生命学院方晓峰与合作者提出：“液态无膜细胞器”不只是容器 更是“剪刀手”

　　细胞内部繁忙的“物流系统”—囊泡穿梭、细胞器分裂、物质运输—都离不开一个关键步骤：膜分裂（Membrane Fission）。就像剪断一根连接两个气球的细绳，细胞需要精确地“剪断”膜结构，才能分离出独立的囊泡或完成细胞分裂。过去几十年，科学家们认为这项工作主要由专门的“分子剪刀”，如Dynamin和ESCRT蛋白复合体，消耗能量（ATP/GTP）来完成。2025年6月4日，清华大学方晓峰与合作者应邀在《植物生物学当前观点》杂志（Curren...

　　

细胞内部繁忙的“物流系统”—囊泡穿梭、细胞器分裂、物质运输—都离不开一个关键步骤：膜分裂（Membrane Fission）。就像剪断一根连接两个气球的细绳，细胞需要精确地“剪断”膜结构，才能分离出独立的囊泡或完成细胞分裂。过去几十年，科学家们认为这项工作主要由专门的“分子剪刀”，如Dynamin和ESCRT蛋白复合体，消耗能量（ATP/GTP）来完成。

2025年6月4日，清华大学方晓峰与合作者应邀在《植物生物学当前观点》杂志（Current Opinion in Plant Biology）发表综述，提出一种更为“原始”且普遍的膜分裂机制：液态生物分子凝聚体（Biomolecular Condensates）本身就能充当高效的“分子剪刀”（图1）。

图1.相分离形成的液态凝聚体就像一把“液体剪刀”可以对膜进行剪切

生物分子凝聚体是细胞内通过“液-液相分离”（LLPS）形成的动态无膜区室。它们像微小的液滴，富含特定蛋白质和RNA，具有独特的物理化学性质，在细胞信号传导、基因调控等方面扮演重要角色。过去普遍认为它们是没有物理边界的“功能集合体”。

方晓峰团队及其合作者前不久发表的一项研究（Nature, 634: 1204-1210）表明，这些看似柔和的“液滴”拥有惊人的力量： FREE1凝聚体浸润多泡小体（MVB）膜，利用其产生的毛细作用和线张力，直接驱动膜内陷和囊泡（ILV）颈部的切割。

在这篇综述中，作者更为通俗和细致地解释了线张力如何“剪断”膜。首先，浸润与接触线形成： 凝聚体像水珠接触桌面一样，“浸润”细胞膜，在凝聚体、膜和周围胞质三者交界处形成一条“接触线”。其次，线张力驱动收缩： 类似于水珠表面张力使其趋向球形以减小表面积，这条微观的“接触线”也具有张力，会自发地缩短自身的长度以降低能量。最后，膜颈形成与断裂： 当凝聚体浸润膜特定区域（如正在内陷形成囊泡的颈部）时，线张力会强力地“拉扯”这条接触线。这种拉力足以将膜颈部极度收窄。数学模型和实验证明，当颈部收缩到一定程度，线张力产生的力（>25 pN）可直接导致膜颈的不稳定和最终断裂，完成分裂。

作者指出，这一发现并非否定传统的“剪刀”（如Dynamin, ESCRT-III），而是揭示了细胞工具箱中一种全新的、基于物理原理的工具。凝聚体可以与传统的“剪刀”协同作用： 凝聚体可以招募传统的ESCRT等机器通过时空组织、改变局部膜性质或提供机械辅助，为传统“剪刀”的工作创造有利条件或协同发力。凝聚体可能“软化”膜或制造出适合传统机器组装的“平台”。

最后，作者对这种凝聚体介导的膜分裂机制在多种重要细胞过程中可能发挥的作用进行了总结（图2），提出凝聚体介导的膜剪切机制可能是一个广泛存在于真核生物中的基础细胞组织原则。

图2. 细胞内凝聚体在膜重塑中具有广泛作用

方晓峰教授和Roland L. Knorr教授作为通讯作者强调：“生物分子凝聚体远非被动的功能单元。它们是细胞内部主动的建筑师和工程师，利用基本的物理力量塑造并切割膜结构。表征凝聚体介导的膜重塑，将彻底改变我们对细胞内复杂组织和动态过程的理解。”

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369526625000548