天然蜘蛛丝因其独特的分子结构和优异的力学性能而长期受到材料学和生物学领域的广泛关注。不同类型的蜘蛛丝在功能和机械性能上各具特色，其中包裹丝（aciniform silk）尤为引人注目。蜘蛛通常利用包裹丝来快速固定和包裹猎物，同时在卵囊的构建过程中，包裹丝也常被用作内层的加固与缓冲材料，从而为卵提供额外的保护。这种丝纤维具有极高的韧性，能够在拉伸过程中吸收大量能量而不易断裂，还兼具良好的弹性，使其在自然界中成为一种高效的功能性材料。蜘蛛丝通常由多种丝蛋白构成，蛛丝蛋白在丝腺体中的储存与加工成丝过程高度有序而精妙，堪称智慧设计的杰作。目前，大（小）壶腹腺丝和卵鞘丝纤维的形成已被较广泛研究，然而，关于包裹丝蛋白的自组装分子机制仍未完全知晓。
2025年10月8日，天津大学医学部生命科学学院林志教授团队在PNAS上发表了题为Intrinsically disordered linkers and terminal domains codrive aciniform spidroin self-assembly through liquid–liquid phase separation的研究论文。这项研究结合液-液相分离（LLPS）和材料学技术，对包裹丝蛋白 AcSp1 的结构特征及其自组装机制进行了系统性研究，为设计和制造兼具韧性与弹性的丝基生物材料提供了新的理论基础。
该研究首先重新定义了来自黑寡妇蜘蛛的AcSp1重复区：它由16个重复单元（RU）构成，每个RU包含两个序列相似度约 45%的重复结构域（RP1 与 RP2）；二者结构高度相似，并通过长度为42–46个残基的连接肽（LK）相连，该连接肽为包裹丝蛋白的固有无序区。LK主要通过疏水互作并辅以静电作用驱动丝蛋白重复单元发生液液相分离。接着研究发现，AcSp1的N末端结构域（NTD）在生理性 pH 范围（5.0–7.0）内可稳定形成二聚体，并在更高浓度下进一步四聚化，呈现出一种主要依赖浓度而非pH的分级组装机制，这与其它丝蛋白，比如壶腹腺丝蛋白依赖pH的成丝机制明显不同。结构分析显示，该同源二聚体表面交替分布正负电荷区，为四聚化提供了静电互作的基础。进一步研究发现，两个末端结构域的同时存在（NRUC或N2RUC），能显著促进丝蛋白相分离，特别是在一定盐离子存在下。因此，作者提出由固有无序区和末端结构域协同通过LLPS驱动包裹丝蛋白自组装的模型。这种由蛋白无序和有序结构共同促进的相分离机制，可在高密度储存与快速构象转变这两种需求之间实现平衡。
作者再进一步基于成丝机理，利用包含有重复结构单元和末端结构域的微型包裹丝蛋白（NRUC），开发了一种不使用高毒性有机试剂的全水相纺丝方法，并通过后处理获得了人造包裹丝纤维。研究发现由AcSp1-NRUC形成的人造包裹丝纤维，其延展性超过天然包裹丝纤维40%，韧性与牵引丝相接近。
综上所述，这项工作阐明了AcSp1固有无序区与N/C末端结构域在协同驱动丝蛋白相分离中的关键作用，并揭示了N末端结构域在AcSp1成丝过中并非遵循统一的pH依赖机制。以上研究加深了我们对不同类型蛛丝蛋白自组装所涉及的多样化分子机制的理解，这也为可持续生产高性能蛋白质纤维提供了新路径。
天津大学医学部生命科学学院博士生秦瑞奇、博士生杨润泽为共同第一作者；通讯作者为天津大学医学部生命科学学院林志教授和袁文肃副教授。天津大学医学部生命科学学院陈成副教授和新加坡国立大学杨代文教授为此工作提供了大力支持。
原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2510216122
