。確保充足且規律的睡眠、積極解決睡眠呼吸暫停等問題，以及嘗試調整晚睡的作息習慣，都可能是提高減重成功率的關鍵因素。

相關論文：
https://doi.org/10.1016/j.obmed.2025.100653

弓頭鯨何以長壽，這種蛋白質是關鍵

弓頭鯨（Balaena mysticetus）是地球上最長壽的哺乳動物之一，壽命可超過200年。10月29日發表在《自然》（Nature）上的一項新研究揭示了其非凡長壽的秘密：一種在低溫下被激活的特殊蛋白質（CIRBP），它能高效修復受損的DNA。這一發現不僅解釋了弓頭鯨為何長生且不易患癌，也可能為延長人類壽命和預防相關疾病提供了新的思路。

弓頭鯨的壽命可超過200年，這部分歸功于一種高效的DNA修復蛋白。| 圖片來源：Tony Wu/Nature Picture Library

弓頭鯨生活在寒冷的北極海域，體重可達8萬公斤，體表覆蓋著近半米厚的鯨脂。這種龐然大物能在冰冷的海水中存活兩個多世紀，這本身就是一個生物學奇跡。通常，體型大、壽命長的動物，其細胞分裂次數更多，理論上會積累更多DNA損傷，患癌癥的風險也應該更高。然而，弓頭鯨卻似乎擺脫了這一規律。

為了解開這個謎團，美國羅切斯特大學生物學家Vera Gorbunova等人領導研究團隊展開探索。由于弓頭鯨體型巨大且是瀕危物種，無法在實驗室中飼養，研究團隊轉而與阿拉斯加北部的因紐皮亞克村民合作。村民們在合法的捕獵活動后，會預留一些組織樣本，再由研究人員長途跋涉取回實驗室進行細胞培養。

研究人員在對比弓頭鯨細胞和人類細胞時發現了一個有趣的現象：弓頭鯨細胞修復受損DNA的能力遠超人類細胞，因此其基因突變率也更低。深入研究發現，這種超強修復能力的關鍵在于一種名為CIRBP的蛋白質，這種蛋白質在弓頭鯨生活的冰冷海水中會被激活，高效地修補斷裂的DNA。

為驗證這一發現，研究人員將弓頭鯨的CIRBP蛋白引入到實驗室培養的人類細胞中，結果顯示，這些人類細胞的DNA修復能力也得到了顯著提高。此外，在果蠅身上進行的實驗表明，表達這種蛋白質的果蠅不僅壽命更長，還表現出更強的抗輻射能力。

上海同濟大學的分子生物學家毛志勇（音譯）（未參與此項研究）評論說：“這項研究告訴我們，通過改善DNA修復來提高基因組穩定性，是實現這種極端長壽的非常有效的策略。”

盡管將CIRBP的機制完全應用于人類還需要大量的后續研究，但Gorbunova對未來充滿希望。她表示：“這項研究最激動人心的一點是，它證明了（我們的身體機能）還有提升的空間。我們可以讓自己的DNA修復變得更好。”

相關論文：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09694-5

網友“二極管”增多，是因為社交聯系更緊密

你可能也碰到過“二極管”式的觀點：非黑即白、兩極分化。這種過度簡化的思維拒絕復雜性和不同意見，往往基于情緒驅動和立場先行，將討論氛圍推向對立和極端。一項發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS) 上的新研究指出，全球社會氛圍“二極管”化日益嚴重，可能源于一個近十幾年才發生的社會行為轉變：人們的親密朋友數量顯著增加。

來自奧地利復雜性科學中心（CSH）的研究人員發現，2008年至2010年間，社會極化程度急劇上升與人們的親密朋友數量上升在時間上顯著重合，這恰好是社交媒體平臺和智能手機普及的時間。

研究人員使用了皮尤研究中心（Pew Research Center）的超過2.7萬份調查數據。他們發現，從1999年到2017年，人們的政治態度變得更加“一邊倒”。例如，“鐵桿”自由派受訪者從1999年的14%上升到2017年的31%；“鐵桿”保守派受訪者從1999年的6%上升到2017年的16%。“越來越多的人明確將自己劃歸某一陣營，而不是自由和保守觀點的中間地帶。”論文作者、CSH的Markus Hofer說。“而且這種加劇是在2008年至2010年間突然發生的。”論文作者Stefan Thurner補充道。

與此同時，研究人員綜合了來自歐洲和美國的30項不同調查，共涉及超過5.7萬名受訪者，數據一致表明，人們親密朋友的平均數量從2000年的2.2個增加到2024年的4.1個。

這兩個現象之間有關聯嗎？研究人員構建了一個基于經驗數據的數學社會模型，發現當社交網絡中的連接變得更密集時，群體內部的兩極分化幾乎不可避免會急劇上升。模型顯示，當平均密友數量超過某個臨界值（研究估計在3到4人之間）時，社會就會突然從一個相對融合的狀態，轉變為一個高度極化和碎片化的狀態。研究者將這種社會結構的突然轉變比喻為“相變”——就像水在特定溫度下突然結成冰。“這些‘信息繭房’之間幾乎沒有溝通的橋梁，即使存在，也往往是負面，甚至敵對的。”

論文作者Jan Korbel解釋說：“當人們與更多人建立聯系時，他們會更頻繁地遇到不同意見。這不可避免會導致更多沖突，從而加劇社會兩極分化。”Thurner提出了一個“寬容度”機制來解釋其心理動因：“如果我只有兩個朋友，我會盡一切努力留住他們——因此對他們非常寬容。但是，如果我有五個朋友，當與其中一個發生矛盾時，我更容易結束這段友誼，因為還有‘備胎’，就不再需要那么寬容了。”當這種行為模式擴展到整個社會時，社會整體的寬容度就會下降，從而加劇群體分裂。

相關論文：
http://dx.doi.org/10.1073/pnas.2517530122

這種貼片滿含病毒，卻能殺滅食物中99.9%的細菌

食物中毒是全球性的公共衛生難題，每年導致數億人患病。近日，一項發表于《科學進展》（Science Advances）的研究為解決這一問題提供了新思路：科學家們開發出一種微針貼片，能將噬菌體直接注入食物內部，從而高效殺滅有害細菌。實驗顯示，將這種比指甲蓋還小的貼片貼在煮熟的雞肉上，能夠消滅雞肉內外99.9%的大腸桿菌。

噬菌體是一種病毒，能夠特異性感染并殺死細菌，因此具有強大的抗菌作用。含有這類病毒的微針貼片可以清除引起食物中毒的細菌。| SCIEPRO/Science Source

目前，食品工業主要依賴抗生素（用于畜牧業）和化學洗滌劑（用于食品生產線）來控制細菌。然而，這些方法存在明顯缺陷：抗生素的濫用導致了超級耐藥菌株的出現；而化學洗滌劑則“不分敵我”，在殺死有害細菌的同時，也會清除對食物風味、質地至關重要的有益細菌。

雖然美國食品藥品監督管理局（FDA）自2006年起就批準使用噬菌體噴霧來清潔即食肉類表面，但這種方法的局限性也很明顯——它只能處理食物“表面”的細菌，對于藏匿在食物內部（如肉類縫隙或奶酪孔洞中）的病原體卻無能為力。

為了讓噬菌體能夠深入食物內部，加拿大麥克馬斯特大學（McMaster University）的生物工程師Zeinab Hosseinidoust及其博士生Akansha Prasad領導的團隊，將目光投向了常用于醫療和化妝品領域的“微針”技術。

研究團隊設計了一種由聚合物制成的微針貼片。貼片上的針頭細如縫紉針，裝載了數萬億的噬菌體，當貼片被按壓在食物（如生牛排或桃子）上時，這些微針會穿透食物表面，將噬菌體“大軍”直接輸送到細菌潛伏的內部區域。

實驗表明，這種貼片將生牛排中的大腸桿菌含量減少了近99%；將熟雞肉中的大腸桿菌含量降低了99.9%。相比之下，同樣涂有噬菌體但不加針頭的扁平貼片，僅能消除約75%的細菌。在模擬真實污染情景時，研究人員使用了混合多種噬菌體的貼片（同時針對大腸桿菌和沙門氏菌），分別將兩種細菌減少了96.5%和99.4%。

盡管潛力巨大，但這項技術從實驗室走向市場仍面臨兩大挑戰。

首先是這種方法不夠“廣譜”。噬菌體的攻擊具有高度特異性，一種噬菌體通常只能殺死特定菌株。而現實世界中的食物污染是復雜的，可能需要一個包含許多種噬菌體的“超級雞尾酒”貼片才能有效應對所有潛在威脅。但不同噬菌體之間會相互干擾，而且這種情況經常發生。

其次是溫度問題。華盛頓州立大學生物材料工程師Kang Huang（未參與此項研究）表示，許多噬菌體在10°C至40°C的溫和環境下活性最高，但大多數肉類和奶酪產品都儲存在4°C的冷藏環境中，他擔心低溫會顯著降低噬菌體的殺菌效率。不過初步測試顯示，該貼片在4°C下存放一周后仍保持了完整的抗菌能力，但這需要更長時間的測試來驗證。

研究人員的最終設想是，將這種微針技術無縫集成到食品包裝中——例如，取代肉類托盤中的吸水墊，或者作為沙拉包裝袋的內襯，在食物的運輸和儲存過程中持續提供保護。“噬菌體是安全的，而且早已存在于我們周圍的環境中。這方面我們還需要做大量的教育工作。”

相關論文：
https://doi.org/10.1126/sciadv.adx6918

1種血清抵御17種致命蛇毒

10月29日發表于《自然》（Nature）的一項研究中，科學家們利用來自美洲駝和羊駝的抗體，成功研制出一種新型的廣譜抗蛇毒血清。小鼠實驗顯示，這種血清能夠中和來自17種致命毒蛇的毒液，并顯著減少毒液對皮膚造成的損傷。

被毒蛇咬傷的后果可能會很嚴重。據估計，僅在撒哈拉以南的非洲地區，每年就有約30萬例蛇咬事件，造成約2萬人喪生，另有約1萬人因毒液導致的組織壞死而截肢。

目前主流的抗蛇毒血清療法依賴于已沿用上百年的一項技術：向馬等大型動物注射小劑量蛇毒，待其產生抗體后，再提取血漿用于治療。然而，這種療法存在諸多局限性。首先，它通常只對特定的一種蛇毒有效，但受害者往往難以準確辨認是哪種蛇咬傷了自己，這給及時治療帶來了巨大困難。其次，馬血漿中的多種蛋白質會被人體免疫系統識別為外來物，容易引發嚴重的不良免疫反應。更關鍵的是，傳統抗毒血清無法有效阻止蛇毒引發的局部組織壞死，而這正是導致大量患者截肢的主要原因。

為了開發廣譜抗蛇毒血清，來自丹麥技術大學等機構的研究團隊利用了駱駝科動物（包括美洲駝和羊駝）產生一種特殊“納米抗體”的能力。這種納米抗體比常規抗體小得多，使其能更好地穿透組織，與那些導致組織壞死的毒素結合。

研究人員向一只美洲駝和一只羊駝注射了來自非洲18種最危險的眼鏡蛇科毒蛇的毒液。隨后他們從這兩種動物體內分離出了多種納米抗體，并篩選出其中的8種，將它們組合成一種“雞尾酒”血清。

在小鼠實驗中，這種新型抗毒血清展現出了強大的保護力。它成功中和了18種目標蛇毒中的17種，并顯著減少了毒液對皮膚造成的損傷，效果優于目前廣泛使用的“Inoserp PAN-AFRICA”抗毒血清。

論文寫道，某些蛇類的毒液可能包含多達上百種不同的毒素，此前科學界普遍認為，要研制廣譜抗蛇毒血清，可能需要“種類多到不切實際的抗體”。而這項新研究表明，僅需8種納米抗體的組合就足以對抗多種蛇毒。這預示著為蛇咬高發地區開發類似的廣譜療法是完全可能的。

英國班戈大學的進化生物學家Anita Malhotra評論稱，該療法在減少組織壞死方面的能力“非常了不起”，因為“在蛇咬治療中，保住生命固然重要，但避免截肢或肢體功能喪失，是一個同樣嚴重卻常被忽視的問題。”

不過研究團隊也提到，這種納米抗體在體內的分解速度較快，未來還需要進一步研究以確保其在大型動物（包括人類）體內持久發揮作用。

相關論文：
https://doi.org/10.1038%2Fs41586-025-09661-0

男性須比女性多鍛煉一倍，才能獲得同等心臟益處

一項基于超8.5萬名參與者數據的大規模研究顯示，女性在預防冠心病和降低死亡風險方面，從體育鍛煉中獲得的收益遠高于男性。這一發現對現行的“一刀切”運動指南提出了挑戰。

10月27日發表在《自然-心血管研究》（Nature Cardiovascular Research）上的這項研究顯示，女性運動獲益的“性價比”更高。在冠心病（CHD）預防方面，要達到30%的風險降低，女性每周僅需進行250分鐘的中度至高強度體力活動（MVPA）；而男性則需要530分鐘，是女性的兩倍多。

這一發現可能對全球公共衛生指南產生重要影響。目前，世界衛生組織（WHO）及美國和歐洲的心臟協會（AHA/ESC）均推薦，無論男女，每周都應進行至少150分鐘的中等至高強度運動。然而，這項新研究表明，這種“一刀切”的方法可能忽視了重要的性別生理差異。

研究團隊分析了英國生物信息庫中超過85000名佩戴手腕活動追蹤器的參與者的數據，以調查運動與冠心病結局關聯的性別差異。在80243名無冠心病史的參與者（45986名女性、34257名男性）中，達到每周鍛煉指南推薦的150分鐘目標的女性參與者，冠心病風險降低22%，男性參與者降低17%。要達到30%的冠心病風險降低，女性每周需活動250分鐘，而男性則需要530分鐘。在5169名有冠心病的參與者（1553名女性和3616名男性）中，遵循指南的女性全因死亡風險降低幅度是男性的3倍。

盡管該研究是觀察性的，不能直接斷言因果關系，但研究者在論文中探討了可能的生理學解釋。這種性別差異可能源于男女在生理上的根本不同，例如循環雌激素水平的差異，以及骨骼肌形態的構成——女性擁有更高比例的I型肌纖維，這可能導致她們的肌肉代謝特征（如更高的氧化能力）與男性（II型肌纖維為主，糖酵解能力更強）不同。

研究人員表示，上述結果有力地證明，在制定體力活動建議時，應充分考慮性別差異。

相關論文：
https://www.nature.com/articles/s44161-025-00732-z

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