原文 | Mitch Leslie

撰文、編譯 | 十一月

責編 | 酶美

美國霍華德·休斯醫學研究所Robert Tjian（錢澤南）曾經幫助大量的年輕科學家將有趣的、新鮮的想法投入生物學和醫藥學的研究。因此，當他的博士生David McSwiggen的研究中發現了相分離過程的時候大家興奮不已，彼時相分離已經是細胞生物學中最熱門的概念之一。相分離支持者認為，蛋白質和其他分子在細胞內自組織成更密集的結構，就像油滴在水中形成一樣。支持者斷言，這種自發的分選是一種以前未被認識到的機制，可以對細胞內容物進行排布，聚集必要的分子來觸發關鍵的細胞內事件。McSwiggen發現，相分離有助於皰疹病毒在受感染細胞內複製，這一過程在多種功能上發揮作用，如開啟基因、錨定細胞骨架和修復受損DNA等。普林斯頓大學的生物物理學家Clifford Brangwynne表示，很明顯，（相分離）這個過程貫穿整個細胞。

製藥行業和一些學術研究人員一樣興奮，因為他們研究了癌症、肌萎縮性側索硬化、糖尿病和其他疾病的相分離。從事細胞液滴治療的初創公司Dewpoint Therapeutics最近與製藥巨頭默克（Merck）和拜耳（Bayer）簽署了價值超過4億美元的開發協議。另外三家希望利用相分離這一過程的公司也在去年末打開了大門。Science雜誌在2018年將相分離的研究作為年度突破的第二名，也反映了人們對於相分離領域的研究熱情。

錢澤南表示起初他對這個過程的重要性是持不可知論的態度（特別推薦 | 相分離與其生理功能是否存在因果關係？）。但在McSwiggen的發現激發他和同事們更仔細地研究各種說法之後，他們開始產生懷疑。現在，錢澤南和一群持同樣懷疑態度的生物學家認為，有關細胞中自然產生的液體狀冷凝物的證據大多是定性而非定量的，而且大多數都是用得出模稜兩可的技術得出的。簡而言之，他們認為，大部分研究都是“粗製濫造”的產品。

此外錢澤南表示細胞內相分離液滴發揮重要作用的論點已經從假設變成了沒有資料支援的既定教條。錢澤南於2016年卸任霍華德·休斯大學校長，現在是加州大學伯克利分校一個實驗室的聯合主管。在他看來，這（種輕率的態度）對科學發現過程是如此反常和破壞性的。

儘管相分離理論的支持者對這些批評表示不滿，但許多科學家都同意這項研究需要一種嚴格的標準。麥吉爾大學的生物物理學家Stephanie Weber表示並不認為整個領域都是胡扯，但的確需要更加小心地識別細胞中相分離的例項並賦予它們功能。北卡羅來納大學教堂山分校的定量細胞生物學家Amy Gladfelter補充說，這個過程可能沒有許多科學家現在所斷言的那麼重要。她說，一些研究人員試圖讓它成為所有問題的答案（“the answer to everything”）。

相分離可以回答一個困擾了生物學家100多年的基本問題即細胞如何排布其內容使完成特定工作所需的分子在正確的時間出現在正確的地方。一個明顯的方法是利用內部的膜結構，比如那些隔離高爾基體和線粒體的膜。然而，許多其他眾所周知的細胞結構，包括細胞核內的細胞器核仁和處理RNA的Cajal小體都缺乏膜結構。相分離則給出了一個很有吸引力的答案。許多蛋白質會形成粘性的凝聚物，吸引同類型或不同型別的蛋白質。體外的研究表明，在一定條件下，比如當蛋白質濃度上升到一定水平以上時，分子可能開始聚集，形成液滴狀冷凝物。如果這個過程發生在細胞內，它可以產生和維持細胞器並允許獨特的功能區域。賓夕法尼亞大學的生物物理學家Mustafa Mir說，這一原理可以解釋細胞和細胞核中有多少東西是有組織的。

線蟲中具有流動特性的P granules

比如2009年Clifford Brangwynne與同事們一起發現在壓力下線蟲中的P granules的反應不像固體反而會像液體一樣沿著表面流動並滴落。2012年，Brangwynne和他的同事們在核仁中發現了類似的流體特徵，核仁是一種蛋白質、RNA和DNA的密集混合物，可以製造核糖體，而核糖體是細胞的蛋白質工廠。同年，德克薩斯西南醫學中心的Michael Rosen實驗室透過體外的實驗證明了三種蛋白透過相分離參與細胞骨架的組裝。

自那以後，科學家們已經報道了幾十個細胞結構的例子，這些細胞結構是圓形的、易於融合、易於在表面形成珠狀或流過表面，這是相分離形成液滴的特徵。但必須要提出的是，研究人員尋找相分離往往依賴於定性指標形狀，而不是定量資料。此外，由於許多可能由相分離形成的細胞內結構非常小，它們接近傳統光學顯微鏡所稱的衍射極限。因此，這些結構可能看起來像模糊的球體，其它們的真實形狀是無法辨別的。錢澤南和他的同事們還指責研究人員經常假設細胞中的蛋白質濃度高到足以引發相分離，而不是實際測量相分離在生理條件下發生相分離的濃度。錢澤南表示，在這類研究中過度解讀非常普遍。

細胞中發生相分離的結構

許多研究人員現在確信，相分離可以解釋細胞組織和功能的許多方面，甚至是方方面面。比如在相分離研究中通常使用的FRAP技術（Fluorescence recovery after photobleaching），科學家們對該結果相關的資料表示了質疑。研究小組指出，在不同的科學家手中，同一種分子的FRAP恢復時間可以從不到幾秒到幾分鐘不等，這表明該技術過於多變，無法真正用於確認相分離過程。錢澤南實驗室的聯合研究人員Darzacq補充說，FRAP只能顯示目標蛋白具有液體特徵，但其實細胞裡到處都是液體。他們表示，研究人員用FRAP或其他技術識別出的許多聚集物可能是分子只持續幾秒鐘的短暫集合。

Brangwynne和其他研究人員認為，即使錢澤南和他的同事們引用的一些個人發現仍存在爭議，該領域正在朝著更可靠的結果邁進。為了提供一些體外研究的技術，他和他的團隊開發了一種技術，在光誘導的情況下將成核的分子聚集，這些核心觸發細胞內液滴的形成，使研究人員能夠更精確地探測什麼蛋白濃度對相分離是必要的以及分子的哪些部分對相分離的行為是必要的。就連錢澤南和他的同事也對該方法表示了認可。

Mir一直對相分離的大部分證據持懷疑態度，他同意這個領域似乎正在從一切都是相分離的階段轉向更細緻地討論凝聚物的形成和作用。這就像科學領域的任何一時興起的“時尚弄潮兒”。喧囂漸漸平息，剩下的只有真相。然而，為了弄清楚這一事實，研究人員迫切需要新的工具和更好地理解細胞中凝聚物形成的基本規律。Gladfelter表示，科學家也需要耐心，該領域正在試圖成長並迅速回答所有問題。但她相信，研究人員最終將弄清細胞相分離的真正重要性。“給相分離領域以時間，讓子彈飛一會兒”。

原文連結：

https://science.sciencemag.org/content/sci/371/6527/336.full.pdf