2025年，十大生命科學(xué)突破

2025年，生命科學(xué)的多個(gè)研究方向同時(shí)出現(xiàn)了引人注目的突破。從為單個(gè)患者定制的基因編輯療法，到人類首次實(shí)時(shí)觀察胚胎植入過程；從揭示癌細(xì)胞如何借助神經(jīng)系統(tǒng)獲取能量，到揭示丹尼索瓦人的真實(shí)面貌，研究者正在以不同方式拓展我們理解生命的邊界。

在這里，我們選取了2025年生命科學(xué)領(lǐng)域值得關(guān)注的十項(xiàng)研究。它們有的打開了新的研究路徑，有的挑戰(zhàn)了既有認(rèn)知，也有的為未來的醫(yī)學(xué)干預(yù)和基礎(chǔ)研究提供了新的可能。

首例個(gè)性化基因編輯療法

KJ Muldoon出生于2024年8月，他很快就被確診患有一種極為罕見的遺傳疾病——氨甲酰磷酸合成酶（CPS1）缺乏癥?；加羞@種疾病的人一旦攝入蛋白質(zhì)，體內(nèi)氨的濃度就會(huì)升高至中毒水平，進(jìn)而可導(dǎo)致嚴(yán)重的昏迷、腦腫脹、肝功能損害，甚至永久性腦損傷或死亡?，F(xiàn)有的治療手段通常包括極為嚴(yán)格的蛋白質(zhì)攝入限制，并且往往需要接受風(fēng)險(xiǎn)較高的肝臟移植手術(shù)。

醫(yī)生與KJ的家人決定嘗試一種此前從未在人類嬰兒中實(shí)施過的治療方案——定制化的CRISPR基因編輯。從今年2月開始，KJ接連接受了三次注射治療，每次注射中都包含數(shù)十億個(gè)微型基因編輯器。這些編輯器被精準(zhǔn)輸送至肝臟中的突變位置。治療后，KJ不僅能攝入蛋白質(zhì)，還成功挺過了一次感冒和一次胃腸道感染。

這一里程碑式的成果表明，基因編輯技術(shù)或許能夠?yàn)槟切┥袩o有效治療方案的遺傳性罕見病患者，開辟一條全新的路徑。

首例豬肺移植人體試驗(yàn)

異種移植，指的是將動(dòng)物的器官、組織或細(xì)胞移植到人體中，或在體外與動(dòng)物細(xì)胞接觸后再回輸?shù)饺梭w內(nèi)，其目標(biāo)是緩解腎、心、肺、肝和胰腺等器官長(zhǎng)期供不應(yīng)求的困境。在所有可移植器官中，肺被認(rèn)為是技術(shù)難度最高的一類。這與肺的解剖學(xué)和生理學(xué)特點(diǎn)有關(guān)。即便在人與人之間，肺移植也屬于高風(fēng)險(xiǎn)手術(shù)，更遑論異種移植。

今年5月，何建行團(tuán)隊(duì)將一名因嚴(yán)重顱內(nèi)出血而腦死亡的39歲男子的左肺，首次成功替換為一只豬的左肺。供體肺來自一只經(jīng)過CRISPR基因編輯的巴馬香豬，研究人員對(duì)其進(jìn)行了6處基因編輯。移植的豬肺可以在患者體內(nèi)發(fā)揮作用，為血液供養(yǎng)并排出二氧化碳，同時(shí)避免了最危險(xiǎn)的免疫屏障之一——超急性排斥反應(yīng)。不過，移植的豬肺僅在體內(nèi)維持了9天。

盡管時(shí)間有限，這項(xiàng)試驗(yàn)首次證明了豬肺在人體內(nèi)短期發(fā)揮功能的可行性。要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期存活，仍需進(jìn)一步增加基因修飾，或改進(jìn)抑制受體免疫反應(yīng)的藥物，以幫助移植肺維持更持久、穩(wěn)定的功能。

疫苗接種可降低癡呆癥風(fēng)險(xiǎn)

目前，癡呆癥在全球范圍內(nèi)影響著超過5500萬人，每年新增病例約為1000萬例。今年4月，一項(xiàng)具有里程碑意義的真實(shí)世界研究提供了迄今最有力的證據(jù)表明：接種過帶狀皰疹疫苗的人群，在接下來七年內(nèi)罹患癡呆癥的風(fēng)險(xiǎn)，比未接種者低約20%。

帶狀皰疹是一種會(huì)引發(fā)疼痛性皮疹的病毒感染，其致病病毒與水痘相同，都是水痘-帶狀皰疹病毒。人們通常在童年時(shí)期感染水痘，此后這種病毒就會(huì)終身潛伏在神經(jīng)細(xì)胞中。在老年人或免疫系統(tǒng)較弱的人群中，這種潛伏的病毒可能重新激活，引發(fā)帶狀皰疹。

這一研究結(jié)果支持了一種正在受到關(guān)注的理論：某些影響神經(jīng)系統(tǒng)的病毒感染，可能會(huì)增加癡呆癥的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。若這一關(guān)聯(lián)在未來研究中得到進(jìn)一步確認(rèn)，意味著預(yù)防癡呆癥的干預(yù)手段或許已經(jīng)觸手可及。在本月發(fā)表的一項(xiàng)后續(xù)研究中，研究人員還發(fā)現(xiàn)，這類疫苗可能對(duì)已確診的癡呆癥患者同樣有益，有望減緩疾病進(jìn)展。

神經(jīng)元為癌細(xì)胞提供能量

神經(jīng)系統(tǒng)在腫瘤發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移中的作用正受到越來越多的關(guān)注。2025 年的一項(xiàng)研究揭示了一種此前未知的機(jī)制：癌細(xì)胞可以通過在自身與神經(jīng)元之間形成的超細(xì)管狀結(jié)構(gòu)，直接“抽取”神經(jīng)元中的線粒體——這些細(xì)胞器是細(xì)胞能量的主要來源。

研究人員利用一種名為MitoTRACER的技術(shù)，追蹤這些被“增強(qiáng)動(dòng)力”的癌細(xì)胞是否更容易發(fā)生轉(zhuǎn)移。在將小鼠神經(jīng)元與癌細(xì)胞共同培養(yǎng)后，研究團(tuán)隊(duì)將它們一同注射至雌性小鼠的腹部脂肪組織中。原發(fā)腫瘤迅速形成，并擴(kuò)散至肺部和大腦。

進(jìn)一步分析顯示，在原發(fā)腫瘤中，僅約 5% 的癌細(xì)胞獲得了來自神經(jīng)元的線粒體；而在肺部轉(zhuǎn)移灶中，這一比例上升至 27%，在大腦中更是高達(dá) 46%。這些結(jié)果表明，阻斷線粒體的轉(zhuǎn)移，可能成為一種新的癌癥治療策略。

首次實(shí)時(shí)記錄人類胚胎植入過程

（視頻/IBEC）

人類的生殖過程效率并不高。胚胎在子宮中的植入失敗，是不孕和自然流產(chǎn)的主要原因之一，約占自發(fā)性流產(chǎn)的60%。然而，胚胎植入過程長(zhǎng)期以來無法在人體中被實(shí)時(shí)觀察，研究者只能從靜態(tài)圖像中推測(cè)出有限的信息。

今年，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使胚胎能夠在受控條件下在子宮外完成植入。該平臺(tái)以一種凝膠為基礎(chǔ)，這種凝膠包含大量在子宮組織中豐富存在的膠原，以及胚胎發(fā)育所必需的多種蛋白質(zhì)。利用這一平臺(tái)，研究人員得以進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光成像，并分析胚胎與其周圍環(huán)境之間的機(jī)械作用。

通過對(duì)人類胚胎和小鼠胚胎的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)了顯著差異：小鼠胚胎在接觸子宮組織后，會(huì)施加機(jī)械力黏附其表面，隨后子宮組織發(fā)生形變，向內(nèi)折疊，將胚胎包裹在一個(gè)稱為“子宮隱窩”的結(jié)構(gòu)中；而人類胚胎則會(huì)向內(nèi)移動(dòng)，完全穿透子宮組織，并在其中呈放射狀生長(zhǎng)。

這一平臺(tái)為定量解析胚胎植入過程中的動(dòng)態(tài)變化提供了全新手段，也為提升生育成功率和改進(jìn)輔助生殖技術(shù)提供了重要線索。

弓頭鯨的長(zhǎng)壽秘密

隨著年齡增長(zhǎng)，人類更容易罹患癌癥及多種慢性疾病。然而，生活在北冰洋的弓頭鯨（Balaena mysticetus）卻能夠存活超過 200 年，并且?guī)缀醪槐憩F(xiàn)出其他動(dòng)物（包括人類）常見的與衰老相關(guān)的疾病。

作為體重可達(dá)80噸以上的海洋巨獸，弓頭鯨是如何在漫長(zhǎng)的生命歷程中保持健康的？今年的一項(xiàng)研究提供了部分答案：在弓頭鯨體內(nèi)，一種名為CIRBP的蛋白質(zhì)水平顯著高于其他哺乳動(dòng)物。該蛋白在修復(fù)DNA雙鏈斷裂這一最具破壞性的基因損傷類型中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，而這類損傷與多種疾病及壽命縮短密切相關(guān)。

這樣的研究結(jié)果為人類未來如何增強(qiáng)DNA修復(fù)能力、提高抗癌潛力以及減緩衰老過程，提供了新的研究線索。

兩個(gè)不同的物種，卻有同一個(gè)母親

螞蟻因其復(fù)雜的社會(huì)結(jié)構(gòu)而聞名，但同樣引人注目的，是它們多樣而非常規(guī)的生殖策略。在今年的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家在伊比利亞收獲蟻（

Messor ibericus

Messor structor

研究顯示，在某個(gè)演化時(shí)間點(diǎn)，伊比利亞收獲蟻的蟻后獲得了一項(xiàng)新能力：能夠“制造”出擁有工匠收獲蟻基因組的雄性。這一過程的機(jī)制是，當(dāng)伊比利亞收獲蟻的卵細(xì)胞與來自工匠收獲蟻的精子結(jié)合時(shí)，卵細(xì)胞會(huì)排除自身的細(xì)胞核DNA，保留精子DNA來發(fā)育成工匠收獲蟻的雄蟻。

這兩個(gè)物種早在約500萬年前便已分化。一個(gè)物種的雌性能夠產(chǎn)下另一個(gè)物種的雄性，直接挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)意義上的“物種界限”，也提醒我們，自然界中的演化過程往往比既有理論更為多樣和出人意料。

揭示丹尼索瓦人的真實(shí)面貌

2010年，科學(xué)家在西伯利亞的一處洞穴中發(fā)現(xiàn)了一節(jié)史前人類指骨，并從中解析出一個(gè)此前未知的古人類族群的基因信息——丹尼索瓦人（Denisovans）。此后，盡管基因研究不斷推進(jìn)，但由于只有少數(shù)零散化石被發(fā)現(xiàn)，人們始終難以還原丹尼索瓦人的真實(shí)面貌。

今年，付巧妹團(tuán)隊(duì)發(fā)表了對(duì)一具出土于哈爾濱的古人類頭骨的系統(tǒng)研究結(jié)果。在2021年的一項(xiàng)研究中，研究者曾提出該頭骨可能屬于一個(gè)此前未被識(shí)別的古人類物種，并將其命名為“龍人”（

Homo longi

這一發(fā)現(xiàn)讓這一神秘的古人類族群在被發(fā)現(xiàn)15年后，首次擁有了相對(duì)清晰、可供系統(tǒng)比較的“面貌”，并為識(shí)別其他丹尼索瓦人化石提供了新的參照。

發(fā)現(xiàn)迄今最古老的古RNA

古DNA的研究已經(jīng)徹底改變了我們對(duì)已滅絕和現(xiàn)存生物的認(rèn)識(shí)，使科學(xué)家能夠研究那些生活在距今最早可達(dá)200萬年前的生物。然而，僅依靠現(xiàn)有的DNA測(cè)序技術(shù)，仍無法直接揭示組織類型、基因表達(dá)的動(dòng)態(tài)變化或轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制，因?yàn)檫@些關(guān)鍵信息儲(chǔ)存在RNA分子中。

在今年發(fā)表的一項(xiàng)研究中，研究人員報(bào)告了來自10頭更新世晚期真猛犸象的轉(zhuǎn)錄譜數(shù)據(jù)。其中一頭距今約3.9萬年的個(gè)體，提供了足夠精細(xì)的信息，使研究人員能夠恢復(fù)與骨骼肌代謝相關(guān)的組織特異性調(diào)控機(jī)制和生物學(xué)功能。這也使其成為迄今為止記錄到的最古老的古RNA序列。

這一成果表明，除了DNA和蛋白質(zhì)之外，RNA也能在極長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)得以保存。未來，研究人員希望將史前 RNA 與 DNA、蛋白質(zhì)以及其他保存下來的生物分子結(jié)合起來開展綜合研究，從而有望進(jìn)一步改變我們對(duì)滅絕巨型動(dòng)物及其他物種的理解，揭示那些至今仍被凍結(jié)在時(shí)光中的生物學(xué)信息。

人工智能加速生命科學(xué)突破

如果說AlphaFold在2020年的出現(xiàn)，首次擊穿了人們對(duì)人工智能在科學(xué)研究中能力邊界的預(yù)期，那么今年則標(biāo)志著一個(gè)新的階段：通用型大語言模型開始在多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域中，系統(tǒng)性地展示出參與科學(xué)研究過程本身的能力。這一變化并非源于為某一具體學(xué)科量身定制的模型，而是來自模型規(guī)模、推理深度與自主規(guī)劃能力的整體躍遷。

在生命科學(xué)領(lǐng)域，這一轉(zhuǎn)變尤為清晰。例如，谷歌開發(fā)的具備自主決策能力的AI聯(lián)合科學(xué)家，已經(jīng)可以從現(xiàn)有藥物中成功篩選出了治療肝纖維化的新候選藥物，并在短短兩天內(nèi)復(fù)現(xiàn)了關(guān)于細(xì)菌中寄生DNA如何傳播的一項(xiàng)關(guān)鍵認(rèn)識(shí)——而這一發(fā)現(xiàn)曾花費(fèi)研究人員數(shù)年時(shí)間才得以揭示。

這些成果清楚地表明，生命科學(xué)研究正在進(jìn)入一個(gè)由人類研究者與人工智能共同推進(jìn)的新階段。

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撰文/設(shè)計(jì)：原理編輯部

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封面圖/首圖：IBEC