综述：癌症主要特征中的液-液相分离（Liquid–Liquid Phase Separation）

《Cell Proliferation》：Liquid–Liquid Phase Separation in Major Hallmarks of Cancer

本综述系统探讨了液-液相分离（LLPS）在癌症发生发展中的核心作用，涵盖其热力学原理、分子驱动机制（如IDR、PTM）及其在增殖信号、免疫逃逸、代谢重编程等关键肿瘤标志中的功能。文章还深入分析了靶向LLPS的诊断与治疗策略（如小分子抑制剂、药物递送系统），为肿瘤精准治疗提供了新视角。

　　

2 Fundamental Principles of LLPS

2.1 Thermodynamic Principles of LLPS

液-液相分离（LLPS）源于热力学原理，封闭系统倾向于向自由能最低的稳态演化。在理想溶液中，组分混合仅由熵驱动，混合自由能（ΔG_mix）随混合度增加单调下降。然而，在真实生物系统中，分子间存在吸引相互作用，ΔG_mix需同时考虑熵贡献（ΔS_mix）和焓贡献（ΔH_mix），满足ΔG_mix = ΔH_mix ? TΔS_mix。当溶质-溶质吸引力超过溶质-溶剂作用时，ΔH_mix为负值，焓增益可抵消熵损失，驱动系统发生相分离，形成组成不同但自由能更低的两相共存状态。

细胞内LLPS行为还受大分子拥挤等非平衡因素影响。拥挤剂可通过排阻体积效应（ segregative phase separation）或与生物大分子形成有利相互作用（associative phase separation）来调控相分离。许多细胞内相分离组装体（如应激颗粒SGs）在刺激下快速形成、移除后迅速溶解，表明其相行为是动态稳态而非热力学终态。

2.2 Components of Phase Separation: Scaffold and Client Models

生物分子凝聚体通常由数十至数百种不同蛋白质和RNA组成。Banani等提出了简化模型区分多价支架（scaffold）和低价客户（client）蛋白。支架作为相分离主要驱动者，通过形成足够多的分子间连接（自身或与其它分子相互作用）促进LLPS，这一过程称为凝聚体成核。尽管支架在总含量中占比小，但对凝聚体稳定和功能至关重要。客户蛋白则通过与支架的调控性相互作用被招募，以支持凝聚体生长，其扩散速率远高于支架，反映相互作用的动态和瞬时特性。

客户蛋白招募受多种机制协同调控。除残基-残基接触倾向（如π-π、阳离子-π相互作用）外，客户蛋白的解溶剂化能也起关键作用。招募效率还取决于支架化学计量和客户价态，特别是存在特定位点时。支架的选择性蛋白酶切或共价修饰可调控化学计量和价态，从而控制凝聚体组成甚至调节其形成或溶解。

2.3 The Driving Forces and Key Domains of LLPS

“sticker–spacer”模型为相分离提供了结构基础。其中，“sticker”指生物大分子中介导瞬时可逆吸引相互作用的特定基序，这些相互作用形成分子内和分子间物理交联，驱动LLPS等凝聚行为。多价交联（多价相互作用）是形成动态可逆分子网络的基本驱动力。

多价相互作用源于固有无序区（IDR）和折叠结构域。IDR是在生理条件下缺乏稳定三维结构的蛋白区段，常根据组成特征分为低复杂度结构域（LCD）、朊病毒样结构域（PLD）或淀粉样核心。LCD以氨基酸富集模式为特征，介导静电、π-π和疏水相互作用——这些在相分离蛋白中常见。

IDR由于缺乏确定构象，表现为快速互变异构的动态集合，与生物分子凝聚体的固有动态特性相似。IDR的构象可塑性对环境条件（温度、离子强度、PTM、pH）高度敏感，使其成为异常凝聚相关疾病的核心调控者和有前景的治疗靶点。

IDR的结构不稳定性也有助于凝聚体成熟——该过程以液体样动态逐渐丧失为标志，被认为是由无序构象向β片层丰富的淀粉样纤维结构转变所驱动。因此，IDR表现出功能二分性：在生理环境中作为动态支架，在疾病条件下作为病理性聚集核心。

值得注意的是，此类纤维化不仅限于IDR；FUS的RNA识别基序（RRM）在部分解折叠后可发生淀粉样转变。失调的成熟过程，包括癌症中突变p53聚集和神经退行性疾病中错误折叠蛋白沉积，参与疾病发生发展。

IDR也介导亚细胞靶向。例如，TIA1的PLD驱动SG招募，FUS的N端IDR支持RNA富集凝聚体定位。

相比之下，结构化相互作用域通过模块化域识别参与明确的高亲和力相互作用。结构化域增强其价态和相分离能力的一种主要机制是寡聚化。值得注意的是，一些蛋白通过高阶寡聚化获得 emergent multivalence。这些组装不仅暴露更多相互作用位点，还增加其空间浓度，促进粘附区域间的相互作用。

结构化相互作用域和IDR常协同作用促进LLPS。RNA结合蛋白如hnRNPA1提供了例证：虽然hnRNPA1的LCD足以介导LLPS，但RRM在RNA存在下通过降低所需临界浓度促进相分离。据推测，RNA提供多价结合位点，与IDR进行同型和异型相互作用，通过两种不同形式的多价性形成更大寡聚体。

为剖析LLPS机制，全原子模拟和粗粒度建模等技术已被应用于探测生物分子行为。代表性例子包括使用粗粒度建模阐明CBX2–RING1B凝聚体内的支架-客户相互作用。

此外，LLPS特异性蛋白数据库——LLPSDB、DrLLPS和PhaSePro——编录了已知相分离蛋白和相互作用基序，作为实验和计算研究的重要资源。

2.4 The Regulation of Phase Separation: PTMs

生物分子相分离通过两种主要机制调控：大分子溶解度的调节和价态或构象的变化。在后一机制中，翻译后修饰（PTM）是通过共价添加功能基团调控分子间相互作用的核心调控者。

磷酸化是LLPS调控中研究最广泛的PTM。磷酸基团的添加改变电荷分布，可能促进或抑制凝聚体形成。例如，FMRP磷酸化增强其与CAPRIN1相互作用，而FUS磷酸化导致凝聚体溶解。此外，HP1α的N端磷酸化促进液滴形成并诱导构象从紧凑二聚体变为扩展二聚体，突显磷酸化可进一步改变蛋白构象。

SUMO化是促进分子间多价相互作用的另一种调控机制。具体而言，SUMO化涉及通过异肽键将SUMO蛋白共价连接到赖氨酸残基，从而促进与含有SIM（SUMO相互作用基序）蛋白的新相互作用。在PML核体中，SUMO化的PML招募含SIM蛋白如DAXX、HIPK2和SP100。

其他PTM，如乙酰化和O-GlcNAcylation，影响凝聚体材料特性。例如，O-GlcNAcylation增加流动性并抑制纤维化，而染色质相关蛋白的乙酰化驱动形成具有独特组成特征的动态相分离液滴。

在病理背景下，生物大分子的异常PTM可调控凝聚体的形成、溶解或特性，从而重连关键信号通路并促进肿瘤发生，常与代谢重编程协同。一个值得注意的例子涉及肿瘤相关的代谢向乳酸水平升高转变。AARS1作为细胞内乳酸传感器，介导p53在其DNA结合域内的位点特异性乳酸化。该修饰显著损害p53的DNA结合亲和力并降低其形成凝聚体效率，最终减弱其肿瘤抑制功能。另一例子见于黑色素瘤，其中purinosome组装需要支持细胞增殖和肿瘤生长。该过程依赖于ASB11介导的PAICS（关键嘌呤生物合成酶）的多聚泛素化。多聚泛素化的PAICS招募泛素相关蛋白UBAP2，进而促进LLPS和purinosome组装，从而触发purinosome组装。