原文 | Mitch Leslie
撰文、编译 | 十一月
责编 | 酶美
美国霍华德·休斯医学研究所Robert Tjian（钱泽南）曾经帮助大量的年轻科学家将有趣的、新鲜的想法投入生物学和医药学的研究。因此，当他的博士生David McSwiggen的研究中发现了相分离过程的时候大家兴奋不已，彼时相分离已经是细胞生物学中最热门的概念之一。相分离支持者认为，蛋白质和其他分子在细胞内自组织成更密集的结构，就像油滴在水中形成一样。支持者断言，这种自发的分选是一种以前未被认识到的机制，可以对细胞内容物进行排布，聚集必要的分子来触发关键的细胞内事件。McSwiggen发现，相分离有助于疱疹病毒在受感染细胞内复制，这一过程在多种功能上发挥作用，如打开基因、锚定细胞骨架和修复受损DNA等。普林斯顿大学的生物物理学家Clifford Brangwynne表示，很明显，（相分离）这个过程贯穿整个细胞。
制药行业和一些学术研究人员一样兴奋，因为他们研究了癌症、肌萎缩性侧索硬化、糖尿病和其他疾病的相分离。从事细胞液滴治疗的初创公司Dewpoint Therapeutics最近与制药巨头默克（Merck）和拜耳（Bayer）签署了价值超过4亿美元的开发协议。另外三家希望利用相分离这一过程的公司也在去年末打开了大门。Science杂志在2018年将相分离的研究作为年度突破的第二名，也反映了人们对于相分离领域的研究热情。
钱泽南表示起初他对这个过程的重要性是持不可知论的态度（）。但在McSwiggen的发现激发他和同事们更仔细地研究各种说法之后，他们开始产生怀疑。现在，钱泽南和一群持同样怀疑态度的生物学家认为，有关细胞中自然产生的液体状冷凝物的证据大多是定性而非定量的，而且大多数都是用得出模棱两可的技术得出的。简而言之，他们认为，大部分研究都是“粗制滥造”的产品。
此外钱泽南表示细胞内相分离液滴发挥重要作用的论点已经从假设变成了没有数据支持的既定教条。钱泽南于2016年卸任霍华德·休斯大学校长，现在是加州大学伯克利分校一个实验室的联合主管。在他看来，这（种轻率的态度）对科学发现过程是如此反常和破坏性的。
尽管相分离理论的支持者对这些批评表示不满，但许多科学家都同意这项研究需要一种严格的标准。麦吉尔大学的生物物理学家Stephanie Weber表示并不认为整个领域都是胡扯，但的确需要更加小心地识别细胞中相分离的实例并赋予它们功能。北卡罗来纳大学教堂山分校的定量细胞生物学家Amy Gladfelter补充说，这个过程可能没有许多科学家现在所断言的那么重要。她说，一些研究人员试图让它成为所有问题的答案（“the answer to everything”）。
相分离可以回答一个困扰了生物学家100多年的基本问题即细胞如何排布其内容使完成特定工作所需的分子在正确的时间出现在正确的地方。一个明显的方法是利用内部的膜结构，比如那些隔离高尔基体和线粒体的膜。然而，许多其他众所周知的细胞结构，包括细胞核内的细胞器核仁和处理RNA的Cajal小体都缺乏膜结构。相分离则给出了一个很有吸引力的答案。许多蛋白质会形成粘性的凝聚物，吸引同类型或不同类型的蛋白质。体外的研究表明，在一定条件下，比如当蛋白质浓度上升到一定水平以上时，分子可能开始聚集，形成液滴状冷凝物。如果这个过程发生在细胞内，它可以产生和维持细胞器并允许独特的功能区域。宾夕法尼亚大学的生物物理学家Mustafa Mir说，这一原理可以解释细胞和细胞核中有多少东西是有组织的。
线虫中具有流动特性的P granules
比如2009年Clifford Brangwynne与同事们一起发现在压力下线虫中的P granules的反应不像固体反而会像液体一样沿着表面流动并滴落。2012年，Brangwynne和他的同事们在核仁中发现了类似的流体特征，核仁是一种蛋白质、RNA和DNA的密集混合物，可以制造核糖体，而核糖体是细胞的蛋白质工厂。同年，德克萨斯西南医学中心的Michael Rosen实验室通过体外的实验证明了三种蛋白通过相分离参与细胞骨架的组装。
自那以后，科学家们已经报道了几十个细胞结构的例子，这些细胞结构是圆形的、易于融合、易于在表面形成珠状或流过表面，这是相分离形成液滴的特征。但必须要提出的是，研究人员寻找相分离往往依赖于定性指标形状，而不是定量数据。此外，由于许多可能由相分离形成的细胞内结构非常小，它们接近传统光学显微镜所称的衍射极限。因此，这些结构可能看起来像模糊的球体，其它们的真实形状是无法辨别的。钱泽南和他的同事们还指责研究人员经常假设细胞中的蛋白质浓度高到足以引发相分离，而不是实际测量相分离在生理条件下发生相分离的浓度。钱泽南表示，在这类研究中过度解读非常普遍。
细胞中发生相分离的结构
许多研究人员现在确信，相分离可以解释细胞组织和功能的许多方面，甚至是方方面面。比如在相分离研究中通常使用的FRAP技术（Fluorescence recovery after photobleaching），科学家们对该结果相关的数据表示了质疑。研究小组指出，在不同的科学家手中，同一种分子的FRAP恢复时间可以从不到几秒到几分钟不等，这表明该技术过于多变，无法真正用于确认相分离过程。钱泽南实验室的联合研究人员Darzacq补充说，FRAP只能显示目标蛋白具有液体特征，但其实细胞里到处都是液体。他们表示，研究人员用FRAP或其他技术识别出的许多聚集物可能是分子只持续几秒钟的短暂集合。
Brangwynne和其他研究人员认为，即使钱泽南和他的同事们引用的一些个人发现仍存在争议，该领域正在朝着更可靠的结果迈进。为了提供一些体外研究的技术，他和他的团队开发了一种技术，在光诱导的情况下将成核的分子聚集，这些核心触发细胞内液滴的形成，使研究人员能够更精确地探测什么蛋白浓度对相分离是必要的以及分子的哪些部分对相分离的行为是必要的。就连钱泽南和他的同事也对该方法表示了认可。
Mir一直对相分离的大部分证据持怀疑态度，他同意这个领域似乎正在从一切都是相分离的阶段转向更细致地讨论凝聚物的形成和作用。这就像科学领域的任何一时兴起的“时尚弄潮儿”。喧嚣渐渐平息，剩下的只有真相。然而，为了弄清楚这一事实，研究人员迫切需要新的工具和更好地理解细胞中凝聚物形成的基本规律。Gladfelter表示，科学家也需要耐心，该领域正在试图成长并迅速回答所有问题。但她相信，研究人员最终将弄清细胞相分离的真正重要性。“给相分离领域以时间，让子弹飞一会儿”。
https://science.sciencemag.org/content/sci/371/6527/336.full.pdf