纤维继续生长，还是液滴逐渐固化？

糖浆熬浓后再冷却，有时会凝成透明的硬糖，有时则会析出糖晶体。结果取决于含水量、冷却速度和晶体形成的条件。两种情况下糖都变成了固体，内部结构却截然不同：玻璃态硬糖中的分子排列无序、运动受限，而糖晶体中的分子排列规则。¹

两种过程可能相互竞争。如果糖分子还没来得及形成晶体，就已被困在玻璃态固体中，晶体便难以继续生长。反过来，晶体一旦开始生长，就会不断从周围吸收糖分子。

研究人员发现，蛋白质也存在类似的竞争。显微镜下出现的情景甚至更加出人意料。

细长的蛋白质纤维不断伸长，附近圆形的蛋白质液滴却在慢慢缩小。纤维和液滴由同一种蛋白质构成，纤维在伸长，液滴却在缩小，仿佛前者正在利用后者储存的原料。

2026年10月20日发表于《自然·物理学》（Nature Physics）的一项研究，将这种现象解释为蛋白质固化的两条竞争路径。荷兰莱顿大学的Liru Feng和Louise Jawerth策划并领导实验，德国马克斯·普朗克复杂系统物理研究所的Ryota Takaki、Frank Jülicher等参与建立理论模型。²

纤维生长时，液滴却在缩小

研究对象是FUS蛋白。它参与细胞内RNA的加工过程，也与部分肌萎缩侧索硬化症（ALS）病例有关。

在特定条件下，FUS会聚集成近似液体的小液滴。内部蛋白质浓度远高于周围溶液，但分子并未被固定：它们可以在液滴内活动，与外部溶液交换，也可以随着液滴彼此融合而重新分布。这种蛋白质高度富集的结构称为凝聚体。

蛋白质聚集后，分子相互接触的机会随之增加。因此，人们曾认为凝聚体更容易促使蛋白质分子聚集成细长的纤维。2015年的研究确实观察到FUS液滴会随时间变成更坚实的聚集状态，某些与ALS相关的突变还会加快这一变化。³

然而，蛋白质最密集的地方，并不一定是纤维最容易延伸的地方。

研究人员先制备FUS液滴，再加入已经形成的短纤维片段。这些片段充当“种子”，使周围蛋白质分子能够附着并延长纤维。

液滴表面也能见到纤维，但纤维主要在液滴周围的稀相溶液中伸长。即使没有液滴，纤维在某些实验条件下仍可以生长。

“稀相”并不意味着没有蛋白质。液滴外的溶液中仍有自由活动的FUS分子。分子加入纤维后，纤维便会延长。

纤维生长消耗周围溶液中的蛋白质时，液滴与溶液之间的浓度平衡也会改变。液滴不是封闭的囊泡，其中部分蛋白质可以重新进入外部溶液，让系统形成新的平衡，液滴也随之缩小。

研究人员建立了包含液滴与溶液之间物质交换的物理模型。模型显示，分子穿过液滴界面的难易程度会影响液滴收缩的方式。这就解释了为何实验中能同时看到纤维伸长、附近液滴缩小。⁴

在这一模型中，液态凝聚体就像能为纤维生长提供蛋白质的储备库。 两种结构都由同一种蛋白质构成，因此会相互影响。

那么，液滴放得越久，纤维是否就会长得越多？

液滴老化后，纤维反而长得更少

研究人员改变了液滴形成后、加入纤维种子前的等待时间：分别在形成1小时、24小时和48小时后加入种子。

结果却恰恰相反：液滴老化得越久，纤维生长得越少。

在较新的液滴周围，纤维明显延长，液滴同时收缩。而在含有较老液滴的样品中，纤维长得更少，留下的液滴反而更多。

液滴内部究竟发生了什么？

研究人员用光漂白暂时减弱液滴的荧光，再测量荧光恢复的速度。老化液滴的恢复较慢；即使加入高浓度盐，老化液滴也更难溶解。

这些结果表明，凝聚体在老化过程中，分子的运动与交换逐渐受到更多限制。研究团队认为，液滴正在经历一种类似玻璃化的老化过程。此前也有研究记录过蛋白质凝聚体随时间出现的黏弹性变化。⁵

这里的“玻璃态”并非指液滴变得透明，而是指分子依然无序排列，却难以重新移动和调整位置的状态。

这正是两条路径开始显现竞争的地方。

纤维要继续延长，蛋白质分子就必须能够移动并加入其生长端；液滴若老化成类似玻璃态的状态，分子运动和物质交换便受到更多限制。研究人员认为，这种变化可能使纤维更难继续生长。

纤维需要可移动的蛋白质分子才能不断伸长；液滴在老化中逐渐呈现玻璃态特征，却限制了分子的运动。

较新的液滴伴随着明显的纤维生长与液滴收缩。较老的液滴保留得更多，纤维却长得更少。研究人员据此把它们解释为两条相互竞争的固化路径。

同样的蛋白质分子，既可能规则地连接成长纤维，也可能停留在凝聚体中，进入分子运动显著减慢的状态。在这项实验中，凝聚体越老化，纤维就越难生长。

同一种材料，不同的结局

FUS凝聚体与纤维形成之间的关系，早已引起研究人员关注。

2023年的研究发现，即使蛋白质浓度低到不足以形成液滴，溶液中的FUS仍有可能形成小纤维。⁶ 同年的另一项工作观察到凝聚体从表面开始固化，并向内部发展。⁷

2024年，研究人员长期观察了用一段FUS蛋白构建的液滴。研究者在表面发现坚硬的外壳，长期成熟的样品中也出现了纤维；加入RNA能够抑制其中一些老化变化。⁸

2025年首次在线发表的一项研究还将FUS凝聚体内部纳米尺度区域的重排与表面纤维形成联系起来。⁹

综合这些研究，蛋白质固化显然不是只有一条路径。液滴内部、表面与周围稀相溶液是不同环境；蛋白质构成、共存分子和经过的时间都可能改变结果。

这项新研究指出了纤维生长与凝聚体的玻璃态老化相互竞争的实验条件。两种材料状态可以共存，但实验没有证明其中一种必然直接转化为另一种。

这种竞争是否也会在活的神经细胞内以同样方式发生，目前尚无定论。真实细胞中还有RNA、其他蛋白质以及多种调控过程，因此，体外实验结果不能直接用来解释ALS患者神经细胞内的变化。

蛋白质固化并非只有一个结局。同样的分子可能沿着两条相互竞争的路径，形成不断伸长的纤维，或形成呈玻璃态特征的凝聚体。最终的物质状态，并不相同。

注释与来源

1. 糖的结晶与玻璃态形成。 糖果结构受到水分、冷却和晶体成核等条件影响。抑制大量结晶形成的硬糖可呈现缺乏长程有序结构的玻璃态。这只是材料状态的类比，不意味着糖晶体与FUS纤维具有相同分子结构。Institute of Physics, “Sweet glasses”; J. Peter Clark, “Crystallization Is Key in Confectionery Processes”, Food Technology (2004)。

2. 核心论文与作者贡献。 Liru Feng, Ryota Takaki, Iain Muntz, Lionel Ndamba, Martine Ruer-Gruß, Frank Jülicher, Louise Jawerth, “Fibres and glasses are competing material states in protein condensation,” Nature Physics, 2026年10月20日在线发表。DOI: 10.1038/s41567-026-03415-z。论文贡献声明记载：Feng与Jawerth策划并指导实验，Feng实施实验；Ndamba与Ruer-Gruß提供实验支持；Muntz、Feng、Takaki、Jawerth参与数据分析；Takaki、Jawerth、Jülicher建立理论模型；通讯作者为Jawerth。所查资料未明确标注共同第一作者。机构包括莱顿大学及德国马克斯·普朗克研究机构等。

3. FUS老化及ALS相关突变。 Avinash Patel et al., “A Liquid-to-Solid Phase Transition of the ALS Protein FUS Accelerated by Disease Mutation,” Cell 162(5), 1066–1077 (2015)。实验观察到FUS液滴随时间形成聚集状态，部分患者来源突变加速该过程。这不意味着所有液滴都直接转变成淀粉样纤维。DOI: 10.1016/j.cell.2015.07.047。

4. 纤维生长、液滴收缩与物质交换模型。 Feng et al. (2026), Fig. 1–3及Extended Data 1–2。代表性加种实验条件：FUS 4.5 μM、纤维种子0.7 μM、KCl 100 mM。无凝聚体的玻璃微珠实验采用KCl 200 mM，因此不能将两者的生长速度当作同盐条件的直接比较。无种子对照中的液滴在12小时内也有轻微缩小。界面交换机制来自物理模型，并未逐个追踪从液滴到纤维的全部分子轨迹。原论文。

5. 类玻璃态老化及测量限制。 Louise Jawerth et al., “Protein condensates as aging Maxwell fluids,” Science 370(6522), 1317–1323 (2020)。DOI: 10.1126/science.aaw4951。Feng et al. (2026)的Fig. 4及Extended Data 3–4使用FUS 15 μM、KCl 100 mM，分别老化1、24、48小时后加入700 nM纤维种子。整个液滴的荧光恢复可能同时受到内部扩散和与外部溶液交换的影响。液滴在1 M KCl溶液中不易溶解，这一结果支持老化的解释，但并不是对精确玻璃化转变点的独立测量。没有种子的另一对照在7天和32天后均未检出明确纤维，但到32天时液滴内部染色信号轻微上升。2026年论文。

6. 低于液滴形成阈值的FUS纤维化。 Emilie Bertrand, Clément Demongin et al., “FUS fibrillation occurs through a nucleation-based process below the critical concentration required for liquid–liquid phase separation,” Scientific Reports 13, 7772 (2023)。Bertrand与Demongin为共同第一作者。稀相成纤维并不是2026年论文的首次发现。DOI: 10.1038/s41598-023-34558-1。

7. 表面促进的固化。 Yi Shen et al., “The liquid-to-solid transition of FUS is promoted by the condensate surface,” PNAS 120(33), e2301366120 (2023)。研究报告凝聚体表面可促进固化并向内部推进；这一过程应与稀相中占优势的纤维延伸区别开来。DOI: 10.1073/pnas.2301366120。

8. FUS片段的长期老化。 Leonidas Emmanouilidis, Ettore Bartalucci et al., “A solid beta-sheet structure is formed at the surface of FUS droplets during aging,” Nature Chemical Biology 20, 1044–1052 (2024)。Emmanouilidis和Bartalucci为共同第一作者。研究在琼脂糖凝胶中使用FUS第1至267位氨基酸组成的片段，观察到富含β折叠的硬化表面壳层以及长期成熟样品中的纤维；RNA会影响老化过程。不能仅用某一个实验差异解释与2026年研究的不同。DOI: 10.1038/s41589-024-01573-w。

9. 纳米尺度区域与表面纤维化。 Guoming Gao, Emily R. Sumrall, Nils G. Walter, “Nanoscale domains govern local diffusion and ageing within fused-in-sarcoma condensates,” Nature Nanotechnology 21, 249–258（2026年卷期，2025年11月14日首次在线发表）。Gao和Sumrall为共同第一作者。研究将蛋白质与RNA局部扩散区域的变化同FUS凝聚体表面的纤维化联系起来。DOI: 10.1038/s41565-025-02077-x。