中国团队突破困扰百年的“爆炸性”难题 | 科技周览

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中国团队突破困扰百年的“爆炸性”难题 | 科技周览

返朴
1小时前

整理 | 周舒义、平生

限糖从娃娃抓起，心脏可终身获益

“生命最初1000天”（从受孕到两岁）是一个关键窗口期，这一阶段的营养状况对人一生的健康有着深远影响。一项发表在《英国医学杂志》（The BMJ）上的最新研究发现，在这一关键时期限制糖摄入，能够显著降低成年后患多种心血管疾病的风险。

这项研究巧妙地利用了一个历史事件——英国在二战后实施的糖配给制。该制度于1953年9月结束，为科学家提供了一个“自然实验”的机会。在配给制期间，成人每日糖摄入量被限制在40克以下，而2岁以下婴幼儿则不允许摄入添加糖。这与世界卫生组织（WHO）和美国心脏协会（AHA）当前的膳食指南惊人地一致。

研究人员分析了来自“英国生物样本库”（UK Biobank）的63433名参与者的数据，他们出生在1951年10月至1956年3月期间。研究团队根据出生日期，将参与者分为在生命早期经历过不同时长糖配给制的群体，以及从未经历过配给制（出生于1953年9月之后）的群体。

结果显示，与那些从未经历过限糖的人相比，在“生命最初1000天”（从受孕到两岁）都经历了糖配给制的群体，其心血管疾病风险显著降低：总体心血管疾病风险降低20%，心肌梗死（心脏病发作）风险降低25%，中风风险降低31%，心血管疾病死亡风险降低27%。不仅如此，早期限糖还将心血管疾病的发病年龄平均推迟了约2.53年。

对部分参与者进行心脏磁共振成像（MRI）发现，经历过早期限糖的个体，其心脏功能指标（如左心室射血分数和每搏输出量指数）有轻微但显著的改善，表明他们的心脏结构和功能更优。

研究人员进一步探索了这种保护效应背后的机制。分析表明，关键之处在于生命早期的糖限制降低了成年后患糖尿病和高血压的风险，而这两者是心血管疾病的主要风险因素，其联合作用解释了约31.1%的心血管益处。出生体重的作用则微乎其微（仅解释了2.2%的关联）。

该研究结论强有力地支持了在生命最初1000天限制糖摄入的公共卫生政策。研究者认为，这一关键窗口期的营养干预，特别是限制添加糖的摄入，可能为个体带来终生的心血管健康益处。

相关论文：https://doi.org/10.1136/bmj-2024-083890

化学合成迎来安全变革：新研究“拆除”百年经典反应的爆炸风险

10月28日，国科大杭州高等研究院张夏衡团队在《自然》（Nature）发表论文，成功开发了一种全新的化学合成策略，使用N-硝胺作为关键中间体，巧妙地绕开了化学合成中沿用百年但极具爆炸风险的重氮盐途径。该方案仅需使用实验室中常见普通的试剂，即能高效实现目标产物公斤级的规模化合成，为医药和材料合成提供了一个更安全、高效、通用的新工具。

在现代医药、农药和功能材料的研发中，芳香胺（aromatic amines）是一类无处不在的核心结构单元。如何将芳香胺分子上的氨基（-NH₂）安全、高效地转化为其他官能团（如卤素、氰基、硫基等），是合成化学中的一个基础且关键的课题。

一个多世纪以来，化学家们主要依赖于经典的桑德迈尔反应（Sandmeyer reaction）。该方法需要先将芳香胺转化为名为“重氮盐”的中间体，进而利用重氮化合物的高反应活性开展后续转化。然而，重氮盐极其不稳定，在干燥状态下或受到轻微的摩擦、撞击时易发生爆炸，在储存、运输和工业化生产中构成了巨大的安全隐患。这一“爆炸性”难题，困扰了化学界一百多年。

新研究提出了一种能够高效将惰性芳香碳-氮键直接转化为多种重要化学键（包括碳-卤素键、碳-氧键及碳-碳键等）的全新方法。研究人员利用芳香胺在硝酸介导下原位形成N-硝胺中间体，这个中间体会进一步转化，脱除一氧化二氮（N₂O），并产生高活性的“芳基阳离子”等价物。该高活性物种可以被亲核试剂捕获，从而实现芳香C−N键向多种C−X键以及C−C键的高效直接转化。

“我们发现N-硝胺是一种理想的中间体，”论文作者解释说，“它既足够活泼来启动反应，又不像重氮盐那样具有爆炸危险，从而完美地平衡了反应活性和操作安全性。”

与经典的Sandmeyer反应条件相比，新方法在药物合成中常用的多氮杂环体系里展现出显著优势；与其他脱氨官能化方法相比，此策略的核心优势在于仅凭实验室极易获取的简单试剂，就实现了出色的通用性：几乎适用于所有类型的药用杂芳胺及电性、结构各异的苯胺衍生物，不受氨基位置限制，并且能够以简易操作实现公斤级的规模化生产。

芳香胺的直接脱氨官能团化反应 | 国科大杭州高等研究院

此外，为进一步提高操作便捷性，该研究还开发了“一锅法”脱氨交叉偶联策略。只需在脱氨反应中间体中直接加入相应的偶联试剂，即可在同一反应体系中完成多种交叉偶联反应，包括Negishi偶联、还原交叉偶联、Ullmann-Ma反应、Buchwald-Hartwig反应、金属光氧化还原催化、Hirao反应及磺酰化反应等。这为从易得原料快速构建复杂分子开辟了新途径，对药物化学领域的研发工作具有重要推动作用。

相关论文：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09791-5

睡不好，减肥更难？新研究揭示每晚睡7-9小时有利减肥

芬兰一项针对成年减重人群的新研究显示，睡眠质量与体重管理密切相关，睡眠质量、时长和个人的“生物钟”类型（即“晨型人”或“夜猫子”），都可能显著影响人们的减重效果。

简而言之，每晚睡7至9小时者在减重方面表现最佳，睡得太少、患有睡眠呼吸暂停或习惯晚睡的人，减肥可能更困难。

芬兰赫尔辛基大学等机构的研究人员近期在《肥胖医学》（Obesity Medicine）上发表论文介绍，他们研究了芬兰“体重管理之家”健康减重指导项目的1800多名成年参与者，这些人在为期一年的数字化生活方式干预中，记录了体重变化以及睡眠时长、昼夜节律、日间清醒度、睡眠呼吸暂停发生情况等数据。

分析发现，睡眠时长与减肥效果可能存在一种“U型”关系。与每晚睡7-9小时的参与者相比，睡眠时间少于7小时或超过9小时的人，体重减轻的效果较差。此外，早睡早起的人平均减重效果优于晚睡晚起的人，存在睡眠呼吸暂停状况的人减重幅度较小，白天精力充沛、清醒度高的人减重效果更明显。

研究作者总结道，这项研究结果强调了在减肥过程中关注睡眠健康的重要性。对于正在尝试通过改变生活方式来减肥的人来说，仅仅关注饮食和运动可能还不够。确保充足且规律的睡眠、积极解决睡眠呼吸暂停等问题，以及尝试调整晚睡的作息习惯，都可能是提高减重成功率的关键因素。

相关论文：https://doi.org/10.1016/j.obmed.2025.100653

弓头鲸何以长寿，这种蛋白质是关键

弓头鲸（Balaena mysticetus）是地球上最长寿的哺乳动物之一，寿命可超过200年。10月29日发表在《自然》（Nature）上的一项新研究揭示了其非凡长寿的秘密：一种在低温下被激活的特殊蛋白质（CIRBP），它能高效修复受损的DNA。这一发现不仅解释了弓头鲸为何长生且不易患癌，也可能为延长人类寿命和预防相关疾病提供了新的思路。

弓头鲸的寿命可超过200年，这部分归功于一种高效的DNA修复蛋白。| 图片来源：Tony Wu/Nature Picture Library

弓头鲸生活在寒冷的北极海域，体重可达8万公斤，体表覆盖着近半米厚的鲸脂。这种庞然大物能在冰冷的海水中存活两个多世纪，这本身就是一个生物学奇迹。通常，体型大、寿命长的动物，其细胞分裂次数更多，理论上会积累更多DNA损伤，患癌症的风险也应该更高。然而，弓头鲸却似乎摆脱了这一规律。

为了解开这个谜团，美国罗切斯特大学生物学家Vera Gorbunova等人领导研究团队展开探索。由于弓头鲸体型巨大且是濒危物种，无法在实验室中饲养，研究团队转而与阿拉斯加北部的因纽皮亚克村民合作。村民们在合法的捕猎活动后，会预留一些组织样本，再由研究人员长途跋涉取回实验室进行细胞培养。

研究人员在对比弓头鲸细胞和人类细胞时发现了一个有趣的现象：弓头鲸细胞修复受损DNA的能力远超人类细胞，因此其基因突变率也更低。深入研究发现，这种超强修复能力的关键在于一种名为CIRBP的蛋白质，这种蛋白质在弓头鲸生活的冰冷海水中会被激活，高效地修补断裂的DNA。

为验证这一发现，研究人员将弓头鲸的CIRBP蛋白引入到实验室培养的人类细胞中，结果显示，这些人类细胞的DNA修复能力也得到了显著提高。此外，在果蝇身上进行的实验表明，表达这种蛋白质的果蝇不仅寿命更长，还表现出更强的抗辐射能力。

上海同济大学的分子生物学家毛志勇（音译）（未参与此项研究）评论说：“这项研究告诉我们，通过改善DNA修复来提高基因组稳定性，是实现这种极端长寿的非常有效的策略。”

尽管将CIRBP的机制完全应用于人类还需要大量的后续研究，但Gorbunova对未来充满希望。她表示：“这项研究最激动人心的一点是，它证明了（我们的身体机能）还有提升的空间。我们可以让自己的DNA修复变得更好。”

相关论文：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09694-5

网友“二极管”增多，是因为社交联系更紧密

你可能也碰到过“二极管”式的观点：非黑即白、两极分化。这种过度简化的思维拒绝复杂性和不同意见，往往基于情绪驱动和立场先行，将讨论氛围推向对立和极端。一项发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS) 上的新研究指出，全球社会氛围“二极管”化日益严重，可能源于一个近十几年才发生的社会行为转变：人们的亲密朋友数量显著增加。

来自奥地利复杂性科学中心（CSH）的研究人员发现，2008年至2010年间，社会极化程度急剧上升与人们的亲密朋友数量上升在时间上显著重合，这恰好是社交媒体平台和智能手机普及的时间。

研究人员使用了皮尤研究中心（Pew Research Center）的超过2.7万份调查数据。他们发现，从1999年到2017年，人们的政治态度变得更加“一边倒”。例如，“铁杆”自由派受访者从1999年的14%上升到2017年的31%；“铁杆”保守派受访者从1999年的6%上升到2017年的16%。“越来越多的人明确将自己划归某一阵营，而不是自由和保守观点的中间地带。”论文作者、CSH的Markus Hofer说。“而且这种加剧是在2008年至2010年间突然发生的。”论文作者Stefan Thurner补充道。

与此同时，研究人员综合了来自欧洲和美国的30项不同调查，共涉及超过5.7万名受访者，数据一致表明，人们亲密朋友的平均数量从2000年的2.2个增加到2024年的4.1个。

这两个现象之间有关联吗？研究人员构建了一个基于经验数据的数学社会模型，发现当社交网络中的连接变得更密集时，群体内部的两极分化几乎不可避免会急剧上升。模型显示，当平均密友数量超过某个临界值（研究估计在3到4人之间）时，社会就会突然从一个相对融合的状态，转变为一个高度极化和碎片化的状态。研究者将这种社会结构的突然转变比喻为“相变”——就像水在特定温度下突然结成冰。“这些‘信息茧房’之间几乎没有沟通的桥梁，即使存在，也往往是负面，甚至敌对的。”

论文作者Jan Korbel解释说：“当人们与更多人建立联系时，他们会更频繁地遇到不同意见。这不可避免会导致更多冲突，从而加剧社会两极分化。”Thurner提出了一个“宽容度”机制来解释其心理动因：“如果我只有两个朋友，我会尽一切努力留住他们——因此对他们非常宽容。但是，如果我有五个朋友，当与其中一个发生矛盾时，我更容易结束这段友谊，因为还有‘备胎’，就不再需要那么宽容了。”当这种行为模式扩展到整个社会时，社会整体的宽容度就会下降，从而加剧群体分裂。

相关论文：http://dx.doi.org/10.1073/pnas.2517530122

这种贴片满含病毒，却能杀灭食物中99.9%的细菌

食物中毒是全球性的公共卫生难题，每年导致数亿人患病。近日，一项发表于《科学进展》（Science Advances）的研究为解决这一问题提供了新思路：科学家们开发出一种微针贴片，能将噬菌体直接注入食物内部，从而高效杀灭有害细菌。实验显示，将这种比指甲盖还小的贴片贴在煮熟的鸡肉上，能够消灭鸡肉内外99.9%的大肠杆菌。

噬菌体是一种病毒，能够特异性感染并杀死细菌，因此具有强大的抗菌作用。含有这类病毒的微针贴片可以清除引起食物中毒的细菌。| SCIEPRO/Science Source

目前，食品工业主要依赖抗生素（用于畜牧业）和化学洗涤剂（用于食品生产线）来控制细菌。然而，这些方法存在明显缺陷：抗生素的滥用导致了超级耐药菌株的出现；而化学洗涤剂则“不分敌我”，在杀死有害细菌的同时，也会清除对食物风味、质地至关重要的有益细菌。

虽然美国食品药品监督管理局（FDA）自2006年起就批准使用噬菌体喷雾来清洁即食肉类表面，但这种方法的局限性也很明显——它只能处理食物“表面”的细菌，对于藏匿在食物内部（如肉类缝隙或奶酪孔洞中）的病原体却无能为力。

为了让噬菌体能够深入食物内部，加拿大麦克马斯特大学（McMaster University）的生物工程师Zeinab Hosseinidoust及其博士生Akansha Prasad领导的团队，将目光投向了常用于医疗和化妆品领域的“微针”技术。

研究团队设计了一种由聚合物制成的微针贴片。贴片上的针头细如缝纫针，装载了数万亿的噬菌体，当贴片被按压在食物（如生牛排或桃子）上时，这些微针会穿透食物表面，将噬菌体“大军”直接输送到细菌潜伏的内部区域。

实验表明，这种贴片将生牛排中的大肠杆菌含量减少了近99%；将熟鸡肉中的大肠杆菌含量降低了99.9%。相比之下，同样涂有噬菌体但不加针头的扁平贴片，仅能消除约75%的细菌。在模拟真实污染情景时，研究人员使用了混合多种噬菌体的贴片（同时针对大肠杆菌和沙门氏菌），分别将两种细菌减少了96.5%和99.4%。

尽管潜力巨大，但这项技术从实验室走向市场仍面临两大挑战。

首先是这种方法不够“广谱”。噬菌体的攻击具有高度特异性，一种噬菌体通常只能杀死特定菌株。而现实世界中的食物污染是复杂的，可能需要一个包含许多种噬菌体的“超级鸡尾酒”贴片才能有效应对所有潜在威胁。但不同噬菌体之间会相互干扰，而且这种情况经常发生。

其次是温度问题。华盛顿州立大学生物材料工程师Kang Huang（未参与此项研究）表示，许多噬菌体在10°C至40°C的温和环境下活性最高，但大多数肉类和奶酪产品都储存在4°C的冷藏环境中，他担心低温会显著降低噬菌体的杀菌效率。不过初步测试显示，该贴片在4°C下存放一周后仍保持了完整的抗菌能力，但这需要更长时间的测试来验证。

研究人员的最终设想是，将这种微针技术无缝集成到食品包装中——例如，取代肉类托盘中的吸水垫，或者作为沙拉包装袋的内衬，在食物的运输和储存过程中持续提供保护。“噬菌体是安全的，而且早已存在于我们周围的环境中。这方面我们还需要做大量的教育工作。”

相关论文：https://doi.org/10.1126/sciadv.adx6918

1种血清抵御17种致命蛇毒

10月29日发表于《自然》（Nature）的一项研究中，科学家们利用来自美洲驼和羊驼的抗体，成功研制出一种新型的广谱抗蛇毒血清。小鼠实验显示，这种血清能够中和来自17种致命毒蛇的毒液，并显著减少毒液对皮肤造成的损伤。

被毒蛇咬伤的后果可能会很严重。据估计，仅在撒哈拉以南的非洲地区，每年就有约30万例蛇咬事件，造成约2万人丧生，另有约1万人因毒液导致的组织坏死而截肢。

目前主流的抗蛇毒血清疗法依赖于已沿用上百年的一项技术：向马等大型动物注射小剂量蛇毒，待其产生抗体后，再提取血浆用于治疗。然而，这种疗法存在诸多局限性。首先，它通常只对特定的一种蛇毒有效，但受害者往往难以准确辨认是哪种蛇咬伤了自己，这给及时治疗带来了巨大困难。其次，马血浆中的多种蛋白质会被人体免疫系统识别为外来物，容易引发严重的不良免疫反应。更关键的是，传统抗毒血清无法有效阻止蛇毒引发的局部组织坏死，而这正是导致大量患者截肢的主要原因。

为了开发广谱抗蛇毒血清，来自丹麦技术大学等机构的研究团队利用了骆驼科动物（包括美洲驼和羊驼）产生一种特殊“纳米抗体”的能力。这种纳米抗体比常规抗体小得多，使其能更好地穿透组织，与那些导致组织坏死的毒素结合。

研究人员向一只美洲驼和一只羊驼注射了来自非洲18种最危险的眼镜蛇科毒蛇的毒液。随后他们从这两种动物体内分离出了多种纳米抗体，并筛选出其中的8种，将它们组合成一种“鸡尾酒”血清。

在小鼠实验中，这种新型抗毒血清展现出了强大的保护力。它成功中和了18种目标蛇毒中的17种，并显著减少了毒液对皮肤造成的损伤，效果优于目前广泛使用的“Inoserp PAN-AFRICA”抗毒血清。

论文写道，某些蛇类的毒液可能包含多达上百种不同的毒素，此前科学界普遍认为，要研制广谱抗蛇毒血清，可能需要“种类多到不切实际的抗体”。而这项新研究表明，仅需8种纳米抗体的组合就足以对抗多种蛇毒。这预示着为蛇咬高发地区开发类似的广谱疗法是完全可能的。

英国班戈大学的进化生物学家Anita Malhotra评论称，该疗法在减少组织坏死方面的能力“非常了不起”，因为“在蛇咬治疗中，保住生命固然重要，但避免截肢或肢体功能丧失，是一个同样严重却常被忽视的问题。”

不过研究团队也提到，这种纳米抗体在体内的分解速度较快，未来还需要进一步研究以确保其在大型动物（包括人类）体内持久发挥作用。

相关论文：https://doi.org/10.1038%2Fs41586-025-09661-0

男性须比女性多锻炼一倍，才能获得同等心脏益处

一项基于超8.5万名参与者数据的大规模研究显示，女性在预防冠心病和降低死亡风险方面，从体育锻炼中获得的收益远高于男性。这一发现对现行的“一刀切”运动指南提出了挑战。

10月27日发表在《自然-心血管研究》（Nature Cardiovascular Research）上的这项研究显示，女性运动获益的“性价比”更高。在冠心病（CHD）预防方面，要达到30%的风险降低，女性每周仅需进行250分钟的中度至高强度体力活动（MVPA）；而男性则需要530分钟，是女性的两倍多。

这一发现可能对全球公共卫生指南产生重要影响。目前，世界卫生组织（WHO）及美国和欧洲的心脏协会（AHA/ESC）均推荐，无论男女，每周都应进行至少150分钟的中等至高强度运动。然而，这项新研究表明，这种“一刀切”的方法可能忽视了重要的性别生理差异。

研究团队分析了英国生物信息库中超过85000名佩戴手腕活动追踪器的参与者的数据，以调查运动与冠心病结局关联的性别差异。在80243名无冠心病史的参与者（45986名女性、34257名男性）中，达到每周锻炼指南推荐的150分钟目标的女性参与者，冠心病风险降低22%，男性参与者降低17%。要达到30%的冠心病风险降低，女性每周需活动250分钟，而男性则需要530分钟。在5169名有冠心病的参与者（1553名女性和3616名男性）中，遵循指南的女性全因死亡风险降低幅度是男性的3倍。

尽管该研究是观察性的，不能直接断言因果关系，但研究者在论文中探讨了可能的生理学解释。这种性别差异可能源于男女在生理上的根本不同，例如循环雌激素水平的差异，以及骨骼肌形态的构成——女性拥有更高比例的I型肌纤维，这可能导致她们的肌肉代谢特征（如更高的氧化能力）与男性（II型肌纤维为主，糖酵解能力更强）不同。

研究人员表示，上述结果有力地证明，在制定体力活动建议时，应充分考虑性别差异。

相关论文：https://www.nature.com/articles/s44161-025-00732-z

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