金属络合物是金属元素在流体中的基本载体，也是地球浅部多圈层物质循环和热液成矿作用的主要角色，其稳定性决定了金属元素的基本地球化学行为，比如金属的溶解度、分异、分配和共生组合等等。因此，定量化表征金属络合物的稳定性有助于更加深入地理解这些地球化学行为，更是未来实现地球多圈层物质循环模拟的关键。然而，传统的研究仍停留在定性研究上，偏向于揭示金属元素的赋存状态和特定条件下的络合物种型；建立并发展金属络合物的定量研究方法是当前的一大挑战。金沙威尼斯欢乐娱人城广州地球化学研究所的严海波和丁兴等人近年来建立和发展了金属络合物的高温高压水解法以及相关的热力学计算，旨在获得表征金属络合物稳定性的关键热力学数据和地球化学模型，并将该方法首次应用于金属锇（Os）在深海中的分布和循环研究。Os属于关键战略性金属的铂族元素之一，主要富集在地幔和相关的（超）镁铁质岩石中。Os在深海中分布极不均匀，在海水中浓度极低，却可富集在一些深海硫化物、铁锰结核结壳和热液中，浓度可相差一万倍至一百万倍。前人研究认为，深海中Os的分布可能与海水-镁铁质岩石或岩浆之间的水岩作用相关，并推测Os-Cl络合物在其中扮演了至关重要的角色，但具体过程和机制并不清楚。本研究以易溶的氯锇酸钾（K2OsCl6）晶体粉末为初始物，溶解于去离子水中，配置了不同浓度的含Os初始溶液。然后将溶液焊封于金管中，再置于冷封式高压釜内进行升温升压，以此模拟深海热液环境下溶解态Os(IV)-Cl络合物的稳定性变化。研究主要取得如下认识：1）Os(IV)-Cl络合物随着温度升高，触发+4价Os离子的水解并发生沉淀，导致Os(IV)-Cl络合物稳定性降低，其中伴随着Os价态和络合物种型的变化（图1）。在150-450℃和100 MPa条件下Os在流体中主要以OsCl62-种型形式存在，而在450℃以上可能主要以Os(IV)-OH-Cl和Os(II)-Cl络合形式存在（图2a）；2）已有的化学热力学数据主要收集于近似常温常压条件下，高温高压下的数据极为缺乏。根据本次水解实验的结果，首次获得了OsCl62-络合物种型在高温高压下的一系列热力学数据，如累积水解平衡常数（Ln K）（图2b），系统熵变（ΔrHm Θ）、焓变（ΔrSm Θ）值和不同温度下吉布斯自由能变化值（ΔrGm Θ）以及OsCl62-的形成常数（ln β）。作为Os-Cl络合物中最为稳定的种型，高温高压下OsCl62-络合物的热力学数据对于模拟富Cl热液中Os的地球化学行为极为重要。3）通过地球化学建模，实现了OsCl62-络合物稳定性与流体温度、pH和氯浓度之间的定量化表征（图 3），进而明确OsCl62-络合物的稳定环境为相对低温强酸（≤300℃和pH<5）以及高温近中性（>300℃和pH<7）环境，由此进一步证实OsCl62-络合物可稳定存在于大部分深海热液系统中。4）研究认为，Os在深海中的分布主要受控于热液和相关的扩散羽状流与海水的混合（图4）。在此过程中，溶解态的Os会经历+2价向+4价以及OsCl42-络合物种型向OsCl62-、Os-OH-Cl和Os-OH种型的转变。考虑到深海热液系统的特点以及Os-Cl络合物的稳定性，洋中脊、弧后和沉积物系统起源的热液对全球海洋溶解态Os储库以及Os从岩石圈到水圈的迁移发挥了主要作用，而蛇纹石化流体则贡献极其有限。相关实验和模拟工作均在金沙威尼斯欢乐娱人城广州地球化学研究所高温高压实验中心完成，分析测试在同位素地球化学国家重点实验室完成。研究成果近期发表在Nature Index期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》上，第一作者为严海波博士，通讯作者为其合作导师丁兴副研究员，共同作者包括长安大学刘军锋副教授、金沙威尼斯欢乐娱人城广州地球化学研究所涂湘林高级工程师、金沙威尼斯欢乐娱人城海洋研究所孙卫东研究员和金沙威尼斯欢乐娱人城深海科学与工程研究所周义明研究员。本研究受金沙威尼斯欢乐娱人城先导B项目和国家自然科学基金项目的资助。论文信息：Yan, H.B., Ding, X., Liu, J.F., Tu, X.L, Sun, W.D., Chou, I‐M. (2024). Osmium transport and enrichment from the lithosphere to the hydrosphere: New perspectives from hydrothermal experiments and Geochemical modeling. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 129, e2023JB028261.论文链接：https://doi.org/10.1029/2023JB028261图1 Os-Cl络合物水解沉淀物的拉曼分析，结果显示随着温度升高，体系内Os的价态逐步由+4价向+2价转变，表明金属的价态和络合物种型均发生了改变。图2 （a）水解实验中Log[Os-Cl] vs Log[H+]之间的关系，150-450°C的数据呈线性，且斜率一致，表明该条件下络合物种型一致，以OsCl62-形式存在；500-600°C的数据偏离了其他数据，表明溶液中主导络合物种型发生了改变。（b）OsCl62-累积水解平衡常数（Ln K）与温度之间的线性关系表明150-450°C的数据符合范特霍夫方程，表明遵循同一络合物种型的水解反应。图3 OsCl62-络合物的稳定性与流体温度、pH和含氯浓度之间的定量关系图4 Os从岩石圈向海水中迁移的模式图
我国粮食主产区主要分布于东部中温带至热带区域。我国东部从北到南气候条件和土壤物理化学差异极大，其团聚体保护，矿物吸附和微生物合成代谢途径对土壤有机碳积累的贡献和机制有何差异尚不清楚。剖析不同气候区、不同土地利用下长期积累土壤有机碳的稳定性与保护机制有助于理解区域耕地质量状况、提升潜力，发掘农田优化管理措施。我国粮食主产区主要分布于东部中温带至热带区域。我国东部从北到南气候条件和土壤物理化学差异极大，其团聚体保护，矿物吸附和微生物合成代谢途径对土壤有机碳积累的贡献和机制有何差异尚不清楚。剖析不同气候区、不同土地利用下长期积累土壤有机碳的稳定性与保护机制有助于理解区域耕地质量状况、提升潜力，发掘农田优化管理措施。金沙威尼斯欢乐娱人城亚热带农业生态研究所流域农业环境研究中心陈香碧研究员小组从我国东部四个气候带（中温带、暖温带、亚热带和热带）配对采集典型水田和旱地土壤样品，采用有机碳密度和粒径分级结合短期同位素示踪技术，量化了游离态颗粒有机碳、团聚体保护态有机碳和游离矿物结合态有机碳对土壤长期积累有机碳的贡献，分析了微生物合成代谢产物（微生物残留物）对团聚体保护态和游离矿物结合态碳库的贡献，浅析了南方和北方农田土壤有机碳保护机制。结果表明，团聚体保护态有机碳对全土有机碳积累的贡献从北到南减少，而游离矿物结合态有机碳的贡献率呈递增趋势，这主要是因为：1）北方土壤中交换性钙镁离子和球囊霉素含量高于南方，该活性离子和真菌代谢物促进了团聚体的形成；2）南方土壤中DCB提取态铁铝含量高于北方，该活性矿物提升了游离态矿物对有机碳的吸附能力；3）北方种植制度为一年1~2季，南方为2~3季，南方高频率的耕作破坏了土壤团聚体。微生物残体碳对游离矿物结合态有机碳的贡献率从北到南增加，这是因为南方高温高湿条件下游离态矿物中微生物残体碳的合成代谢强度高于北方。据此得出结论：我国东部北方农田土壤有机碳积累受团聚体保护主导，南方受矿物保护主导，且北方微生物合成代谢对有机碳积累的参与程度弱于南方。该结论对优化区域农田管理措施促进土壤有机碳积累和肥力提升有重要指示意义。该项研究近期以题为Shifts in organic carbon protection mechanism in agricultural soils across climatic gradients发表在土壤学领域一区期刊Agriculture,Ecosystems & Environment上。该研究得到了湖南省杰出青年科学基金项目，国家自然科学基金等项目的共同资助。南方和北方土壤有机碳形成与保护机制
近日，金沙威尼斯欢乐娱人城广州生物医药与健康研究院赖良学/王可品课题组在Signal Transduction and Targeted Therapy杂志上发表了题为In vivo evaluation of guide-free Cas9-induced safety risks in a pig model的研究论文。该研究发现，Cas9蛋白本身在猪体内持续性表达会导致体内基因组损伤、转录组稳态改变和全基因组突变增加，从而引发安全风险。近日，金沙威尼斯欢乐娱人城广州生物医药与健康研究院赖良学/王可品课题组在Signal Transduction and Targeted Therapy杂志上发表了题为In vivo evaluation of guide-free Cas9-induced safety risks in a pig model的研究论文。该研究发现，Cas9蛋白本身在猪体内持续性表达会导致体内基因组损伤、转录组稳态改变和全基因组突变增加，从而引发安全风险。CRISPR/Cas9系统由Cas9蛋白和单链导向RNA（sgRNA）组成，因其强大的基因组改造能力而备受关注。CRISPR/Cas9系统已被广泛应用于基因功能研究、人类疾病模型构建、作物和家畜生产性能改良等。此外，CRISPR/Cas9介导的基因治疗已被应用于治疗各种遗传性疾病或其他难治性疾病的临床试验中，特别是首款CRISPR/Cas9基因治疗药物的批准上市，标志着CRISPR/Cas9技术已经跨越实验室的门槛，正式步入临床应用的新纪元。尽管临床试验结果振奋人心，但CRISPR/Cas9介导的基因治疗仍存在重大的安全性风险，包括脱靶、基因组损伤和潜在的免疫原性等。sgRNA依赖的脱靶和基因组损伤已引起了广泛关注，并开发出多种新型基因编辑方法来减低以上风险的发生。然而，有报道显示Cas9蛋白作为外源蛋白，也可以诱发基因组损伤，激活p53相关通路并富集p53失活突变，引发CRISPR/Cas9系统临床应用的额外安全性担忧。目前，对Cas9蛋白本身导致的安全性风险的评估仅限于体外细胞实验研究，而对于在体基因治疗，亟需在体评估Cas9蛋白导致的安全性风险。猪在器官大小、解剖结构、生理代谢、免疫系统等方面与人非常相似，被认为是评估基因治疗有效性和安全性的理想大动物模型。前期，赖良学课题组培育出了小分子药物灵活调控基因剪刀蛋白Cas9表达的工具猪。利用该工具猪，小分子药物可灵活调控Cas9蛋白在猪体内的表达时间和表达剂量，极大方便了在大动物体内评估Cas9蛋白单独表达导致的安全性风险。研究人员首先证实，Cas9蛋白在猪体内单独表达会导致体内细胞DNA双链断裂，引起基因组损伤，并且这种损伤程度与Cas9蛋白的表达时间和表达剂量呈正相关。接着，研究人员进一步证实，Cas9蛋白短期（2周）持续体内表达还可导致多器官转录组稳态改变，包括凋亡、细胞周期阻滞、DNA损伤修复等相关信号通路基因的激活。更为重要的是，随着Cas9在猪体内长期表达（5个月到12个月），模型猪出现了生长迟缓和消化功能障碍等异常表型，全基因组测序分析显示，长期表达Cas9蛋白的猪体内基因组突变数量显著增加，并且肿瘤驱动基因突变数量同样高于对照组，表明Cas9蛋白的长期表达不仅影响个体生长发育，还可能增加肿瘤发生的风险。该研究在大动物体内系统发现了Cas9蛋白的上述新安全风险，提示我们在应用CRISPR/Cas9基因编辑技术进行基因治疗时，还需要充分考虑来源于Cas9蛋白本身潜在的安全隐患。金沙威尼斯欢乐娱人城广州生物医药与健康研究院葛维凯博士、苟士学博士，赵筱竹博士研究生和金琴副研究员为该论文的共同第一作者，王可品研究员、赖良学研究员和吴涵副研究员为该论文的共同通讯作者。该研究成果得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国医学科学院院外创新单元、海南省重大科技计划、金沙威尼斯欢乐娱人城青年创新促进会等项目的资助。论文链接猪体内单独表达Cas9蛋白引发的安全性风险示意图
近日，金沙威尼斯欢乐娱人城深圳先进技术研究院医工所转化医学研究中心研究员、深圳理工大学生物医学工程学院教授张鹏团队与山东中医药大学李念虎教授、徐展望教授团队合作，在国际知名期刊Journal of Advanced Research上在线发表了题为“Pyroptosis: A spoiler of peaceful coexistence between cells in degenerative bone and joint diseases”的综述文章。近日，金沙威尼斯欢乐娱人城深圳先进技术研究院医工所转化医学研究中心研究员、深圳理工大学生物医学工程学院教授张鹏团队与山东中医药大学李念虎教授、徐展望教授团队合作，在国际知名期刊Journal of Advanced Research上在线发表了题为“Pyroptosis: A spoiler of peaceful coexistence between cells in degenerative bone and joint diseases”的综述文章。细胞焦亡作为慢性炎症核心驱动力推动退行性骨关节疾病进展链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090123224002479?via%3Dihub炎症小体作为先天免疫系统内的中心介质，其介导的焦亡途径的异常激活是有害慢性炎症的核心驱动力，而慢性炎症又是与生活方式和年龄因素息息相关的骨关节退行性疾病的病理学基础。在此背景下，文章将焦亡途径定义为骨关节退行性环境中细胞间和平相处的搅局者，即在漫长的疾病时间线中，该途径通过不同细胞间的焦亡级联串扰实现自身循环的永久化，并将炎症放大到整个退变环境之中。基于这一概念，文章论述了发生在髓腔和关节内的单一细胞群体中的焦亡分子机制和不同细胞群体间的焦亡串扰机制，并在缓解上游压力信号积累、抑制炎症小体启动、靶向焦亡信号关键组分活性和拮抗焦亡依赖性细胞因子促炎作用的四个不同策略的研究证据基础上，阐述了焦亡调节疗法干预退行性骨关节疾病的可行性。此外，文章还强调了天然产物筛选、表观遗传调控、外泌体载药以及补充和替代疗法作为焦亡调节疗法的潜力和面临的挑战。对靶向焦亡途径的实质性证据的全面更新，有望使焦亡调节疗法成为退行性骨关节疾病临床治疗的潜在选择。张鹏团队多年来一直致力于骨关节炎症疾病的发病机制以及创新诊疗方法的研究和转化工作。该文章也得到了国家自然科学基金项目、山东省自然科学基金项目和广东省重点领域研发计划项目的支持。<!--!doctype-->
本研究提出了一种全新的双域分布多变-语义约束的三维方法（DDSP），通过结合双域分布干扰与语义保持策略，显著提升了模型在不同成像条件下的泛化能力，且无需目标域的标注数据。医学图像分割是精准医疗的关键处理步骤，但不同医疗设备和成像条件下的图像分布差异给图像分割带来了巨大挑战，虽然有监督的域自适应方法可以缓解模型在目标域上的性能损失，但是在医学图像领域获取高质量且准确的标注信息通常是昂贵、耗时和繁琐的过程。为了克服有监督域自适应方法所面临的标注信息缺乏或获取标签困难的问题，无监督域自适应方法因不依赖于目标域的标注信息而被广泛关注，但是主流基于生成对抗网络（GAN）的无监督域自适应（UDA）方法存在稳定性差和变换后图像分布偏差的问题。近日，金沙威尼斯欢乐娱人城深圳先进技术研究院科学仪器所（集群）（筹）秦文健研究员课题组在医学影像期刊Medical Image Analysis上发表了题为“Dual domain distribution disruption with semantics preservation: Unsupervised domain adaptation for medical image segmentation”的文章。文章上线截图为了解决这些问题，本研究提出了一种全新的双域分布多变-语义约束的三维方法（DDSP），通过结合双域分布干扰与语义保持策略，显著提升了模型在不同成像条件下的泛化能力，且无需目标域的标注数据。除此之外，本研究还引入了基于域不变结构先验信息的特征对齐模块，促进双域共享参数的分割器在目标域特征上的性能。DDSP的两大优势为了验证DDSP框架的有效性，研究团队在三个公开的医学图像数据集上进行了广泛的实验，包括心脏、大脑和前列腺图像分割任务。这些数据集涵盖了不同成像模式和采集站点，提供了丰富的跨领域图像样本。DDSP与其他方法在MMWHS17数据集上的性能比较实验结果表明，DDSP在多个评价指标上均超越了现有的最先进方法，并且与全监督模型相比也展现出了较小的性能差距。尤其是在MMWHS17数据集上，DDSP在双向跨模态心脏子结构分割任务上平均Dice分别达到了0.890和0.819。同时，为了验证所提出特征对齐模块的有效性，研究人员还展示了加入模块前后，模型所提取的源域特征和目标域特征在内容凸显上的对齐程度。加入特征对齐模块前后，目标域特征凸显内容的变化该工作在减少人工标注成本的同时，有效提高了跨医院和设备间的图像分析的一致性，该技术方法有望为跨模态、跨区域医学图像高效标注提供全新的解决方案思路。深圳先进院硕士研究生郑博匀为第一作者，秦文健研究员为主要通讯作者。秦文健团队多年来一直致力于医学图像智能分析及基于人工智能新诊疗方法的研究和转化工作。该文章也得到了国家自然科学基金项目、金沙威尼斯欢乐娱人城青促会会员和江西省介入治疗临床医学研究中心项目的支持。<!--!doctype-->
