长期以来，我们的大脑形成和储存记忆的非凡能力一直吸引着科学家，但记忆和学习过程背后的大多数微观机制仍然是一个谜。最近的研究指出了发生在突触后密度的生化反应的重要性，突触后密度是神经元连接和交流的专门区域。这些脑细胞之间的微小连接现在被认为是蛋白质以特定方式组织以促进学习和记忆形成的关键位置。

更具体地说，2021年的一项研究表明，与记忆相关的蛋白质可以结合在一起，形成突触后密度的液滴状结构。让这些结构特别有趣的是它们独特的“滴中滴”组织，科学家们认为这可能是我们的大脑如何创造持久记忆的基础。然而，准确地理解这种复杂的蛋白质排列是如何以及为什么形成的，仍然是神经科学中的一个重大挑战。

在此背景下，来自日本藤田健康大学国际脑科学中心（ICBS）的Vikas Pandey研究员领导的研究小组开发了一种创新的计算模型，可以重现这些复杂的蛋白质结构。他们的论文于2025年4月7日在线发表在《Cell Reports》上，探讨了多层蛋白质凝聚物形成背后的机制。该研究由京都大学医学院药学系的Tomohisa Hosokawa博士和Yasunori Hayashi博士以及藤田卫生大学ICBS的Hidetoshi Urakubo博士共同撰写。

研究人员专注于在突触中发现的四种蛋白质，特别关注Ca 2 + /钙调素依赖性蛋白激酶II （CaMKII）——一种在突触后密度中特别丰富的蛋白质。利用计算建模技术，他们模拟了这些蛋白质在不同条件下如何相互作用和自我组织。他们的模型成功地再现了在早期实验中观察到的上述“滴中滴”结构的形成。通过对所涉及的物理力和化学相互作用的模拟和详细分析，研究小组揭示了一个称为液-液相分离（LLPS）的过程；它涉及蛋白质自发组织成没有膜的凝聚体，有时类似于细胞内的细胞器。

至关重要的是，研究人员发现，独特的“滴内滴”结构是蛋白质之间竞争结合的结果，并受到CaMKII形状的显著影响，特别是其高价位（结合位点的数量）和短连接体长度。CaMKII的这些与形状相关的特性导致了低表面张力和缓慢的扩散，使蛋白质凝聚物在较长时间内保持稳定。这种稳定性使得下游信号通路的持续激活是突触可塑性所必需的，突触可塑性是学习和记忆的细胞基础。“我们的研究结果揭示了CaMKII作为突触记忆单元的新结构-功能关系。这是第一个系统的、机制的研究，研究了蛋白质调节的多相凝聚物的不同结构，”Pandey博士强调说。

这些发现可以为更好地理解人类记忆形成的可能机制铺平道路。然而，这项研究的长期影响远远超出了基础神经科学。

突触形成缺陷与许多神经和精神健康状况有关，包括精神分裂症、自闭症谱系障碍、唐氏综合征和Rett综合征。“总的来说，本研究中开发的计算模型可以作为研究这些疾病的重要平台，可能会导致新的诊断工具和治疗方法，”Pandey博士解释说。

让我们期待科学家们继续揭开记忆如何在分子水平上形成的奥秘，引导我们更彻底地理解大脑最基本、最复杂的功能之一。