Nature：我國(guó)學(xué)者首次實(shí)現(xiàn)人工細(xì)胞的不對(duì)稱分裂

天然細(xì)胞有對(duì)稱和不對(duì)稱兩種分裂方式，其中不對(duì)稱分裂是將一個(gè)細(xì)胞分裂成兩個(gè)不同的子細(xì)胞。然而，現(xiàn)有的人工細(xì)胞缺少天然細(xì)胞內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)域邊界和拓?fù)淙毕荩y以實(shí)現(xiàn)類似天然細(xì)胞“一個(gè)變兩個(gè)且兩個(gè)不一樣”的不對(duì)稱分裂。

2026 年 5 月 13 日，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所喬燕研究員、王樹(shù)研究員及北京化工大學(xué)林藝揚(yáng)教授作為共同通訊作者（中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所孟何、賈麗艷為論文共同第一作者），在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Nature 上發(fā)表了題為：Asymmetric splitting in dividing lipid-nucleotide multilamellar droplets 的研究論文。

該研究提出一種基于瞬態(tài)化學(xué)不均勻性和界面能梯度誘發(fā)人工細(xì)胞不對(duì)稱分裂的新策略，構(gòu)筑了具備不對(duì)稱分裂潛能的結(jié)構(gòu)化層狀液晶液滴人工細(xì)胞模型，成功展示了其自發(fā)分裂為液滴和囊泡兩種結(jié)構(gòu)性能迥異子代的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

這項(xiàng)研究首次證明了 人工細(xì)胞（ artificial cell ）可以在沒(méi)有外部復(fù)雜操控的情況下完成不對(duì)稱分裂，并產(chǎn)生形態(tài)和功能不同的子代。這項(xiàng)研究為自下而上地組裝能夠增殖的人工細(xì)胞邁出了重要一步，為理解生命起源時(shí)期原始細(xì)胞的形成與類生命功能涌現(xiàn)提供了一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停矠樯镏圃烨把仡I(lǐng)域開(kāi)辟了新方向。

最近的研究開(kāi)發(fā)出了一種內(nèi)部分子密集的液晶液滴，其能夠選擇性地隔離生物分子并實(shí)現(xiàn)界面潤(rùn)濕，可用于構(gòu)建人工細(xì)胞和人工細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)。然而，這些合成的人工細(xì)胞的受控分裂仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)筑了一種由脂質(zhì)分子與核苷酸自組裝形成的層狀液晶液滴人工細(xì)胞模型。在堿性磷酸酶催化下，液滴表面首先形成一個(gè)局部凹陷；隨著酶催化反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，凹陷沿液滴表面周向逐漸擴(kuò)展，同時(shí)液滴形成清晰的外殼—內(nèi)核界面。當(dāng)凹陷張開(kāi)角度達(dá)到臨界值，液滴內(nèi)核被完整“擠出”，剝離后的外殼則通過(guò)邊緣弛豫閉合，形成具有內(nèi)水相的多層囊泡結(jié)構(gòu)。最終，一個(gè)母代液滴分裂形成兩個(gè)結(jié)構(gòu)、組成和性質(zhì)顯著不同的子代結(jié)構(gòu)——子代液滴和子代囊泡。

研究結(jié)果表明，酶主要富集于液滴表面，其催化的去磷酸化過(guò)程可導(dǎo)致液滴層間距增大并引發(fā)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。在非酶條件下，多價(jià)離子介入或 pH 變化同樣能夠觸發(fā)液滴分裂，這不僅證明了靜電屏蔽作用是不對(duì)稱分裂的核心驅(qū)動(dòng)力，也表明該分裂機(jī)制具有較好的普適性，其本質(zhì)來(lái)源于瞬態(tài)化學(xué)不均勻性與界面能梯度的協(xié)同作用。此外，層狀液晶結(jié)構(gòu)及其層內(nèi)微小結(jié)構(gòu)缺陷對(duì)液滴分裂至關(guān)重要，而內(nèi)部無(wú)序的液滴則僅表現(xiàn)為均勻解體。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，分裂后的子代液滴能夠保留酶活性和分子濃度，而子代囊泡由于持續(xù)的去磷酸化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸疏松并釋放部分分子， pH 也隨之降低。這說(shuō)明不對(duì)稱分裂能夠在子代體系中形成差異化化學(xué)微環(huán)境，從而為后續(xù)功能分化提供基礎(chǔ)。

結(jié)構(gòu)化液滴人工細(xì)胞的不對(duì)稱分裂

總的來(lái)說(shuō)，該研究不僅為理解生命功能涌現(xiàn)提供了新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停矠闃?gòu)筑具備自主增殖、分化和演化能力的高復(fù)雜度人工細(xì)胞體系奠定了基礎(chǔ)。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10489-5