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激光生物学报
2024年 33卷 6期
刊出日期：2024-12-28
目录
研究进展
研究论文
目录
1
目次
2024 Vol. 33 (6): 1-2 [
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总目次
2024 Vol. 33 (6): 1-6 [
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研究进展
481
张 妍，肖楠楠
FRET表征双发射MOFs荧光生物传感器的研究进展
（南开大学药物化学生物学全国重点实验室，天津 300350）
摘 要：金属-有机框架（MOFs）因其高孔隙率和可定制结构能够结合多种生物分子，作为生物传感器极具潜力。金属配体自发光或引入客体荧光可以赋予MOFs出色的荧光响应性能以进行生物检测。然而，单一荧光信号容易受到浓度、环境和激发强度等的干扰，导致精度较低。双荧光发射的MOFs生物传感器很好地克服了这些缺点，但缺乏全面准确表征其荧光特性的技术手段。荧光共振能量转移（FRET）是荧光分子内部能量由供体传递给受体的过程，基于激光扫描共聚焦显微镜对双发射MOFs进行FRET检测，能够实现可视化成像和精确的效率分析，是双发射MOFs的有效评价手段。本文阐述了FRET检测双发射MOFs的技术流程和条件，并结合阿尔茨海默病和新型冠状病毒感染（COVID-19）的研究实例，对MOFs荧光生物传感器的设计理念、结合模式、作用效率等方面的应用进展进行了综述，结果表明，该技术具有高检测灵敏度和特异性，为探针开发和评价提供了新思路。
关键词：荧光共振能量转移；金属-有机框架；激光共聚焦显微镜；荧光生物传感器；双荧光发射
中图分类号： Q334；O657.3 文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.06.001
2024 Vol. 33 (6): 481-488 [
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489
鲍无瑕，宋 凯，彭颖红，许 平，何亚文
负碳合成生物学底盘细胞聚球藻PCC 11901的研究进展
（1. Carbon Negative Synthetic Biology for Biomaterial Production from CO2，Campus for Research Excellence and Technological Enterprise，SJTU Asia-Pacific Graduate Institute，新加坡 138602；2. 上海交通大学生命科学技术学院，代谢与发育科学国际联合合作实验室，微生物代谢国家重点实验室，上海 200240）
摘 要：负碳合成生物学技术旨在直接捕获二氧化碳，实现生物制造，不仅可以解决传统生物制造中的非粮原料替代问题，还可助力“碳中和”和“碳达峰”，具备经济、社会、环境等多重效益。蓝藻能利用光能将二氧化碳转化为生物质，是负碳合成生物学技术中理想的底盘细胞。2019年报道的聚球藻（Synechococcus sp.）PCC 11901能够耐受高盐和高光胁迫，生长快且生物量大，有多套遗传操作系统可用，因此成为了负碳合成生物学底盘细胞中的一颗新星。本文综述了PCC 11901的研究进展，包括形态学、生理生化特性、基因组特征、开发的遗传操作工具以及改造PCC 11901后合成的化合物，旨在为未来PCC 11901的相关研究提供理论参考。
关键词：蓝藻；PCC 11901；生长与生物量；遗传操作；负碳合成生物学
中图分类号：Q81 文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.06.002
2024 Vol. 33 (6): 489-495 [
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496
贺光祖，杨 华，叶惠慧，李 晔，李逢振，邹振兴，汪 彬，胡 展
反刍动物瘤胃微生物群落的组成及研究方法
（1. 湖南环境生物职业技术学院，衡阳 421005；2. 湖南省微生物研究院，长沙 410009）
摘 要：瘤胃微生物群落研究对于了解反刍动物的健康、生长发育以及消化吸收过程具有重要意义。近年来，随着高通量测序技术的发展和微生物组学研究的兴起，对于反刍动物瘤胃微生物群落的研究也取得了许多进展。本文主要综述了反刍动物瘤胃微生物群落的组成和影响因素，以及研究瘤胃微生物群落的分子技术方法，包括16S rRNA基因测序、功能基因组学分析、代谢组学研究、荧光原位杂交（FISH）及多组学联合分析等。同时，还探讨了这些方法在反刍动物瘤胃微生物群落研究中的应用和发展前景，旨在为瘤胃微生物的结构和功能解析提供参考。
关键词：反刍动物；瘤胃微生物；高通量测序；微生物群落；多组学联合分析
中图分类号：S823 文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.06.003
2024 Vol. 33 (6): 496-504 [
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505
李广富，吕蕾莉
基于射频识别/激光扫描的物联网技术在临床试验中的应用
（甘肃农业大学管理学院，兰州 730070）
摘 要：本文旨在探讨基于射频识别（RFID）和激光扫描的物联网（IoT）技术在临床试验中的应用，分析了其在提高数据准确性、提升工作效率、确保数据安全等方面的优势。RFID技术通过无线电波实现物品和数据的自动识别与采集，具有无需接触读取、高容量数据存储和实时信息更新的特点。激光扫描技术利用激光束扫描条码或快速响应（QR）码获取信息，具有高精度和高速特性。两种技术在受试者身份验证、样本管理和药物追踪方面表现出色。在具体应用中，RFID和激光扫描技术大大提高了试验物资的透明管理和可追溯性，确保了受试者数据的实时采集与监控，以及药物的安全分发和使用。这些技术通过自动化和实时信息传输，减少了人为错误，提高了数据的准确性和工作效率。尽管面临技术成本、隐私保护和标准化等挑战，但随着技术的进步和创新，这些问题有望逐步得到解决。未来，RFID和激光扫描技术将与人工智能和区块链等新兴技术进一步融合，推动临床试验的数字化和精细化管理。本文的研究和分析为临床试验的数字化转型提供了参考，希望能够促进RFID和激光扫描技术在该领域的广泛应用，有利于医疗研究的创新和技术进步。
关键词：射频识别；激光扫描；自动识别；物联网技术；临床试验
中图分类号：R-331；C931.6 文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.06.004
2024 Vol. 33 (6): 505-511 [
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512
魏皓月，张 茜，魏代浩，李 欢，王 瑞，黄延芹
HIF-1α/PFKFB3信号通路介导GK调节2型糖尿病胰岛β细胞功能的研究进展
（1. 山东中医药大学第一临床医学院，济南 250014；2. 北京中医药大学中医学院，北京 102488；3. 潍坊市中医院，潍坊 261000；4. 北京中医医院延庆医院，北京 102100；5. 山东中医药大学附属医院，济南 250011）
摘 要：胰岛β细胞是人体唯一合成并分泌胰岛素的细胞，对血糖稳态的调节至关重要。无氧糖酵解压力持续增加引发胰岛β细胞失代偿是导致2型糖尿病（T2DM）患者胰岛素分泌缺陷或胰岛素抵抗的重要原因之一。葡萄糖激酶（GK）作为葡萄糖传输的主要限速步骤，与胰岛素分泌密切相关。缺氧诱导因子1α亚基（HIF-1α）和6-磷酸果糖-2-激酶（PFKFB3）是糖酵解的关键调节因子，HIF-1α/PFKFB3信号通路参与调节胰岛β细胞复杂的病理生理过程，调节高糖环境下胰岛β细胞的稳态。本文探讨了HIF-1α/PFKFB3信号通路介导的GK如何通过厌氧糖酵解、线粒体网络断裂、氧化应激和去分化诱导等过程导致T2DM中胰岛β细胞发生功能障碍。这一研究能为临床防治T2DM提供新的思路。
关键词：2型糖尿病；葡萄糖激酶；HIF-1α/PFKFB3信号通路；线粒体；去分化
中图分类号：R587.1 文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.06.005
2024 Vol. 33 (6): 512-522 [
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研究论文
523
张秀英，杨 阳，赵应春
一种基于双透镜的暗场显微成像系统
（1. 南京工业大学柔性电子（未来技术）学院，南京 211816；2. 上海中航光电子有限公司，上海 200245）
摘 要：为了解决传统明场显微无法表征透明无染色大尺寸样品形貌的难题，本文提出了一种基于双透镜的暗场显微成像系统。系统主要包括激光器、空间光调制器（SLM）、双透镜、电荷耦合器件（CCD）。由SLM调制产生的环形涡旋光作为照明光，被前透镜聚焦到样品表面，样品被照明后，携带有样品高频信息的散射光被后透镜接收用于物体的暗场成像。试验中先后用木本双子叶植物椴树茎切片和南瓜茎切片作为试验样本，分别对比了两种切片的明暗场成像，结果表明，一种基于双透镜的自建暗场显微成像系统可以提高成像的分辨率和对比度，供透明无染色大尺寸样品形貌表征借鉴并推广使用。
关键词：双透镜；涡旋光；暗场成像；生物样品；形貌表征
中图分类号：O439 文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.06.006
2024 Vol. 33 (6): 523-529 [
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530
彭锦芬，刘 勇，谭支良，周传社
海带提取物对奶牛泌乳性能、抗氧化能力、免疫力、瘤胃发酵及瘤胃微生物的影响
（1. 中国科学院亚热带农业生态研究所，中国科学院亚热带农业生态过程重点实验室，畜禽养殖污染控制与资源化技术国家工程实验室，动物营养生理与代谢过程湖南省重点实验室，长沙 410125；2. 中国科学院大学，北京 100049）
摘 要：本研究旨在评估海带提取物（LJE）对奶牛泌乳性能、血液生化、免疫、抗氧化指标、瘤胃发酵参数及瘤胃微生物的影响。试验采用单因素完全随机设计，选择32头体重、产奶量、胎次和泌乳天数相近的健康荷斯坦泌乳奶牛，随机分为2组，每组16头。对照组（CON组）的奶牛饲喂基础日粮，试验组（LJE组）在其基础上补喂LJE，每头每天30 g。试验预饲期为12 d，正试期为30 d。相比于CON组，添加LJE能显著提高奶牛的干物质采食量（DMI）、产奶量以及乳蛋白率，对乳脂、乳糖、体细胞数和总固形物等无显著影响，对血液生化指标无显著影响；添加LJE显著提高了血浆免疫球蛋白A（IgA）、免疫球蛋白G（IgG）和免疫球蛋白M（IgM）的含量，显著降低了血浆丙二醛的含量，提高了瘤胃总挥发性脂肪酸的含量，提高了Firmicutes门以及Succiniclasticum、Sphaerochaeta、Mucispirillum和Akkermansia属的相对丰度。综上，日粮添加LJE能够增强奶牛的机体免疫力，降低奶牛脂质过氧化的水平，有利于提高奶牛的采食量、产奶量和乳品质，对实现奶牛健康养殖具有重要意义。
关键词：海带提取物；泌乳性能；免疫力；瘤胃发酵参数；瘤胃微生物
中图分类号：S823.9+1 文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.06.007
2024 Vol. 33 (6): 530-540 [
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541
罗海勇，庞伟伟，卢 璇，杨俊骁，谭丽君
RETN基因与骨密度及骨折的因果关系研究
（1. 湖南交通工程学院，衡阳 421000；2. 湖南中医药大学湘杏学院，湘阴 410007；3. 金宝搏官方188生命科学学院，长沙410081；4. 中南大学湘雅医院骨外科，长沙 410008）
摘 要：骨质疏松症是一种最常见的全身性、代谢性的骨骼疾病。血清抵抗素（RETN）的浓度与骨密度（BMD）相关联，但是RETN与BMD和骨折是否存在因果关系仍不清楚。本研究采用孟德尔随机化（MR）分析RETN基因表达与BMD和骨折的因果关系，然后在股骨颈骨折（FNF）和骨关节炎（OA）样本的单细胞RNA测序数据中分析RETN基因的差异表达。MR分析发现，RETN高表达会导致BMD降低和骨折风险增加。单细胞测序分析表明，RETN在FNF组中表达上调，主要由中性粒细胞表达，其相关的炎症趋化因子CXCL8在FNF组中显著高表达。本研究提示，RETN在骨质疏松发病过程中发挥了重要作用。这一结论为骨质疏松的诊断和治疗提供了基础。
关键词：骨质疏松症；抵抗素；孟德尔随机化分析；单细胞RNA测序；骨密度
中图分类号：R714.257；Q341 文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.06.008
2024 Vol. 33 (6): 541-549 [
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李文清，李 莉
恩格列净通过抑制细胞凋亡缓解大鼠急性胰腺炎
（徐州医科大学附属医院，徐州 221000）
摘 要：急性胰腺炎（AP）是需要紧急住院治疗的最常见的胃肠道疾病之一，其发病率呈上升趋势。本研究旨在评估恩格列净（EMPA）是否可通过抑制细胞凋亡来缓解大鼠AP。采用随机数表法将18只SPF级SD雄性大鼠分为对照组（CON组）、AP组及AP+EMPA组，每组6只。大鼠模型建立成功后采集血液及胰腺标本。检测的血清学指标有淀粉酶（AMY）、血糖（GLU）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）以及白介素-6（IL-6）水平。使用蛋白质印迹法检测大鼠胰腺组织中Caspase-3以及Bcl2的表达水平，使用免疫组化及免疫荧光检测大鼠胰腺组织中Caspase-3的表达水平。石蜡包埋胰腺组织进行苏木精-伊红（HE）染色以及病理评分，采用单因素方差分析对数据进行统计学处理。研究发现：AP组大鼠的血清AMY、GLU、炎症因子水平及病理评分较CON组升高；胰腺组织细胞凋亡相关分子Caspase-3较CON组升高，Bcl2的表达水平较CON组降低（P<0.05），而EMPA的治疗可以逆转上述现象。综上所述，EMPA可有效改善AP大鼠模型的胰腺组织病理变化，这种保护作用可能与抑制细胞凋亡有关。本文旨在探究EMPA在AP中的潜在治疗作用及其分子机制，为该疾病的有效防治提供新思路。
关键词：急性胰腺炎；细胞凋亡；Caspase-3；恩格列净；大鼠模型
中图分类号：R576 文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.06.009
2024 Vol. 33 (6): 550-556 [
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谭媛媛，李玲环，杨艳群，刘 玲，王欣怡，廖贝雅，熊 蕾，谢华平
斑马鱼hoxc8a基因敲除品系的构建及其对脊柱发育的影响
（1. 金宝搏官方188动物营养与人体健康实验室，长沙 410081；2. 郴州市科技创新服务中心，郴州 423000）
摘 要：hoxc8a基因是Hox基因家族中的成员，该基因家族在进化上高度保守。已有研究表明，hoxc8a基因在斑马鱼的鱼鳔和胸鳍中表达，且Hox基因能影响脊椎动物体轴的形成和发育，但hoxc8a基因的作用机制尚不明确。为了研究该基因的发育生物学功能及分子调控的机制，利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对hoxc8a基因进行敲除。首先，在hoxc8a基因的第一号外显子上设计靶位点以及基因型检测引物，经PCR扩增得到向导DNA（sgDNA）；接着，对sgDNA进行纯化回收，以纯化的sgDNA作为模板进行体外转录合成向导RNA（sgRNA）；最后，进行RNA纯化。将sgRNA和Cas9蛋白按1:1:0.8的比例混合，利用显微注射技术将混合液注射到野生型斑马鱼胚胎中，经基因型鉴定筛选出F0代突变体斑马鱼。待F0代斑马鱼性成熟后与野生型斑马鱼进行杂交，其子代斑马鱼经基因型鉴定筛选得到F1代突变体杂合子，进行Sanger测序后保留突变类型为移码突变的F1代鱼，继续培育至成鱼。将F1代斑马鱼成鱼自交，对其子代进行基因型鉴定，筛选得到F2代hoxc8a突变体纯合子。最后，通过对突变体纯合子和野生型斑马鱼幼鱼进行钙黄绿素染色试验，发现基因敲除突变体的脊柱发育情况与野生型无显著差异，说明hoxc8a基因不影响斑马鱼早期脊柱的发育，但是该基因是否影响其他组织器官的发育仍有待进一步研究。本研究构建了斑马鱼hoxc8a基因敲除品系，为hoxc8a基因更深入的研究提供了基础。
关键词：斑马鱼；hoxc8a；脊柱发育；基因敲除品系；突变体纯合子
中图分类号：Q812 文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.06.010
2024 Vol. 33 (6): 557-566 [
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王晓英，韩志梅，李春艳
藤黄酸抑制Wnt/β-catenin信号通路减轻牙周炎牙周膜细胞损伤及凋亡
（河北中石油中心医院口腔科，廊坊 065000）
摘 要：为探究藤黄酸对脂多糖诱导人牙周膜干细胞炎症反应和凋亡的影响及Wnt/β-catenin信号通路的调控作用，体外培养hPDLSCs细胞，分为预实验和正式实验两步进行。预实验分为对照组（不做干预）、脂多糖组（10 μg/mL脂多糖）、低/中/高浓度藤黄酸组（10 μg/mL 脂多糖+0.5、1.0、2.0 μmol/L藤黄酸）。正式实验分为对照组、脂多糖组、藤黄酸组（10 μg/mL 脂多糖+2.0 μmol/L藤黄酸）、抑制剂组（10 μg/mL脂多糖+2 μmol/L Wnt/β-catenin信号通路抑制剂XAV939）、藤黄酸+抑制剂组（10 μg/mL脂多糖+2.0 μmol/L藤黄酸+2 μmol/L XAV939）和藤黄酸+激活剂组（10 μg/mL脂多糖+2.0 μmol/L藤黄酸+20 μmol/L Wnt/β-catenin信号通路激活剂SKL2001），干预24 h。用活细胞计数试剂盒（CCK-8）法检测细胞活力；用酶联免疫吸附试验（ELISA）检测炎症因子肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）和白细胞介素-6（IL-6）的表达水平；用Hoechst 33258染色法检测细胞凋亡率；用蛋白免疫印迹（Wb）法检测B淋巴细胞瘤-2（Bcl-2）和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3（Caspase-3）及Wnt/β-catenin信号通路相关蛋白的表达水平。预实验中，脂多糖组的细胞活力较对照组降低（P<0.05），炎症因子TNF-α、IL-1β和IL-6的表达水平增加（P<0.05）；高浓度藤黄酸组细胞活力较脂多糖组增加（P<0.05），炎症因子TNF-α、IL-1β和IL-6的表达水平降低（P<0.05），所以选择高浓度藤黄酸组作为最佳作用浓度进行正式实验。正式实验中，脂多糖组细胞活力和抗凋亡Bcl-2蛋白的表达水平较对照组降低（P<0.05），炎症因子TNF-α、IL-1β和IL-6的表达水平、细胞凋亡率以及Caspase-3、Wnt和β-catenin蛋白的表达量增加（P<0.05）；藤黄酸组和抑制剂组的细胞活力和抗凋亡Bcl-2蛋白的表达水平较脂多糖组增加（P<0.05），炎症因子TNF-α、IL-1β、IL-6的表达水平、细胞凋亡率以及Caspase-3、Wnt和β-catenin蛋白的表达水平降低（P<0.05）；相较于藤黄酸组，藤黄酸+抑制剂组上述指标的变化趋势更加显著（P<0.05），藤黄酸+激活剂组则显著扭转了这些指标的变化趋势（P<0.05）。藤黄酸或可通过抑制Wnt/β-catenin信号通路信号转导促进脂多糖诱导的人hPDLSCs的细胞活性，抑制其凋亡及炎症反应。本研究可为牙周炎的治疗提供新的理论参考。
关键词：牙周炎；藤黄酸；脂多糖；牙周膜干细胞；Wnt/β-catenin信号通路
中图分类号：R781.4 文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.06.011
2024 Vol. 33 (6): 567-576 [
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激光生物学报 - 金宝搏官方188
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国际先进光电材料、技术与应用大会
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第五届国际光电子与微电子技术及应用大会暨国际工程科技战略高端论坛
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