相分離與中醫陰陽學說的關系

李艷嬌， 李煥敏， 李新民

相分離(phase separation)是一種經典的物理化學概念，它描述的是兩種混合后的液體相互分離的現象。這種現象在自然界中普遍存在，最常見的例子就是油漂在水面上。在生化層面，科學家們發現相分離結構可以選擇性地聚集或者是隔離分子，改變分子相互作用概率，甚至改變分子構象，以促進或者是抑制化學反應。課題組在探索中藥復方治療兒童肺炎支原體肺炎的療效機制中發現，免疫細胞內的相分離現象可能充當炎癥風暴的開關作用。結合現代分子生物學對相分離現象的研究現狀，發現相分離在形成條件、驅動過程，作用結果等方面與中醫陰陽學說的陰陽關系具有相似性。故本文將中醫的陰陽學說與相分離現象相契合，力求宏觀認識相分離現象，拓寬中醫陰陽學說的應用，為實現中醫理論基礎的現代化和中醫臨床應用的現代化提供新思路。

1 相分離概述

早在洪荒之初，宇宙一片混沌，盤古一斧開天地，清者升而為天，濁者下而為地，這就是最初的相分離。相分離在生物醫學界受關注始于2009年，細胞生物學家Hyman和他的學生在伍茲霍爾海洋生物實驗室用高端顯微鏡觀察到線蟲卵中P顆粒如熔巖燈里的液滴一樣相互碰撞、融合，后來Hyman意識到通過這種現象，可以讓細胞內的特定分子聚集起來，從而在“混亂的”細胞內形成一定的“秩序”[1]。這種現象為研究細胞無膜細胞器的生化機制提供了一個新方向。

細胞是生物體結構和功能的基本單位，細胞能夠精確的調控自身各種生化反應，部分依賴于有膜包裹的細胞器，如線粒體、溶酶體，這些細胞器借助生物膜分隔反應區與其他物質，保證生化反應在特定的空間執行。而無膜細胞器，如核仁、有絲分裂紡錘體、中心體等，其形成機制以及其物理化學性質尚不清楚。而相分離的研究正是著重于在細胞內創建一個相對獨立的“高維”空間域，選擇性地富集分子并組成一定結構。通常相分離形成的細胞結構與周圍環境相比，蛋白密度和分子微觀運動均不同，進而促進或抑制某些生化反應的發生。相分離的發生是蛋白質和核酸在某種特定的情況下的一個普遍特性，高度依賴溶液中蛋白質、DNA和RNA等生物大分子的濃度、物理化學性質，以及溶液所處的環境，比如：溫度、pH、鹽離子濃度、鹽離子類型等[2]。

相分離結構的作用因時因地而異都會有所不同。在生理功能上，全球科學家的目光聚焦在相分離在基因表達調控、細胞分裂、免疫應答以及脅迫響應等方面的作用[2-5]。在病理變化上，科學家們發現多種蛋白質的相分離與疾病相關。2015年，加拿大多倫多兒童醫院的結構生物學家Julie Forman-Kay帶領團隊發現，一種可能影響精子功能的蛋白質在人體細胞內形成液滴[6]。Wegmann等[7]發現阿爾茨海默病患者腦內異常沉積的tau蛋白也存在相分離。

2 中醫陰陽學說

陰陽的概念源于人們對自然界物象的觀察[8]，《說文通訓定聲》曰：“陰者見云不見日，陽者云開而見日。”中醫陰陽學說是在古哲學陰陽論的基礎上建立起來的中醫學辨證思維，陰陽學說認為,物質世界對立統一的陰陽兩個方面的相互作用是一切事物運動和發展變化的根源?！斑h取諸物，近取諸身”[8]，《素問·陰陽應象大論》曰：“陰陽者，天地之道也，萬物之綱紀，變化之父母，生殺之本始，神明之府也，治病必求于本?！敝赋鲋涮斓厝f物的陰陽規則同樣適用于認識人體生命活動。在中醫陰陽理論的指導下，人體可分陰陽，如腑為陽，臟為陰；各臟腑可分陰陽，如肝陰肝陽，腎陰腎陽?！叭f物負陰抱陽”，依此類推，人體各級生命活動單位均可分陰陽。相分離在細胞中普遍存在，能夠實現多種生物學功能，是一種基本的生命活動現象。故從理論上，運用陰陽的交感互錯、消長平衡、互相轉換和對立制約等關系認識相分離現象具有可行性。

3 運用中醫陰陽學說認識相分離的研究現狀

3.1 陰陽互感、互用 相分離是一種高度動態的過程。細胞中的生物大分子濃度需要達到一定的閾值，才能發相分離。故生物大分子在細胞中有兩種存在形式，一種是溶液中的低濃度狀態，一種是形成的“液滴”中較高濃度的狀態。隨著溫度、pH、鹽離子濃度等相關條件的變化，兩種形式可以相互轉化，細胞內的生理功能也就隨之變化?！镀堊印ざY論》曰：“天地合而萬物生，陰陽接而變化起”，《素問·天元紀大論》同樣提“陰陽相錯，而變由生”，說明陰陽的交互感應，是萬物變化的基礎。生物大分子在溶液中發生相分離時，根據屬陰的事物具有凝集的特性，把其形成“液滴”時的高濃度狀態歸屬于陰，相對的低濃度狀態歸屬于陽，陰陽濃度狀態相互感應，相互作用，細胞內相應的生化反應才開始啟動。若陰陽不相順接，交錯受阻，則可能發生脫、閉、厥等危重癥。現代研究表明蛋白質的翻譯后修飾可以影響相分離現象，Milovanovic等[9]發現當Ca2+/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ引起突觸素磷酸化后，可觸發SVs釋放神經遞質的液滴分解。Nott等[6]發現Ddx4的精氨酸甲基化可溶解胚芽液滴。即生物大分子所處的溶液環境改變后，其陰陽濃度狀態不能相互感應，陰陽不相順接，“液滴”分解，相分離被阻斷，輕則影響神經遞質的傳遞，重則扼殺生命的進程，造成“陰陽離決，精氣乃絕”的嚴重后果。

3.2 陰陽消長 相分離現象不僅能形成液滴狀的結構，還能繼續轉變為膠狀物的形式，而凝膠狀態的相分離經常不可逆轉。這種現象與中醫陰陽學說的陰陽消長類似。陰陽消長平衡，則細胞內的分子聚散有度，相分離能在正確的時間，正確的地點發生；陰陽消長失衡，細胞內的分子或散而不聚，或聚而不散，相分離就可能造成特定分子的病理性聚集，或者產生一些結構不良性液滴，而這些液滴可能與腫瘤和衰老相關。女子七七，男子八八，天癸竭，腎臟衰，形體皆極，陽殺陰藏，其中以腎陽為代表的陽氣虛衰為主。陰盛陽衰，陰陽消長失衡，生物大分子在發生相分離時更容易走向濃度高的陰性狀態，甚至繼續轉變為不可逆轉的凝膠狀態，Patel等[10]發現隨著人體的衰老，DNA損傷修復功能下降，與肌萎縮性脊髓側索硬化癥相關的蛋白質FUS在DNA損傷后形成液體相分離。隨著時間的推移，這些液滴會轉化為凝膠，甚至固體纖維狀態。若FUS突變則會加速液相向纖維相的過渡，進而支持相分離與這種衰老疾病之間的聯系。同樣，另外一位科學家Lin等[11]發現隨著時間的流逝，人體基因組中，形成hnRNA1的RNP顆粒會從液滴發展成纖維狀組裝體，進而影響遺傳信息的傳遞。

3.3 陰陽對立制約 相分離的主要參與者生物大分子蛋白質，在細胞的不同位置進行相變，由于復雜的核質轉運機制[12]，造成液滴的結構功能不一致，甚至功能作用相反。例如，TDP-43蛋白在細胞核中以二聚體、三聚體、四聚體和更高級的寡聚體形式存在，參與RNA代謝，這是其重要的生理功能。但在細胞受到應激壓力時，該分子遷移至細胞質的應激顆粒中，形成更高級別的復合物，這些復合物被磷酸化、泛素化、乙?；突酋；瑢е虏豢赡娴木奂鳷DP-43蛋白的積累是肌萎縮性脊髓側索硬化癥和前顳葉退化癥的重要生化特征[13]。對人體的生命活動而言，正常的生理活動歸屬于陽，異常的病理變化歸屬為陰。同一種蛋白不同位置的相分離狀態，功能上相互拮抗，猶如陰陽對立制約。

3.4 陰陽相互轉換 相分離可以發生急速的相變過程，相變就是物質在不同物理狀態之間的轉變，如液態到凝膠。這種變化為解釋某些細胞的驟變現象提供了分子依據。根據屬陰的物質具有凝集的特性，若生物大分子液態為陽，凝膠狀態則為陰。《素問·陰陽應象大論》曰：“重陰必陽，重陽必陰”，如果溶液環境處于臨界態附近，一個微小的變化能夠引起從0到1的巨變，發生陰陽互相轉換。例如，自身抗原和外界抗原與T細胞受體的親和性相差不大，但自身抗原卻不能激活T細胞。相關的研究顯示，相分離參與T細胞受體信號轉導的下游級聯重建過程，最終導致肌動蛋白聚合，發生急速的相變，阻斷信號的傳導[14]。這可能是T細胞區分抗原來源的機制之一。

4 運用中醫陰陽學說探索相分離的研究前景

相分離現象作為生物化學界的“新寵”，似乎是解決一切問題的“萬金油”，但截至目前為止，由于技術手段的限制，我們對控制相分離的基因學及生物學特性仍所知甚少，因此，我們在分析相分離現象時尤當謹慎。本課題組在研究兒童支原體肺炎的致病機制中發現，參與肺間質炎癥的巨噬細胞或成纖維細胞中可能存在某些蛋白，這些蛋白可以進入細胞核，參與轉錄輔助因子的相分離，影響遺傳信息的表達，進而參與肺炎支原體引起的炎癥風暴。中藥復方可能就是作為相分離的抑制劑，多靶點的抑制炎性細胞的激活及炎性因子的釋放。李新民教授在治療兒童支原體肺炎時，提出病初應特別重視肺氣閉阻的病機，認為宣發肺氣關乎整個疾病的療程及預后。“陽化氣，陰成形”，肺氣閉阻，陽不化氣，故而瘀血、痰濕等陰性物質聚而成形，阻塞肺絡。生化層面上，相關蛋白質發生相分離時更趨向于相變成不可逆轉的凝膠狀態。故李教授在治療兒童支原體肺炎時強調化瘀通絡法要貫穿始終，即病初宣發肺氣，平衡陰陽，避免蛋白質的相分離失衡，病變過程中相分離已形成不可逆轉的凝膠顆粒后，應及時清除顆粒的病理性聚積。

隨著分子生物學研究的不斷進步，微觀事物的陰陽屬性正在不斷被揭示，如細胞的超微結構，細胞的自噬等[15-16]。在相分離的下一步研究中，應進一步尋找關鍵的調控靶點,運用中醫陰陽學說,發揮中醫藥的獨特優勢,多方位的調控相分離的平衡，使人體生命活動達到“陰平陽秘”的狀態。