編者按

 近日，美國《科學》雜志網站公布了2024年度十大科學突破評選結果，包括CAR-T療法用于自身免疫性疾病、一針管半年的艾滋病預防藥問世、地幔“巨浪”推動大陸高地崛起、第三種磁性材料發現、“星艦”實現“筷子夾火箭”、詹姆斯·韋伯空間望遠鏡探測宇宙起源、RNA殺蟲劑用于農田、固氮細胞器的發現增添了進化論的轉折點、古代真核生物的多細胞性很早就出現了、遠古DNA揭示家族紐帶等。

本期，我們一起來回顧2024十大科技成果——

01、CAR-T細胞療法治療自身免疫性疾病

嵌合抗原受體T細胞療法（CAR-T細胞療法）的出現，是近年來癌癥免疫治療領域的一大突破。自2017年以來，美國FDA已經批準了6款CAR-T細胞療法上市，用于治療白血病、淋巴瘤等血液類癌癥：醫生從患者血液中分離出T細胞（免疫系統的"哨兵"），通過基因編輯技術使其能夠識別并消滅腫瘤細胞，并將其輸回患者體內。

目前，CAR-T細胞療法在系統性紅斑狼瘡、多發性硬化癥等自身免疫病方面也展現了巨大前景。2024年，CAR-T細胞療法在治療自身免疫性疾病方面取得重大突破，一系列新的臨床試驗測試了CAR-T療法在自身免疫性疾病中對抗B細胞的能力。

2月，德國研究團隊報告了使用患者自身CAR-T細胞治療自身免疫性疾病的成果：15 名接受 CAR-T 療法的嚴重自身免疫性疾病患者在中位隨訪15個月的時間內（最短隨訪時間為 4 個月，最長為 29 個月），疾病均得到緩解或癥狀大幅減輕，并已停止使用所有免疫抑制劑和抗炎藥物。

10月4日，Nature頭條發布了一篇題為《World-first therapy using donor cells sends autoimmune diseases into remission》 的報道，介紹了我國海軍軍醫大學附屬長征醫院、華東師范大學、浙江大學醫學院第二附屬醫院等研究團隊在Cell發表的世界首個現貨通用CAR-T成功治療自身免疫病的臨床結果。

該研究利用基因編輯技術對健康供體來源的、靶向CD19的CAR-T細胞進行基因工程改造，以解決免疫排斥問題，并開發出了新一代異體通用型CAR-T療法——TyU19，成功治療了1例難治性免疫介導的壞死性肌病患者，以及2例彌漫性皮膚系統性硬化癥患者。

在治療后6個月的隨訪期間，所有3名患者的癥狀均得到深度緩解，疾病臨床反應指數評分顯著改善，炎癥和器官纖維化也得到逆轉，且無細胞因子釋放綜合征或其他嚴重不良事件。目前，該團隊已經將治療擴展到另外20多名患者。這些臨床結果表明，現貨通用型CAR-T細胞在治療嚴重難治性自身免疫疾病方面具有高度安全性和有效性。

這3名來自中國的患者是世界首批（World-first）使用供體細胞（而不是患者自身細胞）來源的CAR-T細胞療法治療的自身免疫病患者，也是國際頂尖學術期刊 Cell 首次發表CAR-T細胞治療自身免疫疾病的研究，這項突破進展也是大規模生產CAR-T細胞療法治療自身免疫病邁出的關鍵第一步。

02、一針管半年的艾滋病預防藥問世

艾滋病是由人類免疫缺陷病毒（HIV）感染引起的疾病。Lenacapavir被評為今年的“科學突破冠軍獎”，僅需要一次注射，它就可以在半年內將使用者的艾滋病病毒（HIV）感染風險降至0。

6月，一項針對非洲青少年女性和年輕女性的大型有效性試驗報告稱，這種注射藥物將HIV感染率降至零，有效性高達驚人的100%。3個月后，一項橫跨四大洲的相似研究稱，它對更廣泛性別多元化人群的效力高達99.9%，徹底打消了人們對這款藥物的任何懷疑。

該藥物的巨大成功，源于醫學界對HIV衣殼蛋白的結構和功能有了新的認識——許多其他病毒都有自己的衣殼蛋白，Lenacapavir的研發為人類對抗其他病毒性疾病提供了光明的前景。

科學家認為，未來，“一針管終身”且價格低廉的疫苗，或許才是最終消滅HIV的終極武器。但在此之前，Lenacapavir有可能保護數百萬人免受感染，隨著這樣的突破惠及最需要的人，艾滋病正逐步從一種顛覆社會的疾病轉變為一種罕見病癥。

03、地幔“巨浪”推動大陸高地崛起

長久以來，科學家們一直認為懸崖和高原是兩種截然不同的地質現象，分別由不同的過程驅動。但今年英國南安普頓大學地球科學家的一項研究表明，陡峭的懸崖和高原是由大陸分離時在地球中層引發的同一“巨浪”造成的。當構造板塊斷裂時，會在地球深處引發強大而緩慢的地幔波，進而導致大陸表面上升一千米以上。

他們的發現有助于解開一個長期存在的謎團，即塑造和連接地球上一些最引人注目的地貌的動力——被稱為“懸崖”和“高原”的廣闊地形特征，這些特征深刻地影響著氣候和生物。相關研究于近日發表在nature雜志正刊。

04、第三種磁性材料發現

鐵磁性和反鐵磁性一直被認為是材料的兩種主要磁序。2019年，研究人員預測，第三種磁性類型，即交變磁性，能兼具鐵磁性和反鐵磁性兩者的特性。今年，發表于《自然》雜志的一項研究中，科學家首次測量到了一種新的磁性——交變磁性（altermagnetism），產生這種磁性的交變磁體融合了鐵磁體和反鐵磁體的特性，有望催生新型磁性電子元件和高容量快速存儲設備，甚至可以制造出通過磁自旋而不是電流進行測量和計算的自旋電子計算機。

交變磁體中的電子比反鐵磁體中的電子能更自由地移動，而它不具有鐵磁體那樣的外部磁場也使它可以被用于制造互不干擾的磁性設備。這一發現為制造自旋電子器件帶來了希望。

05、“星艦”實現“筷子夾火箭”

10月13日，美國太空探索技術公司（SpaceX）新一代重型運載火箭“星艦”實施第五次軌道試飛成功，首次驗證了“筷子夾火箭”技術——通過發射塔的機械臂在半空中成功捕獲回收火箭第一級助推器。升空7分鐘后，其助推器在降落時由發射塔上被稱作“筷子”的機械臂“夾住”，首次實現了在半空中捕獲回收。

這一壯舉是此次試飛驗證的最關鍵技術，也被認為是太空探索技術公司迄今“最大膽”的創新嘗試，是SpaceX向完全可重復使用火箭系統邁進的重要里程碑，進一步為未來載人太空探索任務奠定基礎。

06、藻類固氮“神器”首次發現

教科書告訴我們，生物固氮只發生于細菌和古菌中。而今年4月11日《科學》雜志上，美國研究人員發現了第一種固氮真核生物，其通過一種名為“硝基質體”（Nitroplast）的新型細胞器來固定氮氣。作為一種基本的細胞結構，它可以將氮氣轉化為對細胞生長有用的形式，促進植物轉化或“修復”自身氮的基因工程，從而提高作物產量，減少對肥料的需求。這顛覆了以往真核生物（如動植物）無法直接從大氣中固定氮氣的認知。

在這項最新研究中，研究團隊發現硝基體應該被歸類為藻類內部的細胞器，而不是一個獨立生命。大約1億年前，該細菌與藻類開始了共生關系，最終演變成了藻類細胞中的一個專門用來固氮的細胞器。DNA研究表明，這種新發現的細胞器大約在1億年前由海藻和固氮藍細菌之間的共生產生。藻類細胞吸收了這些細菌，這些細菌最終失去了足夠的基因和生化能力，以至于它們依賴藻類生存，現在跟隨藻類的時間周期繁殖。這使它們成為了為數不多的已知內共生細胞器之一——那些起源于曾經獨立的微生物的細胞器，被整合到另一種生物的細胞中。類似的情況還有：葉綠體使植物能夠將陽光轉化為能量，而線粒體是所有真核細胞的內部動力源。

07、詹姆斯·韋布空間望遠鏡探索宇宙黎明

自2022年詹姆斯·韋布空間望遠鏡“睜眼”以來，其觀測到的宇宙黎明時期星系數量遠超預期。今年，對這些星系古老光線的詳細研究進一步揭示了其背后的原因。

韋布望遠鏡能夠以前所未有的清晰度探測到光譜的紅外線區域，為我們揭示了宇宙誕生初期的神秘景象。如，它發現了似乎是目前已知的最遙遠星系，該星系成形時間是在宇宙誕生的“大爆炸”之后約 2 億 9000 萬年。這一發現對于理解“宇宙黎明”具有深遠影響；它還拍攝了眾多令人震撼的星系圖像，如武仙座星系照片，這是有史以來最深處的宇宙圖像之一。

韋布望遠鏡還對各大行星及衛星進行了細致的觀測，為我們了解各大行星的大氣動力學提供了重要依據；在系外行星的探索方面，利用韋布望遠鏡可以利用紅外波段分析系外行星的大氣構成，以及地外生命存在的可能。

08、最早多細胞真核生物“現身”

2024年1月，中國科學院南京地質古生物研究所研究員朱茂炎團隊經過8年的深入研究，在燕山地區距今約16.4億年前的地層中發現了迄今最早的多細胞真核生物化石——“壯麗青山藻”，化石不僅保存了清晰的細胞結構，而且部分細胞內含有可能的繁殖細胞“孢子”等結構。這一發現將多細胞真核生物出現的時間進一步提前了約7000萬年。

真核生物的多細胞化是生命向復雜化和大型化演化的必備條件，被認為是生命演化史上的重大關鍵事件之一。然而，真核生物最早何時發生多細胞化？此前，學界對這一重大科學問題并無明確答案和證據。2016年，中國科學院南京地質古生物研究所研究員朱茂炎團隊聯合中國地質調查局天津地質調查中心研究員朱士興等國內外同行，在燕山地區發現距今15.6億年前的宏體多細胞真核生物化石，個體長度可達30厘米。這一發現不僅將地球上大型多細胞真核生物的出現時間提前將近10億年，并且意味著真核生物發生多細胞化的時間應該更早。

09、古代DNA揭示千年前家族關系

隨著古代DNA提取技術和分析成本的顯著降低，科學家們如今能夠重建數千年前的人類家族樹，揭示古代社會的家庭結構和社會組織模式。2024年，科學家利用從古代骨骼和牙齒中提取的DNA開展一系列研究，為數千年前的家庭重建了“家族樹”，為人們提供了有關遠古時期人口遷徙和親屬關系等問題的新見解。

近年來的研究表明，通過古代DNA分析，科學家們能夠揭示出古代人類之間的親屬關系，甚至跨越數千公里和幾千年。結合考古學信息，DNA數據為我們揭示了許多古代社會的家庭結構和社會組織形式。如，科學家們研究了德國南部一位凱爾特酋長的DNA，發現2500年前的凱爾特社會采用了母系傳承的權力繼承方式。這一發現推翻了長期以來普遍認為權力在古代社會主要是父系傳承的看法。另一方面，研究表明，生活在石器時代的歐洲農民則更多依賴于男系傳承，這揭示了不同文化和時期在社會結構上的巨大差異。

10、靶向農作物害蟲的RNAi殺蟲劑上市

殺蟲劑可能是一把雙刃劍，在殺死害蟲的同時也殺死了非靶標的物種。今年，美國環境保護局批準可噴灑 RNAi 生物農藥 Calantha 上市，專門用于防治馬鈴薯頭號害蟲——馬鈴薯甲蟲，這種新的、精確的方法將比現有的化學物質更安全。

首個RNA殺蟲劑產品針對已經對傳統化學藥物產生抗藥性的科羅拉多土豆甲蟲，能夠通過干擾其基因阻止關鍵蛋白質的表達，迅速殺死蟲害。研究者正努力開發針對其他害蟲，如蛾類和蜜蜂寄生螨的RNA殺蟲劑，但也面臨害蟲對RNA的抗藥性問題。

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