编者按：
科技兴则民族兴，科技强则国家强。为了更好的展现学校科研动态，增强广大科研工作者的认同感、归属感、自豪感，激发科研创新活力、促进学科交叉融合，科学研究院将持续汇总报道校内各单位重要科研进展，诚邀各单位积极来稿。
内容速览
1. 生命科学学院庄诗美教授团队鉴定果糖代谢促进肝癌血管生成和恶性进展的新机制
2. 海洋科学学院孙晓明教授团队于LA-ICP-TOFMS的深海结核关键金属元素分布的快速、高分辨可视化分析取得新进展
3. 农学院陈景光副教授课题组在国际期刊连发3篇学术论文
4. 中山医学院周毅教授团队在IEEE JBHI封面文章报道基于同步时空图注意力网络的癫痫发作预测模型
5. 肿瘤防治中心徐瑞华教授团队提出高度微卫星不稳定局部晚期直肠癌或可免除手术
01
生命科学学院庄诗美教授团队鉴定果糖代谢促进肝癌血管生成和恶性进展的新机制
高果糖玉米糖浆在饮料和加工食品中的广泛使用，导致果糖的过度摄入，成为肥胖及心脏疾病的诱因之一。肝脏是果糖代谢的主要部位，最容易受到高果糖摄入的影响。 血管生成是肿瘤生长和转移的基础。肝细胞肝癌（下称肝癌）血管生成活跃，导致高发的早期转移和极高的死亡率。临床获批的一线肝癌治疗药物主要为索拉非尼和仑伐替尼等抗血管生成药物，但是它们的疗效有限，亟需鉴定新的血管生成干预靶点。目前，果糖能否被内皮细胞利用，以及果糖代谢在血管生成和血行转移中的作用尚未见报道。
庄诗美课题组利用高通量数据和通路富集分析，发现果糖代谢途径显著富集于肿瘤相关内皮细胞（TECs），并采用肝原位移植瘤和自发肝癌两个体内模型，揭示果糖饲喂可以显著促进肝癌血管生成和肿瘤生长转移。课题组进一步通过特异敲低小鼠内皮细胞中的果糖代谢酶KHK等技术，揭示果糖的过量摄入可能通过促进内皮细胞的果糖代谢，增强肿瘤血管生成。随后的机制研究显示肿瘤低氧微环境以HIF1α依赖的方式，显著提高内皮细胞中SLC2A5和KHK等果糖代谢通路基因的表达，提高其果糖代谢能力，进而增强AMPK信号，促进线粒体呼吸，最终导致内皮细胞的增殖、迁移和管形成。该研究结果提示，限制果糖摄入或靶向果糖代谢通路可能是抑制肝癌血管生成和肝癌进展的潜在策略。
该研究成果以“Fructose metabolism in tumor endothelial cells promotes angiogenesis by activating AMPK signaling and mitochondrial respiration”为题在Cancer Research在线发表。中山大学生命科学学院为第一和通讯作者单位。
来源：中山大学生命科学学院
“庄诗美团队鉴定果糖代谢促进肝癌血管生成和恶性进展的新机制”
02
海洋科学学院孙晓明教授团队于LA-ICP-TOFMS的深海结核关键金属元素分布的快速、高分辨可视化分析取得新进展
多金属结核是深海早期成岩过程中最为广泛和关键的金属储库之一。包括钇和稀土元素（REY）在内的关键金属元素具有巨大的经济价值，因此，开展其源-汇过程和富集机制研究至关重要。元素成像是一种地球化学可视化技术，常用于指示元素浓度的空间分布规律，是矿物中元素的富集机制和赋存状态等研究的重要手段。然而，传统元素成像技术的分析时间长且空间分辨率低，其无论在大尺度（几毫米）还是小尺度（几十微米）应用场景中都面临很多问题，仍需改进和优化。
孙晓明教授研究团队采用将低色散剥蚀仓和双同心注射器与激光剥蚀电感耦合等离子体飞行时间质谱（LA-ICP-TOFMS）联用，以40 ×40 µm2和1 ×1 µm2的激光束斑，分别对整个结核（10 mm × 9 mm）和微层结构微区（700 µm × 350 µm）进行元素可视化分析。结果发现，一些金属（如Cu、Co和Ni）的分布模式与Mn相似，结核内层至外层的元素含量呈现先降后增的变化趋势，表明结核的生长过程中可能经历了成岩作用和氧化还原环境的改变。同时也发现，生长边缘微区的稀土元素分布规律与大尺度中的有所差异，说明该类元素在短时间内（一百万年）的富集机制可能有所不同。
该研究结果证实了在软质和多孔的材料上进行LA-ICP-TOFMS元素成像分析的可行性。此外，与传统的LA-ICP-QMS相比，本技术和方法具有的成像时间更短（大、小尺度成像时间仅分别为传统方法的8%和1%），空间分辨率更高（微区成像的激光束斑低至1 µm2）等优点，极大地拓展了深海早期成岩作用样品的地球化学制图技术的应用。
各种成像方法的检出限及空间分辨率（修改自Chew. D, 2021）
该研究成果以“Visualization of critical metals in marine nodules by rapid and high-resolution LA-ICP-TOFMS mapping）”为题发表于期刊Ore Geology Reviews，论文第一作者为硕士生彭锦洲，通讯作者为付宇副教授。
来源：中山大学海洋科学学院
“海院科研动态（74）| 基于LA-ICP-TOFMS的深海结核关键金属元素分布的快速、高分辨可视化分析”
03
农学院陈景光副教授课题组在国际期刊连发3篇学术论文
在传统的水淹栽培模式下，水稻硝化作用受到抑制，NH4+成为根际土壤中最重要的无机氮。过表达NH4+转运蛋白基因OsAMT1.1可显著促进水稻对NH4+的吸收。然而，高浓度NH4+也会使大多数植物物种表现出严重的毒性症状，导致植物生长迟缓和生物量降低。因此，在低NH4+供应水平下提高NH4+的吸收率和在高NH4+供应条件下降低NH4+的吸收率是提高水稻氮素利用率的重要途径。OsNAR2.1主要在植物根中表达，其表达被NO3–促进，但被NH4+抑制。基于此，该研究创建一个OsNAR2.1启动子驱动OsAMT1.1的转基因株系，发现OsNAR2.1启动子可增强的OsAMT1.1的表达，特别在高水平硝酸盐条件下，有助于促进水稻的生长并提高氮素利用效率，增加产量。该研究成果以“OsAMT1.1 Expression by Nitrate-Inducible Promoter of OsNAR2.1 Increases Nitrogen Use Efficiency and Rice Yield”为题发表于Rice Science期刊2023年第3期上。中山大学农学院博士后姜洪真和王雅美博士为第一作者，陈景光副教授和中国水稻研究所高振宇研究员为共同通讯作者。中山大学农学院为第一完成单位。农学院谭金芳教授与李晓云助理教授指导并参与部分研究。
镁（Mg）是植物生长发育的必需元素。作者使用四个水稻亲本系构建的多亲本高级世代间杂交（MAGIC）群体，并通过55K水稻SNP阵列进行基因分型，进行关联分析，定位到了9个与水稻幼苗期Mg2+摄取和易位相关的QTLs。通过对qSMg3和qTrMg3区间进行分析，发现LOC_Os03g04360可能在水稻中Mg2+的吸收、转运和积累中发挥重要作用。进一步转基因验证发现，过量表达LOC_Os03g04360可以显著增加水稻幼苗中的Mg2+浓度，特别是在低Mg2+供应的条件下。该研究成果以“Mapping QTLs and gene validation studies for Mg2+ uptake and translocation using a MAGIC population in rice”为题发表于Frontiers in Plant Science期刊上。联合培养硕士生职帅为第一作者，陈景光副教授和国际水稻研究所的Guoyou Ye高级科学家为共同通讯作者。中山大学农学院为第一完成单位。
水稻是世界上最重要的粮食作物之一，光合作用是制约水稻生产的重要因素，而叶绿素含量以及叶绿体的结构和数量与植物光合作用息息相关。叶色突变体为研究叶绿素合成与降解、叶绿体发育和相关代谢途径的信号转导提供了理想材料。作者以EMS诱变的日本晴（NPB）突变体gry3为研究材料，鉴定分离了GRY3基因并对其调控水稻在高温高光下的叶绿体发育进行研究。该研究揭示了水稻叶绿体生物发生和维持对高温和高光胁迫的反应，为逆境胁迫下植物叶绿体发育和光合响应机制的阐明奠定基础。该研究成果以“Identification of Green-Revertible Yellow 3 (GRY3), encoding a 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase involved in chlorophyll synthesis under high temperature and high light in rice”为题发表于The Crop Journal期刊上。中山大学农学院博士后姜洪真和上海市农业科学院张安鹏博士为该文共同第一作者。陈景光副教授、中国水稻研究所的高振宇研究员和钱前院士为共同通信作者。
来源：中山大学农学院
“我院陈景光副教授课题组在国际期刊连发3篇学术论文”
04
中山医学院周毅教授团队在IEEE JBHI封面文章报道基于同步时空图注意力网络的癫痫发作预测模型
癫痫发作涉及到大脑皮层的不同区域，导致不同电极之间的相互影响。这种影响随发作过程动态变化。准确的癫痫发作早期预测可以为患者及时治疗提供支撑。该领域以往研究主要集中在单一时间或空间维度上，难以兼顾两者关系，无法较好挖掘脑电图的有效特性。
研究团队考虑到脑电隐含的功能连接信息，结合脑电时序关联程度及多通道空间拓扑结构信息，提出基于同步时空图注意力网络（STGAT）模型。该模型利用锁相值作为衡量脑电同步性指标，分析癫痫发作过程中大脑各区域相互作用，提取脑电图通道间隐含的空间及功能连接信息，将多通道脑电信号建模为图信号，可以获取真实、可识别的脑电图信号的同步性关系。模型结合图注意力网络（GAT）与门循环单元（GRU），挖掘多通道电极之间的空间关系，学习脑电的复杂拓扑结构与动态变化，提高了对时间、空间信息的利用能力，能够在两个基准数据集上获得较好的时空相关性。
研究在公开的CHB-MIT数据集的准确率、特异性和敏感性分别为98.74%、99.21%和98.87%，在私有数据集各项指标均达到98.8%以上，尤其是曲线下面积（AUC）达到99.96%。，证明模型可以扩展到未来的临床辅助决策系统中。
该研究成果以“A Spatiotemporal Graph Attention Network Based on Synchronization for Epileptic Seizure Prediction”为题在期刊IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics上发表。周毅教授为通讯作者，中山一院神经内科陈子怡教授为共同通讯作者，硕士研究生王瑶、石雨菲为本文的共同第一作者。
来源：中山医学院
“我院周毅教授团队在IEEE JBHI封面文章报道基于同步时空图注意力网络的癫痫发作预测模型”
05
肿瘤防治中心徐瑞华教授团队提出高度微卫星不稳定局部晚期直肠癌或可免除手术
目前，局部晚期直肠癌的标准治疗方案是新辅助放化疗序贯根治性手术，术后再进行辅助化疗。这种联合治疗策略整体提升了局部晚期直肠癌的治愈率，但同时也可能造成一系列的并发症和不良反应，如低位直肠癌患者不能保肛，放疗后带来的排便功能、性功能及生殖功能受损，以及化疗带来的恶心、呕吐、腹泻等。另一方面，既往研究发现错配修复缺陷(dMMR)或高度微卫星不稳定（MSI-H）直肠癌对传统化疗和放疗反应率并不理想，而以免疫检查点抑制剂PD-1单抗为主的肿瘤免疫治疗，在晚期dMMR/MSI-H直肠癌中取得了良好的疗效。那么，是否可以通过术前新辅助的免疫治疗，让dMMR/MSI-H局部晚期直肠癌的患者避免术前放化疗带来的损伤，也帮助低位直肠癌患者保肛呢？
徐瑞华、王峰、陈功团队开展了本项信迪利单抗用于错配修复缺陷的局部晚期直肠癌新辅助治疗的II期临床研究。研究计划患者入组后接受4个疗程信迪利单抗新辅助治疗，并根据治疗情况可选择以下后续治疗手段：（1）接受手术并进行术后辅助治疗；（2）继续4个疗程免疫治疗再手术，若患者接受免疫治疗后达到临床完全缓解，则可以选择不进行手术仅进行随访观察。主要研究终点为治疗后完全缓解率（包括手术后病理完全缓解或免疫治疗结束后临床完全缓解）。
研究共入组了17例初诊dMMR/MSI-H局部晚期直肠癌患者，在16例可评估疗效的患者中有15例的肿瘤在治疗后缩小。其中，6例患者接受了根治性手术，有3例达到病理完全缓解；9例患者达到临床完全缓解并选择了随访观察，从而避免了放化疗及手术的损伤；1例患者因不良反应提前终止治疗。研究总的完全缓解率高达75%。此外，本研究中患者达到临床完全缓解的中位时间为5.2个月，提示和传统的新辅助放化疗相比，免疫治疗可能需要较长的时间才能达到最佳疗效。在毒副作用方面，观察到的不良反应大多数为1-2级，仅发生1例3级以上不良事件。这组病人随访到2022年11月，均未出现肿瘤复发。
信迪利单抗在dMMR/MSI-H局部晚期直肠癌中的疗效和持续时间
本研究结果初步显示，在dMMR/MSI-H局部晚期直肠癌患者中，通过新辅助PD-1单抗免疫治疗，能让患者有机会达到临床完全缓解，从而避免放化疗及手术，实现器官功能保全，从根本上改变这一疾病的治疗方式。并且，本研究提示免疫治疗和传统的新辅助放化疗相比，需要较长的时间才能达到最佳疗效。该研究成果以“Neoadjuvant PD-1 blockade with sintilimab in mismatch-repair deficient, locally advanced rectal cancer: an open-label, single-centre phase 2 study”为题发表于柳叶刀子刊The Lancet Gastroenterology & Hepatology。徐瑞华教授、王峰教授为该论文的共同通讯作者。陈功主任医师、金颖副主任医师、关文龙主治医师、张荣欣副主任医师及肖巍魏主任医师为该论文的共同第一作者。
来源：中山大学肿瘤防治中心
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