相分离与中医阴阳学说的关系

李艳娇， 李焕敏， 李新民

相分离(phase separation)是一种经典的物理化学概念，它描述的是两种混合后的液体相互分离的现象。这种现象在自然界中普遍存在，最常见的例子就是油漂在水面上。在生化层面，科学家们发现相分离结构可以选择性地聚集或者是隔离分子，改变分子相互作用概率，甚至改变分子构象，以促进或者是抑制化学反应。课题组在探索中药复方治疗儿童肺炎支原体肺炎的疗效机制中发现，免疫细胞内的相分离现象可能充当炎症风暴的开关作用。结合现代分子生物学对相分离现象的研究现状，发现相分离在形成条件、驱动过程，作用结果等方面与中医阴阳学说的阴阳关系具有相似性。故本文将中医的阴阳学说与相分离现象相契合，力求宏观认识相分离现象，拓宽中医阴阳学说的应用，为实现中医理论基础的现代化和中医临床应用的现代化提供新思路。

1 相分离概述

早在洪荒之初，宇宙一片混沌，盘古一斧开天地，清者升而为天，浊者下而为地，这就是最初的相分离。相分离在生物医学界受关注始于2009年，细胞生物学家Hyman和他的学生在伍兹霍尔海洋生物实验室用高端显微镜观察到线虫卵中P颗粒如熔岩灯里的液滴一样相互碰撞、融合，后来Hyman意识到通过这种现象，可以让细胞内的特定分子聚集起来，从而在“混乱的”细胞内形成一定的“秩序”[1]。这种现象为研究细胞无膜细胞器的生化机制提供了一个新方向。

细胞是生物体结构和功能的基本单位，细胞能够精确的调控自身各种生化反应，部分依赖于有膜包裹的细胞器，如线粒体、溶酶体，这些细胞器借助生物膜分隔反应区与其他物质，保证生化反应在特定的空间执行。而无膜细胞器，如核仁、有丝分裂纺锤体、中心体等，其形成机制以及其物理化学性质尚不清楚。而相分离的研究正是着重于在细胞内创建一个相对独立的“高维”空间域，选择性地富集分子并组成一定结构。通常相分离形成的细胞结构与周围环境相比，蛋白密度和分子微观运动均不同，进而促进或抑制某些生化反应的发生。相分离的发生是蛋白质和核酸在某种特定的情况下的一个普遍特性，高度依赖溶液中蛋白质、DNA和RNA等生物大分子的浓度、物理化学性质，以及溶液所处的环境，比如：温度、pH、盐离子浓度、盐离子类型等[2]。

相分离结构的作用因时因地而异都会有所不同。在生理功能上，全球科学家的目光聚焦在相分离在基因表达调控、细胞分裂、免疫应答以及胁迫响应等方面的作用[2-5]。在病理变化上，科学家们发现多种蛋白质的相分离与疾病相关。2015年，加拿大多伦多儿童医院的结构生物学家Julie Forman-Kay带领团队发现，一种可能影响精子功能的蛋白质在人体细胞内形成液滴[6]。Wegmann等[7]发现阿尔茨海默病患者脑内异常沉积的tau蛋白也存在相分离。

2 中医阴阳学说

阴阳的概念源于人们对自然界物象的观察[8]，《说文通训定声》曰：“阴者见云不见日，阳者云开而见日。”中医阴阳学说是在古哲学阴阳论的基础上建立起来的中医学辨证思维，阴阳学说认为,物质世界对立统一的阴阳两个方面的相互作用是一切事物运动和发展变化的根源。“远取诸物，近取诸身”[8]，《素问·阴阳应象大论》曰：“阴阳者，天地之道也，万物之纲纪，变化之父母，生杀之本始，神明之府也，治病必求于本。”指出支配天地万物的阴阳规则同样适用于认识人体生命活动。在中医阴阳理论的指导下，人体可分阴阳，如腑为阳，脏为阴；各脏腑可分阴阳，如肝阴肝阳，肾阴肾阳。“万物负阴抱阳”，依此类推，人体各级生命活动单位均可分阴阳。相分离在细胞中普遍存在，能够实现多种生物学功能，是一种基本的生命活动现象。故从理论上，运用阴阳的交感互错、消长平衡、互相转换和对立制约等关系认识相分离现象具有可行性。

3 运用中医阴阳学说认识相分离的研究现状

3.1 阴阳互感、互用 相分离是一种高度动态的过程。细胞中的生物大分子浓度需要达到一定的阈值，才能发相分离。故生物大分子在细胞中有两种存在形式，一种是溶液中的低浓度状态，一种是形成的“液滴”中较高浓度的状态。随着温度、pH、盐离子浓度等相关条件的变化，两种形式可以相互转化，细胞内的生理功能也就随之变化。《苟子·礼论》曰：“天地合而万物生，阴阳接而变化起”，《素问·天元纪大论》同样提“阴阳相错，而变由生”，说明阴阳的交互感应，是万物变化的基础。生物大分子在溶液中发生相分离时，根据属阴的事物具有凝集的特性，把其形成“液滴”时的高浓度状态归属于阴，相对的低浓度状态归属于阳，阴阳浓度状态相互感应，相互作用，细胞内相应的生化反应才开始启动。若阴阳不相顺接，交错受阻，则可能发生脱、闭、厥等危重症。现代研究表明蛋白质的翻译后修饰可以影响相分离现象，Milovanovic等[9]发现当Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ引起突触素磷酸化后，可触发SVs释放神经递质的液滴分解。Nott等[6]发现Ddx4的精氨酸甲基化可溶解胚芽液滴。即生物大分子所处的溶液环境改变后，其阴阳浓度状态不能相互感应，阴阳不相顺接，“液滴”分解，相分离被阻断，轻则影响神经递质的传递，重则扼杀生命的进程，造成“阴阳离决，精气乃绝”的严重后果。

3.2 阴阳消长 相分离现象不仅能形成液滴状的结构，还能继续转变为胶状物的形式，而凝胶状态的相分离经常不可逆转。这种现象与中医阴阳学说的阴阳消长类似。阴阳消长平衡，则细胞内的分子聚散有度，相分离能在正确的时间，正确的地点发生；阴阳消长失衡，细胞内的分子或散而不聚，或聚而不散，相分离就可能造成特定分子的病理性聚集，或者产生一些结构不良性液滴，而这些液滴可能与肿瘤和衰老相关。女子七七，男子八八，天癸竭，肾脏衰，形体皆极，阳杀阴藏，其中以肾阳为代表的阳气虚衰为主。阴盛阳衰，阴阳消长失衡，生物大分子在发生相分离时更容易走向浓度高的阴性状态，甚至继续转变为不可逆转的凝胶状态，Patel等[10]发现随着人体的衰老，DNA损伤修复功能下降，与肌萎缩性脊髓侧索硬化症相关的蛋白质FUS在DNA损伤后形成液体相分离。随着时间的推移，这些液滴会转化为凝胶，甚至固体纤维状态。若FUS突变则会加速液相向纤维相的过渡，进而支持相分离与这种衰老疾病之间的联系。同样，另外一位科学家Lin等[11]发现随着时间的流逝，人体基因组中，形成hnRNA1的RNP颗粒会从液滴发展成纤维状组装体，进而影响遗传信息的传递。

3.3 阴阳对立制约 相分离的主要参与者生物大分子蛋白质，在细胞的不同位置进行相变，由于复杂的核质转运机制[12]，造成液滴的结构功能不一致，甚至功能作用相反。例如，TDP-43蛋白在细胞核中以二聚体、三聚体、四聚体和更高级的寡聚体形式存在，参与RNA代谢，这是其重要的生理功能。但在细胞受到应激压力时，该分子迁移至细胞质的应激颗粒中，形成更高级别的复合物，这些复合物被磷酸化、泛素化、乙酰化和磺酰化，导致不可逆的聚集，而TDP-43蛋白的积累是肌萎缩性脊髓侧索硬化症和前颞叶退化症的重要生化特征[13]。对人体的生命活动而言，正常的生理活动归属于阳，异常的病理变化归属为阴。同一种蛋白不同位置的相分离状态，功能上相互拮抗，犹如阴阳对立制约。

3.4 阴阳相互转换 相分离可以发生急速的相变过程，相变就是物质在不同物理状态之间的转变，如液态到凝胶。这种变化为解释某些细胞的骤变现象提供了分子依据。根据属阴的物质具有凝集的特性，若生物大分子液态为阳，凝胶状态则为阴。《素问·阴阳应象大论》曰：“重阴必阳，重阳必阴”，如果溶液环境处于临界态附近，一个微小的变化能够引起从0到1的巨变，发生阴阳互相转换。例如，自身抗原和外界抗原与T细胞受体的亲和性相差不大，但自身抗原却不能激活T细胞。相关的研究显示，相分离参与T细胞受体信号转导的下游级联重建过程，最终导致肌动蛋白聚合，发生急速的相变，阻断信号的传导[14]。这可能是T细胞区分抗原来源的机制之一。

4 运用中医阴阳学说探索相分离的研究前景

相分离现象作为生物化学界的“新宠”，似乎是解决一切问题的“万金油”，但截至目前为止，由于技术手段的限制，我们对控制相分离的基因学及生物学特性仍所知甚少，因此，我们在分析相分离现象时尤当谨慎。本课题组在研究儿童支原体肺炎的致病机制中发现，参与肺间质炎症的巨噬细胞或成纤维细胞中可能存在某些蛋白，这些蛋白可以进入细胞核，参与转录辅助因子的相分离，影响遗传信息的表达，进而参与肺炎支原体引起的炎症风暴。中药复方可能就是作为相分离的抑制剂，多靶点的抑制炎性细胞的激活及炎性因子的释放。李新民教授在治疗儿童支原体肺炎时，提出病初应特别重视肺气闭阻的病机，认为宣发肺气关乎整个疾病的疗程及预后。“阳化气，阴成形”，肺气闭阻，阳不化气，故而瘀血、痰湿等阴性物质聚而成形，阻塞肺络。生化层面上，相关蛋白质发生相分离时更趋向于相变成不可逆转的凝胶状态。故李教授在治疗儿童支原体肺炎时强调化瘀通络法要贯穿始终，即病初宣发肺气，平衡阴阳，避免蛋白质的相分离失衡，病变过程中相分离已形成不可逆转的凝胶颗粒后，应及时清除颗粒的病理性聚积。

随着分子生物学研究的不断进步，微观事物的阴阳属性正在不断被揭示，如细胞的超微结构，细胞的自噬等[15-16]。在相分离的下一步研究中，应进一步寻找关键的调控靶点,运用中医阴阳学说,发挥中医药的独特优势,多方位的调控相分离的平衡，使人体生命活动达到“阴平阳秘”的状态。