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.物理学院董建文教授团队在拓扑光子晶体研究取得重要进展

2.生命科学学院徐安龙/元少春团队阐明GSDME介导的细胞焦亡在脊索动物中的功能保守性及调控复杂性

3.中法核工程与技术学院核数据科学及应用团队在新核素产生领域取得重要进展

4.中山医学院曾园山教授团队发表移植组织相容性的三维明胶海绵支架减少食蟹猴脊髓损伤区纤维瘢痕、增强神经组织再生的研究

5.药学院研究团队与合作者联合发现死亡帽毒蘑菇的潜在解毒剂

6.附属第一医院李家平教授团队揭示肝癌栓塞术后单细胞免疫微环境

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物理学院董建文教授团队在拓扑光子晶体研究取得重要进展

众所周知，实现新型光场调控，可以揭示基础光物理，发现光学新应用，在信息、生命、化学和材料等领域具有广泛的应用前景。近年来，研究者将拓扑物理引入到光学应用中，发现了多种拓扑非平庸的光学拓扑绝缘体，实现了单向光传输、抗散射光传输等光场调控，设计了高效光波导和局域光学微腔。在众多光学拓扑结构中，光子晶体由于其灵活可调的光子能带，成为研究拓扑物理、实现新型光场调控的重要研究体系之一。为了实现拓扑光子晶体，往往需要精心设计晶体构型及其所含材料结构参数。这不仅增加了光学拓扑结构的设计难度，而且精心设计所得结构往往导致不同拓扑器件的形貌大相径庭，难以级联。因此，能否从任意的周期结构出发来实现非平庸拓扑结构不仅是一个重要科学问题，还是让拓扑器件由理论迈向应用的重要一环！

为解决这一难题，董建文教授团队通过在更高维度的空间中重新审视已有工作，研究发现：过去人们习惯于在动量空间中去实现和讨论拓扑光子晶体，但是动量空间的维度一般与实空间的维度保持一致，这极大地阻碍了人们对高纬度空间的拓扑模式的探索。受到合成维度物理和四维量子霍尔效应的启发，董建文教授团队通过引入两个额外的合成平移维度，并结合二个动量维度构建了四维空间的第二陈晶体。不同于二维空间中的第一陈数，表征四维空间中晶体拓扑属性的拓扑不变量是第二陈数。通过严格公式推导和详细数值计算，他们发现该四维合成空间中每条独立能带的第二陈数恒等于1，证实了这种第二陈晶体的内禀非平庸拓扑属性。进一步地，当对四维合成平移空间中的第二陈晶体进行维度截断时可以获得局域在相应低维边界处拓扑模式。特别地，当同时在两个周期方向上用PEC边界去进行维度截断时，可以观察到：局域在角落处的无带隙拓扑角模。值得注意的是，这种无带隙拓扑角模的存在不依赖于晶体对称，因此提供了在任意晶体结构中实现光场局域的设计方案。同时角模频率覆盖整个光子禁带频率范围，这对于灵活地设计拓扑光子器件同样重要，可选择性设计微腔的响应频率。此外，位错是一种常见的实空间晶体缺陷，同样可以实现光场局域，支持局域模场。研究团队通过维度压缩将四维空间投影到一维空间，揭示了频率覆盖整个禁带的一维拓扑位错模。具体地，先固定每个原胞内圆柱的横向平移量Δx，然后建立纵向平移量Δy与方位角θ的线性关系后，可以得到由伯格斯矢量标定的位错结构，能够在不依靠PEC边界的情况下实现光场局域。进一步，这种拓扑位错模遍历所有Δx参数后可以重建出一维涡旋线模式。需要特别指出，这种拓扑位错模式在引入额外的缺陷后仍然存在，证明了其对各类扰动持有鲁棒性。

（a）合成平移维度下第二陈晶体的示意图；（b）第二陈晶体在维度截断下支持的低维拓扑模式；（c）第二陈晶体的拓扑角模的场分布；（d）基于第二陈晶体设计的位错结构的拓扑位错模的场分布；（e）一维无带隙位错模；（f）在位错结构中引入介质缺陷的一维无带隙位错模；（g）在位错结构中引入PEC缺陷的一维无带隙位错模

以上研究成果以“Second Chern crystals with inherently nontrivial topology”为题在线发表在National Science Review。研究成果由广东省自然科学基金首批卓越青年团队的陈晓东副教授、陈文杰教授和董建文教授合作完成。

来源：中山大学物理学院

“科研动态 | 我院董建文教授团队在拓扑光子晶体研究取得重要进展”

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生命科学学院徐安龙/元少春团队阐明GSDME介导的细胞焦亡在脊索动物中的功能保守性及调控复杂性

细胞焦亡是由Gasdermin （GSDM）蛋白介导的一种炎性细胞死亡方式 。一般情况下，GSDM蛋白的N端和C端处于自抑制状态 。当细胞感知病原如细菌或其它的危险信号后，GSDM可被Caspase、Granzyme等多种水解酶切割活化，释放其具有成孔活性的N端肽段，通过膜成孔的方式诱导细胞焦亡，促进IL-1b、DAMPs等促炎介质的释放。哺乳动物GSDM家族包含PJVK, GSDMA/B/C/D/E六个成员，其功能及调控多样性与病原感染，肿瘤及自身免疫性疾病等的发生发展息息相关。无脊椎动物仅有GSDME一个成员，有研究报道早在刺胞动物中，GSDME即可以介导细胞焦亡，并参与抗菌免疫 。然而，在无脊椎动物向脊椎动物过渡的阶段，GSDME的功能特征，及其对GSDM家族系统演化的影响尚不清楚。

该研究首先利用基因共线性分析和内含子相位分析等手段梳理了物种间GSDM家族成员在基因数目、基因组组成等方面的特点，推测GSDM家族的形成可能是宿主与病原互相博弈的结果。随后，作者以被誉为脊椎动物祖先的“活化石”——文昌鱼为研究对象，发现文昌鱼GSDME（BbGSDME）可被多种Caspase在V250HTD253和D301VVD304两个位点进行切割，从而产生N253（p30）和N304（p40）两个功能不同的N端肽段。通过构建细菌感染模型，作者证明了特异性底物小肽（Ac-VHTD-CHO）可抑制N253的生成，并缓解文昌鱼因细菌感染而引起的肌肉坏死等症状。通过该研究，作者还揭示了BbGSDME存在复杂的调控方式以维持机体稳态，主要包括：（1）BbGSDME在转录水平受到了BbIRF1/8的调控；（2）BbGSDME存在多种可选择性剪接体及较高的个体单核苷酸多态性；（3）BbGSDME-N304及N253可由相同的Caspase切割产生。N304通过与N253结合，抑制其膜定位，从而延缓由N253介导的细胞焦亡。最后，作者通过结合演化及功能分析，发现了数个可影响人类GSDME活性的关键氨基酸位点，揭示了细胞焦亡在脊椎动物祖先中既保守又独特的调控机制。该研究帮助我们进一步理解了GSDM家族与病原博弈的演化历程，也为人类GSDM功能的复杂调控从演化的角度提供了新的见解。

文昌鱼GSDME介导的细胞焦亡

以上研究成果以“Characterization of GSDME in amphioxus provides insights into the funcional evolution of GSDM-mediated pyroptosis”为题在PLoS Biology杂志上发表。中山大学生命科学学院为第一署名单位。

来源：中山大学生命科学学院

“徐安龙/元少春团队阐明GSDME介导的细胞焦亡在脊索动物中的功能保守性及调控复杂性”

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中法核工程与技术学院核数据科学及应用团队在新核素产生领域取得重要进展

扩展核素图一直以来都是核物理领域的研究热点，同时也是一项巨大的工程。在过去一个世纪中，科学家已经发现了3000多种原子核，也揭示了它们丰富多彩的物理性质。然而，人们对原子核，尤其对极端丰中子原子核的性质以及强相互作用的理解还不够深入。在众多原子核中，对中子数为126的丰中子原子核的性质研究是探索原子核壳层演化的关键，同时也是揭示重元素起源的重要途径。产生新核素是研究中子数为126的丰中子原子核性质的第一步，然而，由于产生新核素极为困难，丰中子重核区域的研究仍然存在很大的空白。多核子转移反应（Multinucleon transfer reactions）是研究丰中子重核区域的一种优势方法，但该反应产物的出射角分布在30度到60度的圆锥内，甚至更大，这给我们收集核分离感兴趣的反应产物带来了巨大的挑战。

祝龙副教授团队基于双核模型的理论框架，研究了多核子转移反应中碎片角分布。通过与多维主方程的耦合，自洽地引入了在核反应过程中的角度涨落，实现了对角分布的合理描述。并研究了多核子转移反应136Xe+208Pb产生中子数为126的丰中子核素的角分布特性。研究发现，多个未知核素（204Pt，203Ir，202Os和201Re）近一半的产额在最佳散射角为中心的5度范围内出射，这将非常有利于实验上对其收集和分离。这一研究成果将很大地推动实验高效探测多核子转移反应产物。

(a)多核子转移反应中，计算散射角的三步骤；(b)计算提取的最佳角度信息

以上研究成果以“Optimal detection angles for producing N=126 neutron-rich isotones in the multinucleon transfer reactions”为题发表于Physical Review Research。2021级硕士生廖泽鸿为该文章第一作者，祝龙副教授为通讯作者。

来源：中山大学中法核工程与技术学院

“学院新闻︱我院核数据科学及应用团队在新核素产生领域取得重要进展”

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中山医学院曾园山教授团队发表移植组织相容性的三维明胶海绵支架减少食蟹猴脊髓损伤区纤维瘢痕、增强神经组织再生的研究

组织工程生物材料移植是近年来治疗脊髓损伤病人的临床转化研究热点。其中，天然材料如我国科学家团队的神经再生胶原支架和合成材料如国外科学家团队的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)导管移植呈现出各自的优势，他们分别发表的临床研究报告都表明，这些生物材料的移植在治疗脊髓损伤病人中具有潜在的应用价值。然而，支架材料的长期安全性和修复机制不甚明了，这有赖于大动物如非人灵长类动物提供可靠的临床前研究数据。

曾园山团队深入探索三维明胶海绵支架材料在治疗食蟹猴脊髓损伤中的相容性与安全性，及其修复神经组织的作用机制。研究结果显示，三维明胶海绵支架材料移植到食蟹猴受损伤脊髓处显示出良好的组织相容性和治疗效果。此外，组织学分析发现有数量众多的组织细胞迁移到植入三维明胶海绵支架材料中，并分泌丰富的细胞外基质，在受损伤脊髓中形成促再生微环境，增强神经组织再生。

尤其值得注意的是，在非人灵长动物猴脊髓的受损伤后，处于急性期损伤区呈现的炎症诱发软脊膜和血管周围的成纤维细胞转分化为肌成纤维细胞形成纤维瘢痕组织。这种组织对其分布在脊髓损伤区界面起到一种收缩压迫的机械力作用，会造成残存的神经组织萎缩和退行性变。然而，在损伤区植入三维明胶海绵支架材料可抵抗损伤/移植区界面处α平滑肌肌动蛋白(αSMA)阳性肌成纤维细胞的入侵。从而阻断纤维瘢痕的形成，及其对损伤区残留神经组织的挤压。因此，该研究提示，对早期有坏死组织或液化空洞的脊髓损伤区实施减压清创术后，可移植入力学性能匹配的生物材料例如三维明胶海绵支架材料等，达到减轻炎症刺激成纤维细胞，替代肌成纤维细胞来稳定脊髓损伤区的界面的目的，从而避免因形成的纤维瘢痕收缩压迫邻近残存神经纤维束路而导致神经信息传递障碍，为上、下行神经通路的传导功能修复创造有利的条件。

在食蟹猴脊髓损伤区移植入具有组织相容性与生物安全性的三维明胶海绵支架可以对抗纤维瘢痕组织的收缩挤压残留的神经组织，促进组织细胞进入与定植，营造促再生的微环境，从而增强神经组织的再生

以上成果以“A biocompatible gelatin sponge scaffold confers robust tissue remodeling after spinal cord injury in a non-human primate model”为题在线发表在Biomaterials。

来源：中山大学中山医学院

“我院曾园山教授团队发表移植组织相容性的三维明胶海绵支架减少食蟹猴脊髓损伤区纤维瘢痕，增强神经组织再生的研究”

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药学院研究团队与合作者联合发现死亡帽毒蘑菇的潜在解毒剂

含鹅膏蕈碱的鹅膏菌，例如俗称“死亡帽”的毒鹅膏（Amanita phalloides)，是世界上最致命的蘑菇之一。在这类剧毒蘑菇产生的毒素中，毒性最强的成分叫“α-鹅膏蕈碱”（α-Amanitin，简称AMA），主要造成肝急性衰竭，这也是导致中毒者死亡的重要原因。然而，由于在分子机制上不清楚AMA如何导致细胞毒性，一直以来没有明确的解毒剂。

为了确定AMA诱导细胞死亡的关键基因和途径，研究团队首先通过全基因组CRISPR筛选寻找AMA的分子靶标。他们由此发现，N-聚糖合成通路在AMA毒性发挥中起重要作用。 鉴于解毒剂药物的系统性临床实验开展非常困难，从头开发的难度非常大，研究人员希望从已批准使用的药物中，找到可作为解毒剂使用的药物，实现老药新用。

然而，目前暂无已批准的药物可作为N-聚糖合成通路抑制剂使用的相关报导。因此，研究人员对FDA已批准的分子库（3201个化合物）进行了虚拟筛选，以寻找潜在的STT3B抑制剂。最后确定了34个评分靠前的化合物，并对其中24个可购买的化合物进行了体外验证。细胞实验结果提示，其中一种化合物吲哚菁绿，对AMA的毒性有非常突出的保护作用。细胞实验显示，吲哚菁绿可以很好避免AMA带来的细胞死亡。在小鼠肝脏类器官中，吲哚菁绿的治疗也可以很大程度上减轻AMA带来的类器官解体，保持类器官的完整形态。

最后，研究人员在AMA中毒的小鼠身上验证了吲哚菁绿的解毒作用。短期和长期的实验结果表明，吲哚菁绿可以缓解AMA引起的肝功能损伤，提高小鼠长期存活率。但研究团队谨慎地表示，目前还不确定吲哚菁绿是否在人类体内具有类似的效果，未来需要更多的临床证据。

研究总结示意图：通过全基因CRISPR筛选和分子对接，发现ICG可作为AMA解毒剂

以上研究成果以“Identification of indocyanine green asa STT3B inhibitor against mushrooma-amanitin cytotoxicity”为题发表于Nature Communications。中山大学药学院（深圳）博士生王倍、中山大学附属第一医院Arabella H. Wan、中山大学药学院（深圳）硕士生徐玉为本论文的共同第一作者。中山大学药学院（深圳）王巧平教授和中山大学药学院万国辉教授为本论文的共同通讯作者。

来源：中山大学药学院

“喜报 | 我院研究团队与合作者联合发现死亡帽毒蘑菇的潜在解毒剂”

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附属第一医院李家平教授团队揭示肝癌栓塞术后单细胞免疫微环境

TACE是针对不可切除肝癌且肝功能良好患者的重要治疗方案。TACE主要是通过阻断肿瘤组织血供、提高局部药物浓度、延长药物作用时间来促使肿瘤变性坏死。但TACE易导致肿瘤微环境缺氧，诱发肿瘤血管新生，并促使肿瘤微环境进入免疫抑制状态，致使残余肿瘤进展，阻碍远期疗效。为深入探究“TACE术后肝癌免疫微环境变化机制究竟是什么？”这一重大临床科学问题，李家平教授以单细胞转录组学测序等研究手段为突破口，深入研究TACE术后免疫微环境单细胞图谱的变化趋势。

本研究通过收集5例原发初治HCC及5例经TACE治疗降期切除的HCC患者的肿瘤样本，进行单细胞转录组与TCR测序。结果表明：TACE术后免疫微环境中CD8+T及NK细胞数量显著减少，TAMs数量显著增加。TACE术后CD8_C4细胞亚群的比例显著降低，该细胞亚群高度富集了耗竭前期的肿瘤特异性CD8+T细胞。TACE术后TREM2在的TAMs中表达升高，并与不良预后相关。该发现通过多重免疫荧光及流式分析在22例配对的样本中得到验证。与TREM2-TAMs相比，TREM2+TAMs可分泌更低水平的CXCL9，但分泌更高水平的Galectin-1(Gal-1)。体外实验证明：Gal-1可促进了PD-L1在血管内皮细胞中的过表达，并阻碍CD8+T细胞的募集。

为进一步验证其机制，本研究使用TREM2-KO/WT小鼠，采用Hepa1-6 HCC细胞原位注射、高脂饮食联合化学诱导自发性HCC两种小鼠模型进行研究。结果表明:TREM2敲除增加CD8+T细胞的浸润，从而抑制上述两种肝癌模型的肿瘤生长。TREM2敲除增强了抗PD-L1单抗的治疗效果。

经动脉化疗栓塞术(TACE)术后肝细胞癌HCC)的独特单细胞免疫微环境景观图谱

以上研究成果以“TREM2+macrophages suppress CD8+T cell infiltration after transarterial chemoembolisation in hepatocellular carcinoma”为题发表于国际权威期刊Journal of Hepatology，附属第一医院博士后谈济洲、副教授范文哲为文章的共同第一作者，附属第一医院肿瘤介入科李家平教授为文章的唯一通讯作者。

来源：中山大学附属第一医院

转自：“中大科研”微信公众号

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