综述：蜘蛛丝蛋白的液-液相分离

这篇综述深入探讨了蜘蛛丝蛋白（spidroins）通过液-液相分离（LLPS）驱动纤维组装的分子机制，整合了液晶理论、胶束理论和LLPS理论的协同作用。文章强调了非重复末端结构域（NR domains）在调控溶解度、预组装和β-片层（β-sheet）形成中的关键角色，并揭示了离子浓度、pH值和剪切力对仿生纺丝技术的指导意义。研究成果为开发高性能人造蛛丝材料（如Biosteel?）提供了理论支撑。

　　

液-液相分离与蜘蛛丝蛋白组装

蜘蛛丝以其卓越的机械性能（如超高韧性）成为仿生材料研究的焦点。其形成过程涉及复杂的液-液相分离（LLPS）现象，这一机制在生理（如RNA代谢）和病理（如阿尔茨海默病）过程中均有体现。

液晶理论与胶束理论的融合

早期研究提出两种竞争性假说：

1. 液晶理论：蜘蛛腺体中的丝蛋白（MaSps）在50 wt%高浓度下呈现向列型液晶（LC）排列，通过S形导管拉伸形成β-片层纤维。
2. 胶束理论：基于蚕丝研究，认为亲水-疏水相互作用驱动丝蛋白形成胶束结构，经剪切力延伸为纤维。

近年证据表明，两者实为同一过程的不同阶段：MaSps在腺体尾部通过C端结构域（CTD）形成胶束，随后通过LLPS浓缩为微米级液滴（图4）。

非重复末端结构域的核心作用

• C端结构域：在储存阶段形成平行二聚体，维持胶束稳定性。其构象变化暴露疏水片段，触发β-片层组装。
• N端结构域：在pH<6.4时反平行二聚化，介导纤维交联（图4C）。缺失任一结构域将导致纤维成型失败。

仿生纺丝技术的突破

通过重组蛛丝蛋白（如eADF3/eADF4）和微流控技术，研究者成功模拟自然纺丝过程：

1. 生物仿生纺丝液（BSD）：磷酸钾诱导LLPS，形成预组装胶束相。
2. 离子交换与剪切力：微流控通道中，Na⁺/K⁺置换和pH降低驱动液晶相（LLCPS）转变，最终通过拉伸获得β-片层含量达77%的纤维（图5D）。

应用前景与挑战

人造蛛丝已应用于生物医学（如抗微生物材料）和工业领域，但多组分协同机制仍是未解之谜。未来研究需聚焦酪氨酸等稀有残基在LLPS中的具体作用，以进一步提升纤维性能。