-
![]()
欧阳志云研究组在自然保护地管理研究方面取得新进展
自然保护地是国家生态保护建设的核心载体，在维护国家生态安全中居于首要地位。城市与区域生态国家重点实验室欧阳志云研究组在综述我国自然保护地的发展历程、现状与问题的基础上，分析了机构改革对中国自然保护地建设带来的机遇，提出了完善自然保护地体系的建议，相关研究成果发表在国际生态学领域顶级期刊《Trends in Ecology & Evolution》(IF=15.2)，徐卫华研究员为论文第一作者。
建立自然保护地是全球生物多样性保护的主要手段，也是联合国可持续发展目标的重要内容。我国的自然保护地建设成效显著，到目前为止建立了自然保护区、风景名胜区、森林公园、地质公园、湿地公园等各种类型的自然保护地1万多处，总面积占我国陆域面积的18%以上，在保护生物多样性与自然景观、保障我国的生态安全等方面发挥了重要作用，但也存在重叠设置、多头管理、边界不清、权责不明、保护与发展矛盾突出等问题，影响自然保护地整体成效的发挥。
文章认为，源于多部门的破碎化管理是自然保护地现有问题的根源之一，而目前我国政府从上而下推动的机构改革为解决这些问题，构建统一、规范、科学、高效的自然保护地管理体制提供了难得的机遇。新成立的自然资源部，代表中央政府统一行使全民所有的自然资源资产产权管理者职责，各级政府的自然资源主管部门分别有类似的代表权，这解决了不同级别自然保护地内自然资源资产所有者缺位的问题，同时自然资源部门统一组织编制国土空间规划，自然保护地规划是其中重要内容，能统一协调解决保护与发展的矛盾；新建立的国家公园管理局，对原属于不同部门管理的自然保护地进行统一管理，解决了管理破碎化的问题；原有的环境保护部调整成为生态环境部，不再具体管理自然保护区，但加强了自然保护地的监督职能，实现自然保护地管理与监督的分离。
研究建议以机构改革为契机，近期内优先解决如下问题。第一，重新构建自然保护地分类体系，建议在国家最新提出的国家公园、自然保护区和自然公园的基础上，考虑建立生态功能保护区，以便与生态保护红线相协调。第二，综合考虑珍稀濒危物种、自然生态系统、自然景观和自然遗迹，编制统一的自然保护地体系规划。第三，构建统一的自然保护地法律体系。文章提出的对策与建议，期望为协调保护与发展的关系、推动中国的绿色发展、保障国家生态安全提供支撑。
2020年中国将主办《生物多样性公约》第十五次缔约方大会，我国在自然保护地建设与管理的经验对于解决全球生物多样性危机、自然保护地建设与管理面临的问题，提出了中国解决方案与路径。
该研究得到了中国科学院与国家林草局联合支持的《全国自然保护地体系规划研究》课题的资助。
TREE论文链接：
https://www.cell.com/trends/ecology-evolution/fulltext/S0169-5347(19)30161-2
城市与区域生态国家重点实验室
2019年7月12日
2019-07-12
-
![]()
刘思金研究组在环境健康风险与转化毒理学方面取得新进展
中科院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室刘思金研究组在环境健康风险与转化毒理学方面取得新进展，相关研究成果近期陆续发表于Nano Letters (Wang, et al. 2019, DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b02127), ACS Nano (Zhang, et al. 2019, 13: 2050-61; Zhang, et al. 2019, 13: 2729-48) 和Environment International (Shen, et al. 2019, 128: 146-57)。
纳米银（AgNPs）作为应用最广泛的纳米材料之一，其环境健康风险受到广泛关注。该课题组近期的研究发现，在低剂量暴露下，尽管没有明显的细胞毒性， AgNPs暴露却导致雌性小鼠胚胎干细胞（mESCs）分化受到显著抑制，并发现X染色体失活（XCI）及其所导致的X染色体连锁基因的下调表达是重要的作用机制。AgNPs暴露后雌性mESCs中应失活X染色体（Xi）的失活程度增加即过早失活，活化X染色体（Xa）的活化状态维持减弱，导致了X染色体连锁的与分化相关的诸多调控基因启动子区域的抑制性组蛋白修饰（如H3K27me3）富集增加，基因表达水平显著下降，这些变化最终导致了干细胞分化受阻（图1）。在雄性干细胞中没有观察到如此效应。另外，该研究组同时发现基于黑磷的纳米材料，细胞毒性低，生物相容性好，并表现出优越的抗肿瘤转移特性。这些研究成果为揭示纳米材料的环境健康风险与开展转化毒理应用具有科学意义。
图1. 低剂量纳米银暴露诱发X染色体失活状态机制示意图
多氯联苯PCB126是一种典型的持久性有机污染物，虽已被禁用多年，但仍广泛分布于环境介质和生物体中。众多的研究表明PCBs暴露会引起肝脏代谢紊乱，然而对于其低剂量暴露下的肝脏代谢毒性机制了解甚少。该研究组最近发现，PCB126低剂量暴露显著改变了肝细胞中诸多核心节律基因及其下游的控制糖和脂肪代谢的节律基因表达（包括糖脂有氧氧化与转运和存储等相关的基因），引发这些节律基因表达震荡紊乱，从而导致了肝脏中葡萄糖、甘油三脂和胆固醇显著累积（图2）。这些发现为揭示PCBs 等污染物诱发肝脏代谢性疾病的作用机制提供重要思路。
图2. PCB126干扰生物节律震荡并诱发糖脂代谢机制示意图
以上研究工作得到了中科院先导专项B、国家973项目和国家基金委项目的支持。
相关论文链接：
论文1：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b02127
论文2：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b08604
论文3：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412019303435
2019-07-08
-
![]()
刘振刚研究组在生物质基土壤重金属污染修复材料研究方面取得进展
中科院生态环境研究中心刘振刚研究组在生物质基土壤重金属污染修复材料研究方面取得进展。相关研究成果发表在综合性学术期刊Science of the Total Environment(2019；685:1201-1208)和Bioresource Technology (2019；288:121593)。
土壤重金属污染是国内外主要关注的问题之一。目前，原位固定稳定化技术是重金属污染土壤修复主流技术，相比于其他治理技术，具有快速高效、运行成本低、适用性强等优点。为了实现大规模工程应用，筛选高效、低廉、无二次污染的固化稳定化材料是该技术的关键所在。生物质是唯一的可再生的碳材料来源，具有来源广泛、价格低廉、可再生及可生物降解等特性。目前，生物炭材料在重金属污染土壤生态修复中已开始进行工程化应用，但囿于生物炭固有属性以及缺乏生物炭重金属钝化机理研究导致其生态修复效果不理想。针对这种情况，刘振刚研究组开发了废弃生物质通过一步碱式水热法制备水热炭重金属固定稳定化材料的技术路线，制备的水热炭材料具有经济、高效、快速提升土壤肥力等特点。研究发现，水热炭材料对水体中重金属铅的吸附能力高达92.80 mg/g；水热炭材料对复合污染土壤中重金属具有超强的钝化能力，相对于传统生物炭土壤重金属钝化效率分别提升了95.1%(铅)and 64.4%(镉)；土壤中重金属铅和镉的生物毒性分别降低了54.0%和27.0%。重金属的钝化机理研究表明：水热炭材料对重金属的固定稳定化主要通过表面含氧官能团配位、表面沉淀及π电子配位作用实现；钝化机理定量分析表明其对重金属钝化贡献占比分别为62.12%，27.14% 和 10.74%。本研究对于生物质基炭材料的定向制备具有重要的理论指导作用；研究制备的水热炭材料在污染土壤修复方面具有重要的工程应用前景。
(A)
(B)
水热炭材料对于重金属的钝化机理。(A)：钝化机理示意图；(B)：定量计算结果。
STOTEN论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004896971932861X
BITE论文链接:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852419308235
固体废弃物处理与资源化实验室
2019年7月1日
2019-07-01
-
生态环境中心揭示污水氮磷排放及其干预效应的全球热区和关键因子
近日，由中国科学院生态环境研究中心领衔，英国埃克塞特大学、美国密歇根大学、荷兰瓦赫宁根大学等参与的研究团队在污水氮磷排放管理方面取得重要突破，该研究从全球视角揭示了生活污水氮磷减排措施及其环境影响的时空异质性，为不同国家和地区的个体消费者、管理者以及决策者全方位参与氮磷点源污染控制与治理提供了科学的量化数据和关键信息，为社会经济与生态环境协调发展提供科学支持。这一成果以《污水氮磷减排的影响热区将随人口发展与饮食习惯改变而发生全球规模转移》（Impact hotspots of reduced nutrient discharge shift across the globe with population and dietary changes）为题发表在6月14日的国际著名期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上。
近半个多世纪，随着人口和社会经济的快速发展，污水排放已成为水体富营养化和水生态退化的一个关键因素。目前，各国主要通过完善污水收集处理以及提高污水排放标准进行氮磷点源排放控制。然而，极少有科学家和管理者关注氮磷排放干预措施的环境影响。有研究指出，污水强化脱氮除磷产生的高能耗、高药剂及衍生污染很可能会对大气或陆地系统造成看似无关的负面影响。水、大气与陆地生态系统是一个相互影响的联动体系；在一定条件下，当大气与陆地生态系统破坏到一定程度，也能诱发水污染。污水氮磷管理及其减排措施对生物地球化学过程及环境系统可持续性的影响亟待阐明。但是，解决这一关键科学问题尚缺乏能够从系统集成角度出发、且基于技术、空间和时间维度互馈的科学评估方法。
对此，研究团队开发出能够深度融合人口发展、城市化、饮食习惯、水与卫生基础设施发展水平等关键社会、经济、技术、环境数据的综合评估模型（IDEAS）；在此基础上，研究团队利用IDEAS模拟了1990–2050年五大洲173个国家污水收集与处理设施发展对减少氮磷点源排放的环境影响及效应。研究显示，污水设施建设与技术升级可有效减少氮磷进入淡水和沿海水体。但是，污水氮磷排放贡献呈现显著的时空异质性（图1），这主要由人口基数与人均氮磷排放水平的时空差异共同决定；其中，高人均氮磷排放水平与该区域（或时期）的高人均膳食蛋白摄入量、低卫生设施覆盖率、不完善的污水处理系统等因素相关。
文章还结合了地球环境容量阈值（planetary boundary）对污水基础设施发展的宏观环境影响及驱动因子进行系统评估（图2）。结果显示，从20世纪末到21世纪中叶，全球生活污水氮磷排放的重点区域正从东亚和中亚国家转向以西非等人口激增、膳食摄入量提高、而水与卫生设施落后为代表的欠发达地区和国家。与此同时，污水集中强化处理产生的能耗、药剂及衍生污染将导致污水氮磷排放的环境影响热区从水体富营养化转移到温室气体排放、气溶胶负荷升高、化学污染、水资源消耗、平流层臭氧耗竭和生物多样性流失等方面，其中，人口基数及其分布以及消费者饮食习惯是关键的驱动因子。
文章认为，污水氮磷排放格局的演变、氮磷减排措施的效应转移均将深刻影响污水处理行业的未来发展。目前实现污水氮磷有效减排且避免效应转移的可行方法是重构污水处理与管理体系，研发以氮磷回收利用为导向的污水处理绿色技术，构建有效减少衍生污染、降低环境影响的污水治理全系统调控策略。与此同时，文章呼吁通过多渠道引导消费者养成环境友好的饮食习惯和膳食结构。
中国科学院生态环境研究中心王旭副研究员是该论文的第一作者兼通讯作者。研究工作得到英国皇家学会牛顿学者基金、国家自然科学基金、北京市科技新星、北京市高创计划青年拔尖人才、中国科学院青年创新促进会等资助。
图1 生活污水氮磷排放的时空格局：（a）全球排放总量；（b）五大洲173个国家的氮磷排放量；（c）典型区域和国家的人均生活污水氮排放水平
图2 基于地球环境容量阈值的污水氮磷减排及其环境影响：
（a）全球尺度；（b）洲际尺度
论文信息：
Xu Wang*, Glen Daigger, Wim de Vries, Carolien Kroeze, Min Yang, Nan-Qi Ren, Junxin Liu, David Butler. Impact hotspots of reduced nutrient discharge shift across the globe with population and dietary change. Nature Communications, 2019, 10: 2627. DOI: 10.1038/s41467-019-10445-0
全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-10445-0
水污染控制实验室
环境水质学国家重点实验室
2019年6月14日
2019-06-14
-
曹垒研究组在动物迁徙驱动机制研究方面取得重要进展
动物追随季节性资源迁徙，是自然界最为壮观的生物现象之一。迁徙的动物与途经区域的生物群落发生物质和能量交换，这是全球生态过程的重要组成部分，具有重要的生态系统服务功能。研究动物迁徙的驱动机制，对生态学基础研究，以及生态红线和自然保护区规划等国家战略都具有重要意义。中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室曹垒研究组和以色列希伯来大学Ran Nathan教授合作，在动物迁徙驱动机制研究方面取得重要进展，相关研究成果发表于综合性学术期刊《Nature Communications》。
“绿色波浪”假说是关于动物迁徙驱动机制的经典理论，认为食草动物的迁徙是由区域植物叶片生长的高峰驱动。但对该假说的研究和验证，仅涉及单一或少量的物种（或种群）、覆盖有限的地理范围、且使用无法排除共线性变量干扰的建模方法，故该假说的普适性一直没有定论。为系统地检验“绿色波浪”假说，该研究创新地引入了随机模拟方法、研究了欧洲、亚洲和北美洲的迁徙天鹅、雁类和鸭类，共10个物种、14种种群、222次春季迁徙（图1）。结果显示，“绿色波浪”仅能解释个别地区少量草食性种群的迁徙模式。研究表明，“绿色波浪”不是草食性水鸟春季迁徙的普遍驱动因素，迁徙屏障和人为干扰均对迁徙鸟类追随绿色波浪造成不利影响，这为迁徙鸟类的研究和保护提出了新思路。
图1. 研究所包含的物种、种群、迁徙停歇地及空间范围
该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、中国生物多样性监测与研究网络的支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-09971-8
城市与区域生态国家重点实验室
2019年6月7日
2019-06-07
-
![]()
邓晔研究组在功能微生物类群多样性检测研究上取得进展
在高度复杂的环境微生物群落中，承载生物地球化学循环的特定功能微生物类群往往也具有高度的多样性，这种功能上的冗余使得微生物群落面对环境剧烈变化时具有较强的适应性和稳定性。然而，以单一16S rRNA基因或者以功能基因为主的高通量测序均无法实现特定微生物功能类群的多样性检测。中国科学院生态环境研究中心环境生物技术重点实验室邓晔研究组对最新开发的测序技术-细胞内融合基因技术（epicPCR）进行了方法优化，同时对采集于十个西藏盐湖底泥的硫酸盐还原功能菌群的多样性进行了研究，其研究结果近期发表在Springer Nature出版社的在线杂志Microbiome上。
硫酸盐还原是生态圈中一个重要的硫循环过程，虽然承载这一功能的硫酸盐还原菌通过分离培养已经得到了很多，但自然状态下的硫酸盐还原菌（SRP）多样性尚未得到充分的鉴定。该研究先通过油水混合体系对底泥中的原核微生物进行单细胞水平的分离，在细胞内对16S rRNA基因和表征硫酸盐还原能力的dsrB基因进行基因融合PCR，最后对融合产物的进行高通量测序。研究结果显示，共检测到10个湖泊的微生物物种数量为12,519个，其中SRP为883个，整个微生物群落和SRP类群的α-多样性呈显著正相关 （R2=0.443， P<0.05）。统计分析结果表明，采样当月的pH值和平均温度是整个微生物群落的环境决定因素，而SRP功能类群主要受到平均温度和总氮的驱动。针对筛选出了120个高丰度的SRP物种构建进化关系树（下图），其结果表明，这些高丰度的SRP-OTU与17个描述的门相关，其中只有7个广为认可的SRP门，表明西藏盐湖区还存在着许多未发现的SRP类群。
该研究的第一作者是本所博士生秦化宇，项目得到了国家自然科学基金项目、中科院前沿科学重点研究项目、中科院重点部署项目的支持。
文章链接：https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-019-0688-4
图注：120个高丰度的硫酸盐还原菌的OTUs的进化关系。加黑字体为参考序列，蓝色字体为广泛分布的OTUs（每一个湖中均有高丰度存在），黑色字体为只以高丰度存在于某一个湖中的OTUs，红色字体为高丰度存在于两个以上的湖，但并不在每个湖中都有的OTUs。进化枝上蓝色圆形大小表示自展值的大小（70-100）。红色进化枝代表属于新发现的十个硫酸盐还原菌门的OTUs（图下方*标记的菌门）。黑色柱形代表该OTUs相对丰度最高的湖中的丰度。彩色条形标记门的水平的分类。
2019-05-08
-
![]()
郑华研究组在生态系统服务权衡协调方法研究方面取得进展
城市与区域生态国家重点实验室生态系统过程与服务研究组等在生态系统服务权衡协调方法研究方面取得重要进展。该研究定量揭示了热带地区橡胶生产与生态系统调节服务和生物多样性的权衡特征，构建了综合分析生态系统产品供给、调节服务、生物多样性和农户生计的方法，提出了区域尺度协调生态系统产品供给服务与调节服务权衡、实现作物生产与环境服务双赢的有效途径。相关研究成果发表在PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)和JES (Journal of Environmental Sciences)。
生态系统为人类提供了一系列的产品（如：粮食、木材、工业原材料）和调节、文化服务（如：洪水调蓄、水质净化、休憩娱乐），支撑经济社会发展和生存环境条件。但生态系统的产品提供与调节、文化服务常存在权衡关系，导致生态系统管理往往面临两种困境：以牺牲生态系统调节和文化服务为代价，获得产品供给服务的提升；或者生态系统调节和文化服务的严格保护导致区域贫困化。如何通过科学有效的方法协调生态系统产品供给与调节、文化服务的权衡关系，是实现包容性增长和可持续发展的关键，也是国内外学者和生态系统管理者关注的焦点。
该研究综合采用定位观测、生态系统服务评估模型、社会调查等手段，定量揭示了海南岛中部山区生态功能区1998-2017年橡胶生产对土壤保持、总氮保持、总磷保持、洪水调蓄、固碳等生态系统服务和热带森林生境的负面影响，建立了综合分析生态系统产品供给、调节服务、生物多样性和农户生计的方法，研究发现：尽管橡胶生产的增加损害了热带森林生境和生态系统调节服务，但采用统筹考虑自然与社会经济目标、发挥土地生态系统多功能属性的生态系统服务权衡协调方法，不仅能提高土壤保持、洪水调蓄、总氮保持、总磷保持等调节服务20%以上，而且能提高约一倍的农户收入，该方法还有助于应对由单一作物欠收和市场价格波动导致的农户生计脆弱性。
该项研究表明：生态系统管理并不是必需要权衡产品供给与调节服务，基于生态学原理的农林复合生态系统管理，我们可以拥有高价值、高产量的生产系统，既保障农户生计，又支撑自然生态系统的重要功能。这一研究成果建立的综合分析生态系统产品供给、调节服务、生物多样性和农户生计的方法，对于南亚和东南亚地区定量揭示森林经营的双重效应、协调生态系统产品供给与调节服务关系具有广泛应用价值。研究提出的管理生态系统服务权衡的方法，也为广大人工林地区协调生态系统产品供给与调节服务关系提供了一种新的策略。
基于研究组对生态系统服务权衡的长期研究，结合国内外已有研究进展，研究组系统疏理和总结了生态系统服务权衡协调途径（生态系统途径、景观途径、多目标优化、政策干预），并以综述形式发表在Journal of Environmental Sciences。
该研究得到了国家自然科学基金项目、中科院战略性先导科技专项的支持。
PNAS论文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.1819501116
JES论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1001074219303481
城市与区域生态国家重点实验室
2019年4月8日
2019-04-08
-
![]()
生态环境研究中心博士生发表Nature研究论文
3月28日，国际顶级学术刊物《Nature》在线发表了关于乙烷厌氧生物氧化的研究论文"Anaerobic oxidation of ethane by archaea from a marine hydrocarbon seep"，首次报道了具有乙烷厌氧功能的古菌及其代谢途径。该研究由德国亥姆霍兹环境研究中心（UFZ）Florin Musat团队、中国科学院生态环境研究中心朱永官团队和德国Max-Planck海洋微生物研究所Freidrich Widdel团队联合完成。中国科学院生态环境研究中心博士生陈松灿为第一作者，德国亥姆霍兹环境研究中心Florin Musat为论文的通讯作者。
天然气，包括甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等气态烷烃，是海洋及陆地生态系统中有机碳库的重要组分，其形成和分解对地球环境和气候变化影响极大。在海洋及陆地环境中，天然气从岩层深部向上扩散至油气藏上部沉积物及土壤，是其间微生物重要的碳源及能源。甲烷厌氧氧化是海洋底泥及土壤中普遍存在的微生物过程。此外，近期的研究表明丙烷和丁烷等小分子烷烃也能在无氧条件下被古菌或者细菌氧化利用。相反，乙烷，作为天然气中第二丰富的烷烃，是否能够被微生物厌氧降解尚不明确。
该研究通过富集培养、荧光原位杂交、宏基因组、宏蛋白组以及宏代谢组技术揭示了乙烷厌氧氧化古菌及其代谢机制。研究所用的共培养体系能够在硫酸盐还原条件下将乙烷完全氧化为二氧化碳。古菌为该富集体系的主导微生物菌群，作者将其命名为Candidatus Argoarchaeum ethanivorans；Ca. Argoarchaeum基因组含有甲基辅酶M还原酶（methyl-coenzyme M reductase，MCR）所有编码基因，且对应的基因表达产物在宏蛋白组中被检测。利用傅里叶回旋共振质谱以及液相色谱-质谱技术，该研究进一步确认了中间代谢产物乙基辅酶M（ethyl-coenzyme M）的存在。这些结果表明Ca. Argoarchaeum通过合成乙基辅酶M来催化乙烷的活化，与近期报道的Ca. Syntrophoarchaeum厌氧丁烷氧化的机制相似。宏蛋白质组学分析表明乙烷氧化生成的中间产物乙酰辅酶A通过Wood Ljungdahl途径被氧化为二氧化碳。Ca. Argoarchaeum及其功能基因在深海天然气渗漏环境中广泛分布，暗示Ca. Argoarchaeum所介导的乙烷氧化可能是海洋环境中气态烷烃生物降解的重要途径。
该研究团队长期致力于气态烷烃厌氧氧化的研究，并取得系列重要的成果和进展，包括在世界上率先分离培养了具有丙烷和丁烷降解功能的硫还原细菌Desulfosarcina sp. BuS5 （Nature，2007）；报道了嗜热丁烷氧化古菌Ca. Syntrophoarchaeum butanivorans及其代谢途径（Nature，2016）。本研究首次发现了乙烷厌氧氧化古菌，填补了长期以来科学界对气态烷烃厌氧氧化过程认识上的空白，拓展了人们对MCR酶功能特异性的理解，开启了对土壤环境（如湿地和稻田等）中烷烃厌氧过程的新探索。同时，该研究能够为减少小分子烷烃的大气排放提供新的思路，也可为开发油气藏微生物勘探技术提供科学依据和方向。
本项目研究得到了中国科学院战略性先导专项B（XDB15020302和XDB15020402）的资助。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1063-0
城市与区域生态国家重点实验室
土壤环境科学与技术实验室
2019年3月28日
2019-03-28
-
![]()
刘思金研究组在金属代谢异常与毒性的研究中取得进展
中科院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室刘思金研究员课题组与山东大学闫兵教授及美国加州大学洛杉矶分校Tomas Ganz教授等合作，最近在金属代谢异常与毒性的研究中取得多项进展，相关研究成果发表于Haematologica（Liu and Liu, et al. 2019,doi:10.3324/haematol.2018.209874），Advanced Science （Song, et al. 2018;5:1800866），American Journal of Hematology（Guo, et al. 2019;94:184-8）和Journal of Trace Elements in Medicine and Biology（Li, et al. 2019;52:232-8）。
铁是生命活动必需的微量元素。环境和遗传因素单独或相互作用可以导致铁代谢紊乱，引发贫血和铁负荷等多种疾病。血色素沉着病和地中海贫血是典型的铁负荷疾病。目前针对这些铁负荷疾病主要采用去铁、输血和脾切除等治疗手段，但这些治疗手段有诸多局限性，严重影响了治疗效果，迫切需要寻找新的药物。铁调素（Hepcidin）作为机体内调节铁代谢的最主要激素，其主要的生物学功能是通过与其受体（Ferroportin）结合来实现，升高Hepcidin表达水平被认为是有效改善铁负荷的潜在治疗靶点。本课题组通过国内外合作寻找Hepcidin的激活剂，通过筛选210个噻唑烷酮类化合物的文库，发现了3个有效刺激Hepcidin表达的激活剂。通过Hepcidin缺失小鼠模型，明确了3个化合物的作用靶点为肝脏的Hepcidin表达。以血色素沉着病（Hfe-/-）小鼠为模型，证实了这些化合物能够显著降低小鼠肝脏的铁负荷。同时，以地中海贫血（Hbbth3/+）小鼠为模型，证实这些化合物既能够降低组织的铁负荷，也能够改善了小鼠的贫血。机制研究证实，这些化合物主要通过抑制TMPRSS6和P-ERK来刺激Hepcidin表达（图1）。相关成果在线发表于Haematologica。
图1.噻唑烷酮类化合物增加Hepcidin表达来阻止铁负荷与改善贫血
目前对于铁负荷状态下肝脏不同区域铁沉积的特征和程度知之甚少。该课题组发现，肝脏中铁呈现不均匀分布，在肝门静脉和肝动脉入口附近区域具有较高的铁含量；而在靠近肝脏远端的边缘区域铁含量显著降低（图2）。铁积累较多的区域对体内铁水平的变化更加敏感。机制研究发现，肝脏各个区域铁分布的差异主要由Hepcidin-Ferroportin轴所决定。研究成果发表于Advanced Science。
图2.肝脏中铁的累积分布呈现显著的区域差异
另外，该课题组发现了正常与异常妊娠条件下Hepcidin的变化规律。也证实了一种新的铁螯合剂—去铁胺-咖啡因二聚体（DFCAF）具有更高的去铁效果。与单独的去铁胺（DFO）相比，DFCAF的细胞渗透性更强，更高效的螯合胞内铁，从而抑制肿瘤细胞的生长和运动/侵袭。更重要的是，DFCAF能够显著清除肿瘤干细胞（CSC），减少CD44+/high/CD24-/low和ALDH+/high的细胞亚群。这些研究成果对于揭示正常与疾病状态下的铁代谢机制提供了新的认识。研究成果分别发表于American Journal of Hematology和Journal of Trace Elements in Medicine and Biology。
以上研究工作得到了中科院先导专项B和国家基金委项目的支持。
论文链接1：http://www.haematologica.org/content/early/2019/02/15/haematol.2018.209874
论文链接2：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201800866
论文链接3：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ajh.25341
论文链接4：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30732888
环境化学与生态毒理学国家重点实验室
2019年2月22日
2019-02-22
-
![]()
傅伯杰团队在地球关键带研究方面取得系列重要进展
地球关键带 (Critical zone)研究是美国国家研究理事会在2001年提出的21世纪地球系统科学前沿方向，孕育着重大发展机遇。据最初的界定，地球关键带就是地球近地表的异质性环境，包括陆地表层、河流湖泊、海岸带及近海海域等，是人类生息和活动的主要空间，因其在功能上很关键，所以称其为“地球关键带”。然而，截至目前，关键带研究发展的最显著特征，是在全球范围内初步建立了观测台站网络体系，基于台站观测形成了大量关于局地关键带结构、过程、演化和模拟等方面的研究成果，在垂直方向上限于植被冠层到地下水含水层的层次，水平方向主要限于100km2以下的观测研究范围。所以，既往的研究对关键带功能和区域以上大尺度空间异质性等问题缺乏足够的重视，尚不能很好地服务于关键带可持续发展与管理的社会需求。
傅伯杰团队瞄准这一学科发展的薄弱环节进行了系统探索。面向关键带可持续性的科技需求，提出：1）要拓展关键带的边界和研究维度；2）关键带的生态环境服务应该作为核心科学议题纳入研究体系；3）加强与管理决策相关的时间尺度下的深度耦合研究，包括结构-过程-功能-服务的耦合及多学科的交叉与集成； 4）将景观多功能性的研究和关键带研究相结合。而区域关键带空间异质性和类型学的研究可以作为推进上述研究的重要途径。进而，他们以我国黄土高原地区为例，构建了区域关键带类型划分的指标体系和方法框架，将全区划分出了8类关键带系统，这种系统划分对于关键带空间格局的认识、不同关键带之间相互作用及优化关键带观测网络布局具有重要意义。上述研究成果得到了国家自然科学基金委员会中英关键带重大国际合作项目的支持（资助号：41571130083），相关论文发表在Environmental Science & Technology和National Science Review上。系列文章链接如下。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.7b02677
https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwy003/4794955
https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwy147/5210106
2019-01-17
