来自中国复旦！先天聋儿听见啦：基因疗法让42名受试90%恢复听力 | 一周论文新鲜读

来自《自然》旗下期刊的新近发表，我们为您精选呈现。

1. 肠道微生物组的变化可能预示帕金森病的进展

2. 远古植物如何在大灭绝中幸存

3. 乒乓球机器人赢过人类球手

4. 基因疗法为先天性耳聋带来希望

5. 古典与爵士乐复杂性的简化

《自然-医学》发表的一项研究显示，携带与帕金森病风险增加相关的GBA1基因变异的人群，体内约四分之一的肠道微生物物种组成会发生变化，这可能表明这些个体更容易患上该疾病。该研究结果表明，某些与帕金森病相关的生物学变化可能在临床症状出现之前就已经存在，这有望帮助识别处于疾病早期发展阶段的个体。

帕金森病是一种以运动和非运动症状为特征的神经退行性疾病，这些症状通常在大量神经元丧失后才会出现。越来越多的证据表明，肠道微生物群的变化既伴随已确诊的帕金森病，也伴随其前驱期——即在确诊前可能出现轻微症状的阶段。了解这些变化可能为早期识别高风险人群提供新的途径。

英国大学学院（UCL）皇后广场神经病学研究所的Anthony Schapira、Stanislav Dusko Ehrlich和同事分析了来自英国和意大利参与者的临床及粪便数据，其中包括271名帕金森病患者、43名携带GBA1基因变异（一个遗传风险因素）但无临床症状的个体，以及150名健康对照组参与者。研究发现，健康人群与患者之间存在176种微生物差异，两组间超过四分之一的肠道微生物群丰度发生了变化。其中，有142种微生物在健康人群与携带GBA1基因变异但无帕金森病症状的人群之间呈现稳定差异。在未患病的GBA1基因变异携带者中，其肠道微生物组的这一特征呈现出介于健康组与患病组之间的过渡模式，且其程度与早期症状呈相关性。研究人员在美国、韩国和土耳其的三个外部队列中观察到了类似的微生物模式，这些队列共包含638例帕金森病患者和319名健康对照参与者。

这些发现揭示了携带GBA1基因变异但尚未出现症状的人群中存在独特的肠道细菌模式，这指向了与帕金森病相关的早期生物学变化。然而，作者指出，这是一项横断面研究，因此无法确定微生物组的变化能否预测未来疾病。需要进行纵向研究，随访个体随时间的变化，以确定微生物组能否可靠地识别出最有可能患上帕金森病的人群。

《自然-生态与演化》的一项研究揭示了约2.52亿年前二叠纪-三叠纪大灭绝时期（地球历史上最严重的生物多样性丧失事件）远古植物的生存状况。该研究成果或能为现代植物未来如何应对严峻的气候变暖情景提供启示。

二叠纪-三叠纪灭绝事件，亦被称为“大灭绝”，是由大规模火山喷发引发的，导致全球性灾难性变暖、大气二氧化碳浓度升高、大范围海洋缺氧（海水含氧量降低）以及海洋酸化。随后陆地植被发生了重大变化。曾经覆盖广大区域的森林被以石松类植物（小型原始维管植物）为主导的、结构简单且生物多样性较低的植物群落所取代。了解这些植物如何存活下来，可能有助于解释陆地生态系统在此次危机后是如何恢复的。

英国利兹大学地球与环境学院、中国地质大学（武汉）地质微生物与环境国家重点实验室的徐珍和同事研究了中国西南部的285件石松类植物化石以及文献中记载的200件化石，并将它们的特征与现存及化石近亲进行了比较。二叠纪-三叠纪的石松类植物与现今的水韭（一种非常小、通常半水生的植物）具有亲缘关系。与同期共生的植物相比，它们的碳同位素特征相对富集，这一模式与现代水韭的观察结果相似，且与应激诱导的光合作用转变相一致——即转向一种更灵活、节水效率更高的代谢途径，即景天酸代谢（CAM）。这种适应机制可能帮助这些植物在早三叠世（2.51–2.46亿年前）的极端环境条件下存活下来。气候模拟表明，这些石松类植物生活在日最高气温经常超过40 °C的地区，某些局部地表温度甚至可能高达65 °C。

这些发现表明，利用CAM的能力可能帮助这些石松类植物耐受了极端高温和高二氧化碳浓度。如今，CAM光合作用特别常见于多种多样的被子植物类群中，且在这些类群中已独立演化多次，这凸显了其作为适应极端环境的灵活机制的重要性。然而，作者指出，该时期的化石记录较为稀少，且并非所有植物类群都能直接进行比较，因此仍存在一定的不确定性。

《自然》本周发表的一篇论文描述了Sony AI开发的一个基于人工智能（AI）的机器人系统，其表现可超越精英乒乓球手。结果表明，机器人系统有潜力执行复杂的实时互动任务，并预示其在快速准确物理交互的领域有着更广泛的应用前景。

乒乓球对机器人而言是一种极富挑战性的运动，因为它需要在极低延迟感知（最小化延迟处理速度）下作出快速反应，准确预测包括复杂旋转球在内的球运动轨迹。在过去的研究中，多种机器人系统尝试应对这些难题，但通常都是请初学者或业余球手来测试，使用非标准、经改造的器材（通常会限制球的旋转和速度），并采用非标准的规则。

Sony AI的Peter Dürr和同事推出了一个自动机器人系统，能与卓越的人类乒乓球手对战。这个系统名为Ace，由使用摄像机网络的高速感知系统、基于AI的控制系统以及一个拥有8个关节的高速机器臂组成。作者在一系列比赛中评估了Ace的表现，这些比赛基于日本职业乒乓球联赛规则进行。参赛选手包括五位精英选手（每位都有十年以上的乒乓球实战经验，平均每周训练20小时），两位职业选手（安藤南Minami Ando 和曾根翔 Kakeru Sone，均活跃于日本职业联赛）。Ace 在与精英选手的五场比赛中赢得了三场，但与两位职业选手的比赛都落败了（尽管赢了一局）。尽管如此，Ace 表现出了全方位的能力，包括应对旋转球、通过多样化的旋转而非仅靠更快速度得分，以及对触网反弹等非常规球的快速反应。

作者认为，这些发现标志着AI系统在复杂、交互式现实世界任务中可与人类竞争，并超过人类。同时，此类系统或可重塑人类在乒乓球这类运动中的互动方式。在观察Ace的一记击球后，前奥运会乒乓球运动员中村金次郎（Kinjiro Nakamura）说，他从没想过这一击是可能的——而眼看机器人能够做到，让他相信人类也同样可以。

本周《自然》报道的一项中国临床试验显示，针对一种先天性耳聋的基因疗法使42名受试者中约90%恢复了听力。较年轻受试者的听力改善程度似乎大于成年人，且治疗效果与畸变产物耳声发射（一种耳蜗毛细胞功能检测指标）相关，但仍需开展更大样本量的试验，以探究可能影响治疗结果的因素。

全球约每1000人中就有约2至3人患有先天性听力损失（先天性耳聋），其中高达60%的病例由基因突变引起。一种名为常染色体隐性耳聋9型（DFNB9）的先天性耳聋，占儿童遗传性听力损失的2%至8%。DFNB9由名为OTOF的基因突变引起，该突变会影响耳蜗内毛细胞的正常功能。中国复旦大学的舒易来及其同事此前曾报告称，通过基因疗法替换有缺陷的OTOF基因显示出一定前景，但相关试验样本量较小（10–12名受试者），且随访时间较短（最长1年）。

在一项更大规模的研究中，作者对42名年龄在0.8至32.3岁之间的受试者（共48只接受治疗的耳朵）进行了为期最长2.5年的随访，以评估基因治疗的安全性和有效性。该疗法利用腺相关病毒将OTOF基因递送至内耳。90%的受试者在基因治疗后的前6周内出现了快速改善。部分受试者报告称，治疗后仅5天便能听到声音。在15只接受了2年随访的耳朵中，所有耳朵均能听清日常对话，其中12只（80%）能听到图书馆级别的声音，9只（60%）能听到低语。

较年轻受试者（18岁及以下）的听力改善程度优于成年人，然而由于成年受试者样本量较小（n=3），需进一步研究以明确年龄在听力恢复中的作用。作者总结道，这些发现表明内耳基因疗法在广泛的年龄范围内具有持久的治疗效益，尽管需要更大样本量的研究来证实这些结果。

发表在《科学报告》上的一项研究显示，自20世纪中叶以来，古典和爵士音乐变得更加简单和统一，其复杂性如今已更接近流行和摇滚等音乐流派。研究作者认为，音乐数字化可能通过让艺术家更容易获取并从录音作品中汲取灵感，从而影响了不同流派的创作。

此前研究表明，流行歌曲的歌词和旋律近年来已变得更加简单，但尚不清楚古典和爵士等历史上被视为“复杂”的流派是否也受到了类似影响。

意大利图西亚大学法律、社会与教育科学系的Niccolò Di Marco、意大利罗马大学计算机科学系的Walter Quattrociocchi和同事分析了1600年至2021年间创作的21480首歌曲和乐曲的旋律与和声。他们发现，古典音乐的复杂度在1900年前曾多次起伏，但在整个20世纪呈现出显著下降的趋势。同样，爵士乐作品的复杂度在20世纪50年代和60年代达到顶峰，此后便呈下降趋势。总体而言，20世纪早期的古典乐和爵士乐作品比整个世纪的流行、摇滚、电子或嘻哈歌曲更为复杂。然而，20世纪中叶之后，古典乐和爵士乐作品的复杂度与这些其他流派的歌曲更为接近，其结构和和声也变得更加相似。

作者指出，他们的发现未必意味着音乐创造力的衰退，并强调研究未评估歌词、制作、声音设计及文化背景等音乐复杂性的其他要素。他们推测，除和声之外的音乐特征可能正越来越多地被用于表达歌曲创作与作曲中的复杂性。他们补充道，未来研究可通过分析歌曲结构的多重维度（包括旋律、歌词内容及拍号）来深入探讨这一问题。