2009 年，德国马普研究所的科学家首次揭示了相分离与细胞功能的直接关联，开启了一扇认识生命的全新大门。自此之后，后续研究如雨后春笋，呈现出爆发性发展的态势。不过，表征相分离的基础理论尚未实现突破，是目前亟待解决的重大问题之一。
南方科技大学生命科学学院院长、中国科学院院士张明杰教授带领课题组对突触前后侧的相分离现象及其生理功能和调控机制进行了系统研究，并在前不久中国神经科学学会第十六届全国学术会议上受邀发表主旨报告。借此机会，丁香园与张院士就相分离相关的前沿话题进行了交流。
丁香园：在本次会议上，您发表了题为「突触形成和功能中的相分离」的学术报告。您是一位结构生物学家，当初是怎样的契机令您关注并开始研究相分离的？相分离已经成为生命科学中一个非常热门的研究领域，您认为生物相分离领域的下一步研究方向是什么？
张明杰院士：我们关注相分离并启动研究缘于一个相当偶然的契机。我的实验室之前一直在研究突触，主要研究方向是 PSD（Postsynapse Density）的形成，及其如何进行神经活性的动态调控。在一次实验中，我们发现，两种特定蛋白混合在一起时，会形成液滴状的聚集体。因为我的生物化学的背景较强，一看到这个现象，就意识到这有可能是 PSD 形成的物理机制。在这一发现的基础上，我们进入到了相分离这一领域。
相分离的未来发展非常广阔，它其实打开了细胞生物学里一扇非常重要的大门。相分离形成的聚集体可以说是一种和此前认识完全不一样的细胞器。这一领域的开拓将生命科学带入到软物质的范畴，但生物大分子软物质领域的理论基础几乎完全是空白。
因此，相分离领域亟待解决而且会给整个领域带来非常大贡献的研究方向是从基础理论的角度理解相分离，并以此来指导我们开展相分离形成的基础、生物学功能以及相分离与病变之间关系的研究。
丁香园：您与课题组在突触后致密带（PSD）的相关研究中取得诸多重要成果，突触前致密带的研究目前尚有很多空白，请问课题组在这一领域有哪些新的发现？
张明杰院士：突触前活性区的相分离过程也是我们实验室非常感兴趣的科研问题。目前我们正在研究的一个问题是囊泡如何定时定向地从储备池（Reserve Pool）释放到即刻可释放池（Readily Releaseable Pool）。这一问题的解决有可能为囊泡在其他细胞生物学范畴中的定向、运输及释放提供指导意义。
丁香园：相分离中的凝聚相常被称为「无膜细胞器」，这种状态得以动态维持，其机制是什么？能否将传统意义的细胞器和由相分离形成的「无膜细胞器」理解为细胞中的「常驻员工」和「临时工」？
张明杰院士：我认为无膜细胞器能够形成和维持，与生物大分子相互作用而形成的网络有关。无膜细胞器的稳定性与该网络的复杂度和稳定性有直接关系。
或许是无膜细胞器发现时间较晚，因此一些人将有膜细胞器和无膜细胞器视为细胞中的「常驻员工」和「临时工」，这其实是一个误解。我认为，有膜细胞器和无膜细胞器是两类彼此互补的细胞器。后者在很大程度上弥补了前者力有不逮之处。
另外，无膜细胞器和有膜细胞器并非彼此独立，越来越多的证据表明，两者有着密切的「交流互动」。
丁香园：相分离现象不仅出现在动物细胞中，植物中也普遍存在，而且还发挥着重要的作用。在您看来，相分离在生物界广泛存在，其背后可能是怎样的原因？
张明杰院士：这一现象非常有意思，其实不仅是动植物细胞，就连细菌中也观察到越来越多的相分离现象。这提示，相分离有可能在所有生物体内都发挥了重要作用。
在生命进化的过程中，是膜先出现，还是生物大分子聚集先出现？想象一下，在生命出现之前，地球的某处海滩或池塘，由于蒸发作用，水越来越少，水中的生物大分子开始浓缩，之后便形成相变，令其活性发生改变。
如果浓缩的生物大分子具备了合成新产物的活性，这就意味着生命起源的生物化学基础得以形成。在此之后，单细胞、多细胞生物陆续出现。从这个逻辑上来看，无膜细胞器对于生命的出现以及进化起到了重要作用。发展至今，生物体没有理由将相分离这一重要的生物学机制抛弃掉。
无膜细胞器只是发现和认识得较晚，对这一领域的深入研究有望刷新世人对自然界和生物体的认识。
丁香园：除了专注于神经科学研究外，您还担任南方科技大学生命科学学院院长。您认为鼓励生命科学的后辈深耕基础研究的重要性和意义是什么？对于想要进入这一研究领域的学生，您有哪些期许？
张明杰院士：神经科学的研究对象——包括大脑在内的神经系统——是人体所有器官中最复杂、最难度、最重要的部分。这一特性吸引无数人进入这一领域。和生命科学其他领域不同，脑科学的发展更需要生命科学之外的专家学者来帮助我们。脑科学想要突破，需要数学、工程、计算机等多学科的合作推动。
当然，脑科学的发展也会极大促进上述领域的发展。比如现今最为火热的人工智能，脑科学就在其中发挥了重要作用。通过这样的循环互补，相得益彰，彼此都可以更上一层楼。我想对希望进入这一领域的年轻人说，这里充满了无数挑战，同样也充满无数机会。
结语：
作为我国神经科学领域的顶级会议，中国神经科学学会全国学术会议今年吸引逾 5000 名参会者共襄盛举。张明杰院士在分享自己的参会观感时提到，和往届相比，今年有很多自日韩的学术带头人应邀与会，期待未来能与欧美相关协会展开合作，进一步提升会议的国际化水平。另外，本届会议的一些专场选择与国内其他学会共同主办，这加深了科学家和学会间的沟通，能够起到更好的学术交流作用，是一个值得点赞的举措。
图文来源：丁香园整理
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