近年來，相分離（Phase separation）驅動的生物分子凝聚體 (Biomolecular condensate) 因在多種生物過程中發揮關鍵作用而廣泛受到關注。凝聚體的粘彈性 (Viscoelasticity) 調控其內部的生化反應的動力學過程，而其異常升高則被認為與神經退行性疾病密切相關。除整體粘彈性外，凝聚體的界面特性的諸多功能，如調控多相凝聚體結構、控制凝聚體生長與尺寸、調控凝聚體與其他細胞組分的相互作用，也日益成為研究焦點。然而，受限于當前技術水平，在生命系統中對凝聚體的材料特性的量化仍面臨巨大挑戰。

突觸前末梢的突觸囊泡簇（SV cluster）是生物分子凝聚體的典型代表，其形成依賴于具有固有無序特性的突觸素（Synapsin）組裝而成【1】。該凝聚體作為反應中心，能夠招募α-突觸核蛋白（α-Synuclein）——后者不僅參與調控突觸囊泡動態調控，更是帕金森等神經退行性疾病額關鍵病理因子。研究表明，突觸素與α-突觸核蛋白的濃度平衡直接決定SV簇的介觀結構有序性。異常的α-突觸核蛋白濃度會破壞SV簇的緊密排布，影響神經遞質傳遞。因此，解析突觸素凝聚體的材料特性及其調控機制，有望為干預神經信號障礙及神經退行性疾病提供新思路。

2025 年 4 月 18 日，美國羅格斯大學師征教授團隊與德國神經退行性疾病中心（DZNE）Dr. Dragomir Milovanovic課題組在Science Advances聯合發表題為

Live?Cell Quantification Reveals Viscoelastic Regulation of Synapsin Condensates by α?Synuclein

該研究是同課題組此前利用顯微吸管抽吸法量化凝聚體粘性和表面張力工作的延續【3】。研究人員通過優化顯微吸管的形態，將其直徑縮小至0.5~1微米，使其能夠對目標凝聚體施加壓力并測量由此產生的形變，從而實現對黏度、彈性模量和界面張力等材料特性的定量分析。 將該方法與全細胞膜片鉗的結合，可在測量過程中同步觀測細胞膜電位的變化，從而確保細胞處于活性狀態。測量結果顯示，凝聚體的形態參數（如球形度）與凝聚體材料特性關聯微弱。盡管多數突觸素凝聚體呈球形，但其粘彈性跨度極大——從允許分子動態交換的低粘度液體，到類似路易小體（Lewy bodies）等病理性聚集體的類固體狀態。相比之下，關鍵調控蛋白（如α-突觸核蛋白）的分子分配能更準確預測凝聚體的材料特性。

圖1. MAPAC示意圖

為闡明細胞水平實驗結果背后的機制，研究人員通過改變突觸素結構和其所處環境，系統研究了體外重構突觸素凝聚體的材料特性。研究發現，僅由突觸素固有無序區（IDR）所形成的凝聚體具有顯著降低的粘度；而α-突觸核蛋白及兩種環境因子（聚乙二醇（PEG）與突觸囊泡（SVs）），則能顯著提升突觸素凝聚體粘度。進一步研究表明，這些調控因子對界面張力的影響呈現分化特征： PEG增加界面張力，SVs降低界面張力，而α-突觸核蛋白的分配則對界面張力無顯著影響。更為重要的是，突觸素/α-突觸核蛋白凝聚體在全胞質提取物保存20小時后，其粘彈性增強幅度超過千倍，表現出明顯的成熟化趨勢。值得注意的是，在去除α-突觸核蛋白后，這一過程顯著延緩，進一步驗證實該蛋白在調控突觸素凝聚體材料特性中的核心作用。

綜上所訴，本研究通過多尺度定量研究，首次揭示了突觸素凝聚體材料特性的動態調控網絡，闡明了細胞通過組分調控策略實現凝聚體粘彈性精密調控的分子邏輯。同時，所構建的MAPAC技術平臺為活細胞中單個凝聚體的精細化測量提供了普適性工具，為深入解析生物分子凝聚體的生理功能及其在病理過程中開辟了新的研究維度。

此項工作由美國羅格斯大學師征教授，龐志平教授，Jean Baum教授，Conor McClenaghan教授與德國神經退行性疾病中心Dragomir Milovanovic教授合作研究，師征教授和Dragomir Milovanovic教授為共同通訊作者，博士生王歡為第一作者。

師征教授課題組研究覆蓋相分離機制和凝聚體物化性質影響因素，膜蛋白對細胞膜力學性質對生物體活動影響機制，長期招聘博士后，歡迎感興趣的朋友聯系。

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原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads7627

制版人： 十一

參考文獻

1. D. Milovanovic, Y. Wu, X. Bian, P. De Camilli, A liquid phase of synapsin and lipid vesicles.Science.361, 604–607 (2018).

2. Wang, H., Hoffmann, C., Tromm, J. V., Su, X., Elliott, J., Wang, H., Deng, M., McClenaghan, C., Baum, J., & Pang, Z. P. (2025). Live-cell quantification reveals viscoelastic regulation of synapsin condensates by α-synuclein.Science Advances, 11(16), eads7627.

3. H. Wang, F. M. Kelley, D. Milovanovic, B. S. Schuster, Z. Shi, Surface tension and viscosity of protein condensates quantified by micropipette aspiration.Biophysical Reports.,100011 (2021).

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