综述：探索丝蛋白通过液-液相分离的自组装机制

这篇综述系统阐述了丝蛋白（包括蜘蛛牵引丝spidroins和蚕丝fibroins）通过液-液相分离（LLPS）实现多级自组装的分子机制，揭示了其重复序列中低复杂度多价重复模块（如GASP残基）与酪氨酸（Tyr）空间分布的关键作用，并探讨了pH梯度、离子浓度（如Ca2+/PO43-）和剪切力等生物物理因素对纤维形成的调控，为仿生制备高性能丝材料提供了新思路。

　　

探索丝蛋白通过液-液相分离的自组装机制

Abstract
丝纤维因其卓越的机械性能（如高强度、延展性和韧性）成为跨领域研究的焦点。这些特性源于丝蛋白（如蜘蛛牵引丝spidroins和蚕丝fibroins）在腺体内从液态前体到固态纤维的多级组装过程。近年研究发现，液-液相分离（LLPS）是理解这一过程的关键框架——丝蛋白重复序列中富含甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、丝氨酸（Ser）和脯氨酸（Pro）的低复杂度多价重复模块（GASP），与生物分子凝聚体形成蛋白的特性高度相似。

Introduction
丝纤维由节肢动物分泌，其力学性能超越许多人造材料。丝蛋白的核心是重复序列 flanked 的N端（NTD）和C端结构域（CTD），其中NTD响应pH变化触发二聚化，CTD则调控β-折叠传播。传统理论（胶束、液晶模型）与新兴LLPS理论共同揭示了丝组装的复杂性。

Sequence analysis
丝蛋白重复序列呈现显著组成偏倚：GASP占比76-89%（表1），其中Gly（近50%）和Ala分别提供构象灵活性与β-片层交联。酪氨酸（Tyr）作为"sticker"通过π-π堆叠驱动LLPS，其非均匀分布（图1c）平衡了相分离与聚集。比较显示，MaSp1因精氨酸（Arg）的π-阳离子作用比MaSp2更易发生LLPS，而疏水性更强的MiSp可被NaCl诱导相分离。

Conserved nature of silk gland morphology
蜘蛛与蚕的丝腺独立进化却结构趋同（图3）：腺体储存区（pH 7.6-8.2）维持蛋白溶解性，纺丝导管通过pH梯度（降至5.7-6.2）和离子转换（蜘蛛：Na⁺/Cl^-→K⁺/PO₄^3-；蚕：Ca²⁺抑制过早纤维化）精确调控LLPS与纤维成型。

Structural changes during self-assembly
NTD在酸性条件下二聚化（蜘蛛：α-螺旋→反平行二聚体；蚕：无序→β-片层堆叠），CTD则通过构象变化调控β-片层传播。重复序列在溶液中呈无序态，但受离子调控：磷酸根诱导MaSp2形成液态液滴（图4a），Ca²⁺触发蚕丝蛋白LLPS。

LLPS behavior
重组MaSp2在kosmotropic阴离子（如PO₄^3-）作用下形成可融合液滴，酸性环境（pH 5.0-5.5）促其转变为亚微米纤维网络（图4a）。天然蚕丝（RUS）因保留Fib-H/Fib-L/P25复合体而比再生丝（RSF）更易发生LLPS。

Applications
LLPS启发的仿生纺丝技术（图5）通过微流控模拟生理梯度，成功制备具有纳米纤维层级结构的人工丝纤维。例如，MaSp2在pH/离子梯度下经LLPS-原纤维化-剪切排列三步形成力学性能优化的纤维。

Future perspectives
需进一步探索PTMs（如磷酸化）对LLPS的调控，开发AI模型预测相分离序列，并研究复杂丝蛋白（如PySp、AcSp）的组装机制。这些发现不仅推动高性能材料设计，也为理解生物分子凝聚体病理（如神经退行性疾病）提供新视角。