轻量化、可部署、实时脊柱内窥镜实例分割

中国科学院深圳先进技术研究院医工所、医学成像科学与技术系统全国重点实验室梁晓坤团队联合复旦大学附属华山医院吴劲松主任团队、襄阳市中心医院蔡强主任团队，在实时术中影像实例分割领域取得重要进展，在NPJ Digital Medicine上发表了题为"Deployable real-time spinal endoscopic instance segmentation with lightweight multi-scale attention mechanism"的研究成果。

研究团队提出了轻量化实时脊柱内镜实例分割框架EndoSeg-RT（图1）。该框架从主干网络、特征融合颈部网络以及分割头三个层面进行协同优化，通过引入重参数化卷积与高效多尺度注意力机制，在保证高精度的同时显著降低推理延迟；同时设计双分支特征融合模块，强化跨尺度信息交互与边界细节表达，提升对细小神经结构及复杂组织边界的识别能力。可在复杂术中环境下实现关键解剖结构的精准识别与实时分割，为智能化微创手术导航与术中辅助决策提供了新方案，相关数据集与代码已公开。梁晓坤研究员、湖北文理学院晏涛副教授为论文的共同通讯作者，深圳先进院助理研究员赖琪为论文的第一作者。

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图1 EndoSeg-RT框架概览

核黄素精准调控细胞内光电子流，实现靶向能量转移

中国科学院深圳先进技术研究院合成所、定量合成生物学全国重点实验室王博团队联合清华大学蔡中华团队等，提出了一种利用核黄素（RF）精准引导细胞内光电子流的新策略，在Angewandte Chemie International Edition上发表了题为"Defining Rational Photoelectron Routing for Targeted Intracellular Energy Transfer"的研究成果。

半人工光合作用有望把光能转化为微生物制造所需的还原力，但传统体系中光生电子常常难以区分NADH与NADPH通路，导致能量耗散和代谢耦合效率不足。研究团队发现，膜通透且生物相容的核黄素在光激发后可优先与NADP⁺形成稳定相互作用，并通过细胞内NADP⁺/NADPH相关氧化还原酶实现选择性NADPH再生。量子化学计算、光谱和电化学分析证明了RF-NADP⁺相互作用的能量学基础；细胞裂解液和活细胞实验证实，光照下NADPH再生速率显著高于NADH，并推动木糖醇等NADPH依赖产物合成。转录组、G6PDH抑制和反向工程进一步表明，该过程并非主要依赖磷酸戊糖途径，而是与细胞内电子传递及NADP⁺相关氧化还原网络相耦合。该机制还在工程大肠杆菌和酿酒酵母等不同微生物底盘中得到验证，为光驱动合成生物学、生物制造和生物电化学平台提供了可推广的能量定向转移框架。王博研究员、深圳先进院肖可蒙副研究员、曾翠平助理研究员、蔡中华教授为论文的共同通讯作者，清华大学-深圳先进院联培博士生王浩为论文的第一作者。

图2 核黄素介导光生电子定向进入NADPH再生通路，驱动细胞内靶向能量转移

让AI遵循生物学规律，揭示癌症跨组学调控网络

中国科学院深圳先进技术研究院医工所、医学成像科学与技术系统全国重点实验室李志成团队提出生物学先验异质图学习方法bioGraph，实现癌症跨组学调控网络解析与潜在治疗靶点发现。在Nucleic Acids Research上发表了题为"Discovering proteo-transcriptomic networks via biologically informed heterogeneous graph learning"的研究成果。

针对传统多组学方法难以刻画RNA、蛋白质及磷酸化修饰之间层级信息传递的问题，研究团队依据中心法则的生命信息传递规律，融合蛋白互作等先验知识，构建多层异质图学习模型。该方法在四类癌症中均表现出较好的预后预测和患者分层能力，并可进一步追溯关键跨组学网络及枢纽基因。研究发现，bioGraph能够识别传统差异表达分析难以发现的隐藏调控因子MAP4；细胞实验进一步证实，沉默MAP4可抑制胶质母细胞瘤细胞的迁移和增殖，并促进细胞凋亡。该研究推动多组学AI从数据拼接挖掘迈向遵循生物学规律的机制发现，为解析癌症跨组学调控机制和发现潜在治疗靶点提供了新工具。李志成研究员、梁栋研究员、郑州大学第一附属医院张振宇主任医师为论文的共同通讯作者，深圳先进院段静娴研究员、首都医科大学附属北京天坛医院刘亚欧主任、郑州大学第一附属医院裴东岭医生为论文的共同第一作者。

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图3 Biograph依据中心法则的生命信息传递规律设计多层次学习网络

从“淬灭”到“点亮”：一种序列不敏感的荧光开启型核苷用于DNA标记与信息存储

中国科学院深圳先进技术研究院合成所、定量合成生物学全国重点实验室梅辉团队与成都医学院明新团队、华中农业大学黄小罗团队合作，在Nucleic Acids Research上发表了题为"A turn-on fluorescent nucleoside enabling sequence-insensitive DNA labeling"的研究成果。

团队成功开发出首个兼具“开启式”荧光响应、序列不敏感性和酶促反应兼容性的新型荧光核苷工具——^TzdU。该化合物在水溶液中几乎不发光（Φ = 0.005），但掺入DNA后荧光显著开启——单链DNA中增强约10倍，双链DNA中增强高达50倍，且开启亮度几乎不受相邻碱基种类影响。团队通过系统的实验与理论计算，阐明了其荧光开启机制：发光增强源于规避了水溶剂淬灭和激发态质子转移两条非辐射失活途径，抵抗G淬灭则归因于噻吩修饰将HOMO能级提升至鸟嘌呤氧化电位之上。^TzdU的三磷酸形式可被多种DNA聚合酶高效识别和掺入，实现对PCR和引物延伸的实时、免标记监测。此外，该工具在DNA数据存储与分子加密中展现出应用潜力，通过梯度荧光响应实现了分子级图案显示和双因子加密系统。该成果为合成生物学与核酸信息存储提供了新型分子工具，有望推动荧光核苷从“观察工具”向“信息载体”的范式转变。作为非天然核酸（XNA）研究的重要突破，该成果进一步拓展了新型非天然核酸分子的应用边界，为设计“可编程、可报告、可存储”的下一代遗传物质系统提供了新思路。梅辉副研究员、明新副教授、黄小罗教授为论文的共同通讯作者，南京大学博士生李劲思（原中国科学院深圳先进技术研究院研究助理）、深圳先进院代子文助理研究员为论文的共同第一作者。

延伸阅读：Nucleic Acids Research | 定量合成生物学全国重点实验室创制新型非天然荧光开启核苷 赋能核酸标记与信息存储

图4 荧光开启型核苷^TzdU及其在DNA展示和数据存储中的应用

TNM 可问责的全身 PET/CT 报告自动生成

中国科学院深圳先进技术研究院医工所、医学成像科学与技术系统全国重点实验室胡战利团队、广东省人民医院姜磊团队与哈尔滨工程大学姚晓辉团队在Research上发表了题为"TNM-accountable Whole-body 3D FDG PET/CT report drafting in lung cancer cohorts via structured impressions and organ-wise exemplar synthesis"的研究成果。

研究团队提出了面向肺癌的两阶段、TNM可问责的报告自动生成技术，在全身PET/CT报告自动生成领域取得重要进展。该研究在涵盖三家医院的1583例肺癌患者队列中得到了验证。实验结果表明，在包含外部数据的多中心测试集上，RIDE取得最优的整体报告生成性能。研究团队提出临床报告能力矩阵，从代谢检出、病灶定位和恶性分类三个维度量化临床准确性。在生成流畅报告草稿的同时，将分期关键结论关联到显式、可检视的疾病分类标签与文本证据之上，使医生能够快速核验其中的高风险陈述，从而减轻医生PET/CT判读负担，为可信AI报告系统的临床落地提供了可行路径。未来，团队将开展前瞻性多读者研究，评估真实工作流中的整合、交互与安全性，并探索将该框架推广至其他癌种。胡战利研究员、姜磊主任、姚晓辉副教授为论文的共同通讯作者，深圳先进院副研究员谢行雨、研究生王航、广东省人民医院刘恩涛副主任为论文的共同第一作者。

延伸阅读：Research | 深圳先进院提出面向肺癌的两阶段 TNM可问责的报告自动生成技术

图5 PET/CT病例的可追溯性审议式综合分析

治疗性沙门氏菌通过训练NK细胞实现持久的抗肿瘤转移保护

中国科学院深圳先进技术研究院合成所、定量合成生物学全国重点实验室黄建东团队与香港大学合作，首次揭示了治疗性沙门氏菌能够诱导自然杀伤细胞（Natural Killer Cell，NK细胞）形成训练免疫（trained immunity），从而建立长期抗转移保护，在Molecular Therapy上发表了题为"Therapeutic bacteria-trained NK cells confer long-term protection against cancer metastasis"的研究成果。

本研究发现，单次给予治疗性沙门氏菌即可诱导NK细胞形成持久的训练免疫状态，从而为小鼠提供长期的抗肿瘤转移保护。综合功能学与多组学分析表明，沙门氏菌训练的NK细胞（Salmonella-trained NK cells，stNK细胞）发生了持久的表观遗传重编程，促存活信号及免疫效应功能相关程序呈现更易被激活的状态，使其在再次受到刺激时表现出更强的IFN-γ释放能力和细胞毒性。该研究将训练免疫的研究范畴由传统的感染免疫领域拓展至肿瘤转移防治领域，并为开发肿瘤转移预防性疫苗、体外训练NK细胞治疗策略及新一代细菌免疫治疗提供了重要理论依据。黄建东教授为论文的通讯作者，深圳先进院博士后荣丽，香港大学医学院博士生胡景初、博士后金威、博士后李任豪、博士后吴阳帆为论文的共同第一作者。

延伸阅读：Molecular Therapy | 一次治疗 持续保护：定量合成生物学全国重点实验室发现细菌训练NK细胞建立长期抗转移免疫

图6 stNK细胞通过表观遗传重塑实现功能的重编程

基于CRISPR转座酶的肠道拟杆菌精准基因编辑新工具

中国科学院深圳先进技术研究院合成所、定量合成生物学全国重点实验室戴磊和赵维团队合作开发了基于CRISPR转座酶的肠道拟杆菌精准基因编辑新工具STIB，在Cell Systems上发表了题为"Targeted genomic editing of human gut Bacteroides species based on CRISPR-associated transposases"的研究成果。

拟杆菌是人体肠道微生物组中的重要成员，在宿主免疫与代谢中发挥关键作用。但其基因组操作长期依赖同源重组、效率低下，制约了功能研究与工程改造。团队利用CRISPR转座酶的DNA定点插入能力，经定向改造，构建了不依赖同源重组的编辑系统。该工具特异性超97%，单轮操作仅4天，可承载8.4 kb外源基因簇，在多种拟杆菌中均表现高效。团队进一步在含40种人源肠道菌的合成菌群中验证了该技术：STIB可精准识别并编辑群落中低丰度的特定拟杆菌，一轮筛选后目标菌相对丰度从不足0.3%跃升至98%，编辑特异性达100%。该研究在复杂菌群层面实现物种与位点双特异的精准编辑，为绕过分离培养、直接在肠道原位操控菌株功能开辟了新路径，对精准微生物组工程和活体生物药研发具有重要推动意义。戴磊研究员和赵维研究员为论文的共同通讯作者，深圳先进院博士生胡玉灿、已出站博士后李清梅为论文的共同第一作者。

延伸阅读：Cell Systems | 定量合成生物学全国重点实验室开发基因编辑工具STIB：基于CRISPR转座酶实现肠道拟杆菌高效精准编辑

图7 基于CRISPR转座酶的精准基因编辑工具STIB，实现单菌/菌群水平的精准编辑

模拟微重力下卵母细胞阶段性损伤与褪黑素保护机制

中国科学院深圳先进技术研究院医药所张键团队系统揭示了模拟微重力（simulated microgravity，SMG）诱导卵母细胞质量下降的阶段性损伤特征及褪黑素保护作用。在Cell Communication and Signaling上发表了题为"Stage-dependent DNA damage and mitochondrial dysfunction under simulated microgravity constrain oocyte maturation and are mitigated by melatonin"的研究成果。

随着载人航天、商业航天和深空探测的发展，空间环境对生殖系统，尤其是女性生殖细胞的影响仍有待深入研究。卵母细胞对基因组稳定性、线粒体稳态和细胞骨架调控高度依赖，可能是空间生殖风险中的敏感细胞类型。本研究结合前期发现表明，SMG对卵母细胞的影响具有阶段性差异：前期阻滞阶段主要表现为DNA损伤，成熟阶段则以线粒体稳态失衡和纺锤体组装异常为主要特征。进一步研究显示，褪黑素（melatonin，MLT）可在不同阶段发挥相应保护作用，且其作用主要不依赖经典MT1/MT2受体通路。

该研究为后续开展空间生殖风险评估、优化卵母细胞质量保护策略，以及探索特定应激条件下阶段性生殖细胞损伤干预提供了重要参考。张键研究员、深圳先进院杨雅莉高级工程师、澳门大学健康科学学院Wakam Chang助理教授为论文的共同通讯作者，深圳先进院高雨晴、葛磊博士、肖天霞为论文的共同第一作者。

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图8 SMG诱导卵母细胞阶段性损伤，MLT提供阶段依赖性保护

基于专有模型和基础模型的症状性基底动脉斑块精准识别

中国科学院深圳先进技术研究院医工所、医学成像科学与技术系统全国重点实验室张娜团队与南京医科大学第一附属医院鲁珊珊团队合作，提出了一种融合自动分割、放射组学与表格基础模型（TabPFN）的症状性基底动脉斑块智能识别方法。该研究基于高分辨率磁共振血管壁成像数据，采用前期自主研发的Vessel-SegNet模型自动分割基底动脉血管壁，提取多序列影像放射组学特征，并结合专为小样本医学数据设计的Transformer架构表格基础模型TabPFN构建智能分类模型，实现了症状性与无症状性基底动脉斑块的自动识别。在Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance上发表了题为"A Radiomics-Based Approach with Automated Segmentation for Identifying Symptomatic Basilar Artery Plaques in Acute Stroke"的研究成果。

缺血性脑卒中是全球范围内导致死亡和残疾的主要原因之一，颅内动脉粥样硬化性疾病是其重要的致病因素，其中，基底动脉斑块与后循环缺血事件及高复发风险密切相关，是临床关注的重点。研究团队构建了从分割到识别的全流程自动化分析框架。经独立测试集验证，融合平扫与增强影像的放射组学模型（AUC0.887）显著优于基于传统形态学特征的模型（AUC0.784）。同时，该流程还可减少人工勾画与主观判读，捕捉肉眼难以识别的斑块微观结构异质性，为后循环缺血风险分层、更早期的症状性斑块识别和个体化二级预防决策提供客观的影像学依据。张娜研究员、鲁珊珊教授为论文的共同通讯作者，深圳先进院硕士研究生陈洁、博士研究生杨龙、南京医科大学第一附属医院硕士研究生何雯雯为论文的共同第一作者。

图9 提出方法的总体技术路线图