新潟大学脑研究所细胞病态学领域的内ヶ岛基政准教授（兼任该大学研究统括机构研究教授）与三國貴康教授率领的联合研究团队，成功开发出一种名为“单细胞突触组图谱技术”的新方法。该技术能够在单个神经细胞的整体范围内，对视作信息传递节点的突触所具有的“个性”进行可视化与系统性解析。
神经细胞中存在着数千个突触，每个突触都具有不同的特性，例如学习前的弱突触，或学习后被强化的突触等。然而，传统技术难以在保持每个突触详细信息的同时，实现在细胞整体层面的大规模分析。本研究通过整合从分子标记到图像分析的一系列先进技术，首次实现了在单细胞水平上捕捉突触特性的全貌（即“单细胞突触组”）。这一技术有望显著推动我们对学习、记忆等过程中脑内信息处理机制的理解，并深化对发育障碍、痴呆等脑神经疾病中异常突触变化的认识。
【研究成果亮点】
开发出“单细胞突触组图谱技术”，可对单个神经细胞中存在的数千个突触的“个性”进行可视化与解析；
实现了对小鼠大脑神经细胞中内源性分子定位与动态的高精度图谱构建；
为解析神经细胞内部信息处理机制及阐明脑神经疾病病理机制提供重要技术支持。
一、研究背景
在生命科学领域，长期以来已提出并发展了从“整体”角度理解生物系统的研究范式，例如指代生物体内全部基因的“基因组”（genome）、全部蛋白质的“蛋白质组”（proteome）、以及全部初级转录本的“转录组”（transcriptome）等。这些概念通过在希腊语意为“全部、完整”的词尾“-ome”来表示“整体”。
这种从整体角度把握生物复杂现象的研究策略，在脑科学中也日益受到重视。当我们学习新知识或记忆事物时，大脑中负责信息传递的神经细胞连接点——即“突触”——会发生变化。一个神经细胞上存在多达数千个突触，这些突触并非完全相同，而是各具“个性”，例如学习前的弱突触和学习后增强的突触，它们通过不同的分子组成和动态表现出特异性。因此，要准确理解伴随学习、记忆所产生的神经细胞变化，亟需一种能够全面掌握单个细胞内全部突触（即“单细胞突触组”）特性的技术。然而，以往的研究方法难以在保留每个突触详细信息的同时，完成细胞层面的大规模分析。
二、研究概况与成果
在本研究中，研究团队以大脑内单个神经细胞所包含的全部突触为对象，利用基因组编辑技术为特定的内源性突触分子附加了一种称为“化学标签”的特殊标记。随后，通过施加具有不同特性的荧光色素使标记可视化，并借助基于机器学习的半自动分析系统，对数千个突触中的分子表达量进行定量。由此，成功开发出“单细胞突触组图谱技术”，能够对小鼠脑组织中单个神经细胞内最多达6,311个突触的内源性分子定位与动态进行全面解析。
应用该技术，研究团队在单细胞突触组图谱上成功绘制出兴奋性突触信息传递强度的关键指标——细胞表面AMPA型谷氨酸受体密度。通过这一分析，首次实现了在单个细胞内同时定位富含受体的“强化突触”与缺乏受体的“处于学习准备阶段的静默突触”。这两类突触对于理解学习与记忆机制至关重要，但其在单个细胞内的分布此前一直未能明确。此外，研究还揭示了在特定时间窗口内新合成的受体是如何被配置到细胞全体突触中的。尽管已知伴随学习过程新合成的受体对记忆巩固具有重要作用，但这些受体具体被导向哪些突触仍是一个未解之谜。本研究的成果有望为解答这一谜题提供关键线索。
