每一个想法、记忆和感受都依赖于大脑中数万亿个称为突触的微小连接点。尽管科学家已经开发出强大的工具来增加或减少神经活动，但直接重新设计大脑的物理连接（即“连接组编辑”）一直困难得多。
由基础科学研究所（IBS）记忆与胶质科学中心的Sangkyu Lee博士和C. Justin Lee主任领导的团队，与韩国脑研究院（KBRI）的Kea Joo Lee博士合作，开发了一种名为SynTrogo（合成性吞噬作用）的分子工具，实现了这一目标。该研究发表于《自然-通讯》。
方法：模拟天然突触修剪，但实现定向控制
大脑本身就存在一种称为突触修剪的天然机制，由星形胶质细胞（紧密围绕突触的星形胶质细胞）部分执行，用于清除不需要或较弱的连接。当这一过程失调时，与精神分裂症、自闭症谱系障碍和阿尔茨海默病等相关。
SynTrogo首次实现了在特定脑区、不改变神经电活动的情况下，触发这种结构重塑。
分子锁-钥匙机制：
- 神经元端：在目标回路的神经元表面表达一个“标签”（锁）
- 星形胶质细胞端：在附近的星形胶质细胞中表达匹配的结合伴侣（钥匙）
- 作用过程：当两者接触时，星形胶质细胞被诱导“啃咬”神经元的膜和附近的突触材料（一种吞噬作用样过程）
核心发现：突触减少 ≠ 功能减弱
研究团队将SynTrogo应用于海马CA3-CA1回路（哺乳动物大脑中最重要的记忆回路之一）。三周后，目标区域的兴奋性突触数量减少了约27%。
与直觉相反，这种减少并未削弱脑功能，反而增强了它：
| 指标 | 变化 |
|---|---|
| 突触数量 | 减少约27% |
| 剩余突触结构 | 突触前膨大增大、突触小泡数量增加 |
| 信号传递效率 | 显著提高 |
| 长时程增强（LTP） | 显著增强 |
| 近期记忆（2天） | 增强 |
| 远期记忆（23天） | 增强 |
| 认知灵活性（消退学习） | 保留 |
机制：代偿性重塑与“学习就绪”状态
进一步的机制研究揭示：
- 协同性重塑：剩余突触在突触前和突触后两侧均发生了协调性的结构重塑。
- 空间局限且自限：该过程不引起广泛的退行性变。
- 为学习做好准备：在学习前，AMPA受体介导的突触反应降低；但在恐惧条件化后，这些反应恢复至对照水平。这表明，重塑后的回路可能处于一种特别易于发生经验依赖性强化的“学习就绪”状态。
意义：重新定义“更强”的脑回路
“这是首次证明，通过工程化神经元-星形胶质细胞之间的物理相互作用，可以独立于神经元活动直接编辑脑回路。它为‘连接组编辑’打开了可能性，并为研究和重塑神经回路的物理结构提供了一个新平台，”该研究的共同负责人Sangkyu Lee博士表示。
“我们发现，即使突触连接总数减少，大脑也能适应并增强其功能。这为我们理解神经回路如何维持性能提供了新见解，并可能为恢复脑疾病中的认知功能提供线索，”KBRI的Kea Joo Lee博士说。
“这项研究表明，选择性地减少一部分突触，通过促进剩余连接的适应性重塑，反而可以矛盾地增强回路功能。这也为研究和潜在治疗与异常突触数量相关的脑疾病奠定了新策略的基础，”IBS记忆与胶质科学中心主任C. Justin Lee表示。
临床转化潜力
许多神经和精神疾病（自闭症谱系障碍、精神分裂症、阿尔茨海默病、脑损伤）均与异常突触数量或回路组织紊乱相关。SynTrogo提供了一种在活体哺乳动物大脑中以细胞类型特异性方式直接操纵突触连接的方法，为未来的连接组编辑和恢复健康回路功能的治疗策略奠定了基础。