相分離與中醫(yī)陰陽學(xué)說的關(guān)系

李艷嬌， 李煥敏， 李新民

相分離(phase separation)是一種經(jīng)典的物理化學(xué)概念，它描述的是兩種混合后的液體相互分離的現(xiàn)象。這種現(xiàn)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(xué)家們發(fā)現(xiàn)相分離結(jié)構(gòu)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(gòu)象，以促進(jìn)或者是抑制化學(xué)反應(yīng)。課題組在探索中藥復(fù)方治療兒童肺炎支原體肺炎的療效機(jī)制中發(fā)現(xiàn)，免疫細(xì)胞內(nèi)的相分離現(xiàn)象可能充當(dāng)炎癥風(fēng)暴的開關(guān)作用。結(jié)合現(xiàn)代分子生物學(xué)對相分離現(xiàn)象的研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)相分離在形成條件、驅(qū)動過程，作用結(jié)果等方面與中醫(yī)陰陽學(xué)說的陰陽關(guān)系具有相似性。故本文將中醫(yī)的陰陽學(xué)說與相分離現(xiàn)象相契合，力求宏觀認(rèn)識相分離現(xiàn)象，拓寬中醫(yī)陰陽學(xué)說的應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)中醫(yī)理論基礎(chǔ)的現(xiàn)代化和中醫(yī)臨床應(yīng)用的現(xiàn)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(yī)學(xué)界受關(guān)注始于2009年，細(xì)胞生物學(xué)家Hyman和他的學(xué)生在伍茲霍爾海洋生物實(shí)驗(yàn)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(xiàn)象，可以讓細(xì)胞內(nèi)的特定分子聚集起來，從而在“混亂的”細(xì)胞內(nèi)形成一定的“秩序”[1]。這種現(xiàn)象為研究細(xì)胞無膜細(xì)胞器的生化機(jī)制提供了一個新方向。

細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，細(xì)胞能夠精確的調(diào)控自身各種生化反應(yīng)，部分依賴于有膜包裹的細(xì)胞器，如線粒體、溶酶體，這些細(xì)胞器借助生物膜分隔反應(yīng)區(qū)與其他物質(zhì)，保證生化反應(yīng)在特定的空間執(zhí)行。而無膜細(xì)胞器，如核仁、有絲分裂紡錘體、中心體等，其形成機(jī)制以及其物理化學(xué)性質(zhì)尚不清楚。而相分離的研究正是著重于在細(xì)胞內(nèi)創(chuàng)建一個相對獨(dú)立的“高維”空間域，選擇性地富集分子并組成一定結(jié)構(gòu)。通常相分離形成的細(xì)胞結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境相比，蛋白密度和分子微觀運(yùn)動均不同，進(jìn)而促進(jìn)或抑制某些生化反應(yīng)的發(fā)生。相分離的發(fā)生是蛋白質(zhì)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(zhì)、DNA和RNA等生物大分子的濃度、物理化學(xué)性質(zhì)，以及溶液所處的環(huán)境，比如：溫度、pH、鹽離子濃度、鹽離子類型等[2]。

相分離結(jié)構(gòu)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(xué)家的目光聚焦在相分離在基因表達(dá)調(diào)控、細(xì)胞分裂、免疫應(yīng)答以及脅迫響應(yīng)等方面的作用[2-5]。在病理變化上，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)多種蛋白質(zhì)的相分離與疾病相關(guān)。2015年，加拿大多倫多兒童醫(yī)院的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家Julie Forman-Kay帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，一種可能影響精子功能的蛋白質(zhì)在人體細(xì)胞內(nèi)形成液滴[6]。Wegmann等[7]發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默病患者腦內(nèi)異常沉積的tau蛋白也存在相分離。

2 中醫(yī)陰陽學(xué)說

陰陽的概念源于人們對自然界物象的觀察[8]，《說文通訓(xùn)定聲》曰：“陰者見云不見日，陽者云開而見日?！敝嗅t(yī)陰陽學(xué)說是在古哲學(xué)陰陽論的基礎(chǔ)上建立起來的中醫(yī)學(xué)辨證思維，陰陽學(xué)說認(rèn)為,物質(zhì)世界對立統(tǒng)一的陰陽兩個方面的相互作用是一切事物運(yùn)動和發(fā)展變化的根源?！斑h(yuǎn)取諸物，近取諸身”[8]，《素問·陰陽應(yīng)象大論》曰：“陰陽者，天地之道也，萬物之綱紀(jì)，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(guī)則同樣適用于認(rèn)識人體生命活動。在中醫(yī)陰陽理論的指導(dǎo)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(fù)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(xì)胞中普遍存在，能夠?qū)崿F(xiàn)多種生物學(xué)功能，是一種基本的生命活動現(xiàn)象。故從理論上，運(yùn)用陰陽的交感互錯、消長平衡、互相轉(zhuǎn)換和對立制約等關(guān)系認(rèn)識相分離現(xiàn)象具有可行性。

3 運(yùn)用中醫(yī)陰陽學(xué)說認(rèn)識相分離的研究現(xiàn)狀

3.1 陰陽互感、互用 相分離是一種高度動態(tài)的過程。細(xì)胞中的生物大分子濃度需要達(dá)到一定的閾值，才能發(fā)相分離。故生物大分子在細(xì)胞中有兩種存在形式，一種是溶液中的低濃度狀態(tài)，一種是形成的“液滴”中較高濃度的狀態(tài)。隨著溫度、pH、鹽離子濃度等相關(guān)條件的變化，兩種形式可以相互轉(zhuǎn)化，細(xì)胞內(nèi)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(jì)大論》同樣提“陰陽相錯，而變由生”，說明陰陽的交互感應(yīng)，是萬物變化的基礎(chǔ)。生物大分子在溶液中發(fā)生相分離時，根據(jù)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(tài)歸屬于陰，相對的低濃度狀態(tài)歸屬于陽，陰陽濃度狀態(tài)相互感應(yīng)，相互作用，細(xì)胞內(nèi)相應(yīng)的生化反應(yīng)才開始啟動。若陰陽不相順接，交錯受阻，則可能發(fā)生脫、閉、厥等危重癥?，F(xiàn)代研究表明蛋白質(zhì)的翻譯后修飾可以影響相分離現(xiàn)象，Milovanovic等[9]發(fā)現(xiàn)當(dāng)Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ引起突觸素磷酸化后，可觸發(fā)SVs釋放神經(jīng)遞質(zhì)的液滴分解。Nott等[6]發(fā)現(xiàn)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(huán)境改變后，其陰陽濃度狀態(tài)不能相互感應(yīng)，陰陽不相順接，“液滴”分解，相分離被阻斷，輕則影響神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞，重則扼殺生命的進(jìn)程，造成“陰陽離決，精氣乃絕”的嚴(yán)重后果。

3.2 陰陽消長 相分離現(xiàn)象不僅能形成液滴狀的結(jié)構(gòu)，還能繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z狀物的形式，而凝膠狀態(tài)的相分離經(jīng)常不可逆轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象與中醫(yī)陰陽學(xué)說的陰陽消長類似。陰陽消長平衡，則細(xì)胞內(nèi)的分子聚散有度，相分離能在正確的時間，正確的地點(diǎn)發(fā)生；陰陽消長失衡，細(xì)胞內(nèi)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(chǎn)生一些結(jié)構(gòu)不良性液滴，而這些液滴可能與腫瘤和衰老相關(guān)。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(fā)生相分離時更容易走向濃度高的陰性狀態(tài)，甚至繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢赡孓D(zhuǎn)的凝膠狀態(tài)，Patel等[10]發(fā)現(xiàn)隨著人體的衰老，DNA損傷修復(fù)功能下降，與肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥相關(guān)的蛋白質(zhì)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(zhuǎn)化為凝膠，甚至固體纖維狀態(tài)。若FUS突變則會加速液相向纖維相的過渡，進(jìn)而支持相分離與這種衰老疾病之間的聯(lián)系。同樣，另外一位科學(xué)家Lin等[11]發(fā)現(xiàn)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(fā)展成纖維狀組裝體，進(jìn)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(zhì)，在細(xì)胞的不同位置進(jìn)行相變，由于復(fù)雜的核質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制[12]，造成液滴的結(jié)構(gòu)功能不一致，甚至功能作用相反。例如，TDP-43蛋白在細(xì)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(xì)胞受到應(yīng)激壓力時，該分子遷移至細(xì)胞質(zhì)的應(yīng)激顆粒中，形成更高級別的復(fù)合物，這些復(fù)合物被磷酸化、泛素化、乙?；突酋；?，導(dǎo)致不可逆的聚集，而TDP-43蛋白的積累是肌萎縮性脊髓側(cè)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(tài)，功能上相互拮抗，猶如陰陽對立制約。

3.4 陰陽相互轉(zhuǎn)換 相分離可以發(fā)生急速的相變過程，相變就是物質(zhì)在不同物理狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，如液態(tài)到凝膠。這種變化為解釋某些細(xì)胞的驟變現(xiàn)象提供了分子依據(jù)。根據(jù)屬陰的物質(zhì)具有凝集的特性，若生物大分子液態(tài)為陽，凝膠狀態(tài)則為陰?！端貑枴り庩枒?yīng)象大論》曰：“重陰必陽，重陽必陰”，如果溶液環(huán)境處于臨界態(tài)附近，一個微小的變化能夠引起從0到1的巨變，發(fā)生陰陽互相轉(zhuǎn)換。例如，自身抗原和外界抗原與T細(xì)胞受體的親和性相差不大，但自身抗原卻不能激活T細(xì)胞。相關(guān)的研究顯示，相分離參與T細(xì)胞受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的下游級聯(lián)重建過程，最終導(dǎo)致肌動蛋白聚合，發(fā)生急速的相變，阻斷信號的傳導(dǎo)[14]。這可能是T細(xì)胞區(qū)分抗原來源的機(jī)制之一。

4 運(yùn)用中醫(yī)陰陽學(xué)說探索相分離的研究前景

相分離現(xiàn)象作為生物化學(xué)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(shù)手段的限制，我們對控制相分離的基因?qū)W及生物學(xué)特性仍所知甚少，因此，我們在分析相分離現(xiàn)象時尤當(dāng)謹(jǐn)慎。本課題組在研究兒童支原體肺炎的致病機(jī)制中發(fā)現(xiàn)，參與肺間質(zhì)炎癥的巨噬細(xì)胞或成纖維細(xì)胞中可能存在某些蛋白，這些蛋白可以進(jìn)入細(xì)胞核，參與轉(zhuǎn)錄輔助因子的相分離，影響遺傳信息的表達(dá)，進(jìn)而參與肺炎支原體引起的炎癥風(fēng)暴。中藥復(fù)方可能就是作為相分離的抑制劑，多靶點(diǎn)的抑制炎性細(xì)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(yīng)特別重視肺氣閉阻的病機(jī)，認(rèn)為宣發(fā)肺氣關(guān)乎整個疾病的療程及預(yù)后?！瓣柣瘹?，陰成形”，肺氣閉阻，陽不化氣，故而瘀血、痰濕等陰性物質(zhì)聚而成形，阻塞肺絡(luò)。生化層面上，相關(guān)蛋白質(zhì)發(fā)生相分離時更趨向于相變成不可逆轉(zhuǎn)的凝膠狀態(tài)。故李教授在治療兒童支原體肺炎時強(qiáng)調(diào)化瘀通絡(luò)法要貫穿始終，即病初宣發(fā)肺氣，平衡陰陽，避免蛋白質(zhì)的相分離失衡，病變過程中相分離已形成不可逆轉(zhuǎn)的凝膠顆粒后，應(yīng)及時清除顆粒的病理性聚積。

隨著分子生物學(xué)研究的不斷進(jìn)步，微觀事物的陰陽屬性正在不斷被揭示，如細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)，細(xì)胞的自噬等[15-16]。在相分離的下一步研究中，應(yīng)進(jìn)一步尋找關(guān)鍵的調(diào)控靶點(diǎn),運(yùn)用中醫(yī)陰陽學(xué)說,發(fā)揮中醫(yī)藥的獨(dú)特優(yōu)勢,多方位的調(diào)控相分離的平衡，使人體生命活動達(dá)到“陰平陽秘”的狀態(tài)。