液‑液相分离(LLPS)的生理功能、病理效应、研究技术及临床转化前景
传统细胞生物学将细胞内部看作由生物膜分隔形成的区室化结构。液-液相分离（liquid-liquid phase separation, LLPS）的相关研究打破这一固有认知，揭示细胞内大量无膜区室通过相分离以液态凝聚体的形式组装，参与多项核心生命活动。正常生理条件下，LLPS参与基因转录调控、无膜细胞器组装、信号转导、染色质高级结构维持等生物学过程；当相分离稳态被打破，尤其发生液-固相不可逆转变时，会驱动神经退行性疾病、肿瘤、细胞衰老以及药物耐药等病理过程。目前已经建立起生物信息学预测、体外蛋白重建、活细胞功能验证的多层次研究技术体系。靶向异常相分离的药物开发为多种疑难疾病提供全新干预思路。本文就LLPS的生理功能、病理效应、研究技术及临床转化前景进行综述。
引言
长久以来，膜包被细胞器被认为是实现细胞区室化的主要方式。越来越多证据表明，细胞内大量生物大分子可通过多价相互作用发生液-液相分离，形成动态、可流动的液态凝聚体，构建不依赖磷脂膜的细胞微区室。这类液态凝聚体能够快速招募、富集特定蛋白与核酸，实现局部分子浓度提升，高效完成生化反应；而相分离的异常调控，会使动态液滴向不可溶固态聚集体转变，诱发多种疾病。LLPS已经成为解析生命活动、挖掘疾病靶点的重要研究方向。
一、液-液相分离的生理生物学功能
LLPS是细胞实现生命过程精细调控的重要内源机制，在基因表达调控、无膜细胞器构建、信号传导、染色质结构调控中发挥关键作用。
（一）基因表达的精准调控
超级增强子结合中介体等辅激活因子，通过LLPS组装形成转录凝聚体，在细胞核内构建转录反应微环境，富集转录相关分子，实现靶基因高效、特异性激活，保障细胞关键基因的时空特异性表达。
LLPS在调控基因转录中的功能
（图源：Wang B, Zhang L, Dai T, Qin Z, Lu H, Zhang L, Zhou F. Liquid-liquid phase separation in human health and diseases. Signal Transduct Target Ther. 2021 Aug 2;6(1):290. ）
（二）介导无膜细胞器的形成与功能维持多种经典无膜细胞器的组装依赖相分离：核仁是最典型的相分离介导形成的无膜细胞器；线虫胚胎的P颗粒依靠LLPS生成，具备典型液滴流动性特征；果蝇卵母细胞核内的核体，同样通过液相分离完成成核与生长过程。上述结构不具备膜边界，但可以通过相分离完成组分富集，行使对应的生理功能。
（三）优化细胞信号转导效率
LLPS可以通过组装信号复合物提升信号传导效率。神经元突触处蛋白质发生相分离形成信号小体，保障神经递质信号高效传递；免疫应答过程中，信号分子经液相分离快速组装信号枢纽，实现免疫信号的快速放大，完成细胞对外界刺激的快速响应。
（四）调控染色质高级结构与细胞命运
OCT4等核心转录因子借助相分离参与染色质拓扑结构调控，参与细胞命运的决定；体外生化实验证实，生理条件下染色质本身即可发生液-液相分离，说明相分离是染色质高级结构重塑的重要调控方式。
二、相分离紊乱参与疾病病理进程
生理状态下的液态凝聚体具备可逆、动态的流体特性；当相分离稳态失衡，发生液-固相转变，动态液态液滴转化为稳定固态聚集体，会扰乱细胞正常功能，介导多种疾病发生发展。
（一）神经退行性疾病
肌萎缩侧索硬化症（ALS）中FUS、TDP-43等RNA结合蛋白发生异常相变，由动态液态凝聚物转变为固态病理性聚集体，造成神经元功能损伤。阿尔茨海默病Tau蛋白、亨廷顿病亨廷顿蛋白均存在类似的由液相向固相转化的病理过程，蛋白异常聚集是神经退行性病变的重要驱动因素。
LLPS 在神经退行性疾病中的作用
（图源：Wang B, Zhang L, Dai T, Qin Z, Lu H, Zhang L, Zhou F. Liquid-liquid phase separation in human health and diseases. Signal Transduct Target Ther. 2021 Aug 2;6(1):290.）
（二）肿瘤的发生与进展骨肉瘤中部分核心转录因子形成异常凝聚体，上调肿瘤转移、化疗耐药相关基因表达；部分致癌融合蛋白通过异常相分离，在基因组上构建超级增强子，持续激活致癌转录程序，推动肿瘤恶性表型形成。
LLPS 在癌症中的作用
（图源：Wang B, Zhang L, Dai T, Qin Z, Lu H, Zhang L, Zhou F. Liquid-liquid phase separation in human health and diseases. Signal Transduct Target Ther. 2021 Aug 2;6(1):290. ）
（三）细胞衰老SGF29蛋白可在衰老细胞核内形成核凝聚物，重塑染色质状态，改变基因转录谱，促进细胞衰老发生。靶向SGF29的相分离关键位点，有望成为干预细胞衰老的潜在策略。
（四）介导药物治疗耐药
细胞核内的生物凝聚体会改变抗癌药物的胞内分布：药物分子可被凝聚体排斥，无法接触作用靶点；也可在凝聚体内异常富集，产生非特异性毒性。该机制为解释肿瘤化疗耐药提供全新理论视角。
三、LLPS研究技术体系与治疗转化策略
（一）多层次相分离研究技术体系
当前LLPS研究已经形成从生物信息预测到体外、细胞内验证的完整技术链条。生物信息学可利用PhaSepDB、LLPSDB等数据库，对蛋白相分离潜能、关键作用位点进行预测；体外重建实验依靠蛋白纯化，在体外重现蛋白相分离现象；细胞层面借助FRAP荧光漂白恢复、液滴融合观测等实验，验证细胞内凝聚体的流体动力学特征，多维度为相分离研究提供证据支撑。同时可结合ChIP-seq、RNA-seq等多组学手段解析下游分子机制。
（二）基于相分离的创新治疗策略
相分离机制为新药研发开辟新方向。靶向雄激素受体相分离的小分子化合物，有望改善前列腺癌耐药问题；能够纠正异常相变的小分子，是神经退行性疾病药物开发的候选方向；解析药物分子在生物凝聚体内的分配规律，能够指导药物分子结构优化，提升药物作用效率，降低脱靶毒性。
四、总结与展望
LLPS研究已经从现象描述逐步走向机制解析与临床转化。冷冻电镜、单分子检测技术与人工智能蛋白预测工具的联合应用，将助力解析更多大分子相分离调控细节，推动构建完整的细胞相分离图谱。相分离为癌症、神经退行性疾病、衰老相关疾病的机制解析与靶点挖掘提供新方向。但目前靶向相分离的药物仍以基础研究为主，如何实现特异性调控异常凝聚体，同时不干扰生理必需的相分离过程，仍是后续需要攻克的关键问题。细胞内的液态凝聚体拓展了人们对细胞生命运行模式的认知，也为下一代疾病治疗手段的开发带来新机遇。
五、哪些公司可以承接液-液相分离机制及相关生理、病理研究实验？
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