親完它就縮著跑？！Science｜我國科學家破解百年神經通信爭論

我們的每一次思考、感知和動作，都離不開大腦中神經元之間的 “悄悄話”，而傳遞這些 “悄悄話” 的關鍵，就是突觸囊泡（SV）。這些微小的 “神經快遞員” 會裝載神經遞質，在動作電位觸發下與突觸前膜融合、釋放內容物，完成神經元間的信號傳遞。

可幾十年來，科學家們一直爭論一個關鍵問題：這些 “快遞員” 完成投遞后，是短暫 “親吻” 膜就離開（“即吻即離” 模型），還是徹底融入膜中（“完全坍塌” 模型）？

如今，中國科學技術大學研究團隊聯合深圳先進技術研究院、美國加州大學洛杉磯分校的研究團隊，用一項 “時空雙精” 的技術破解了這個難題。他們開發出時間分辨細胞冷凍電子斷層掃描（cryo-ET）技術——既能在納米尺度看清囊泡的 3D 結構，又能以毫秒級精度捕捉動態過程。實驗中，研究人員給培養的大鼠海馬神經元裝上 “光控開關”（轉染 ChIEF 通道視紫紅質蛋白），用激光觸發動作電位后，在 0 到 300 毫秒內精準冷凍突觸，最終拍下了 1000 多張完整興奮性突觸的 “高清動態圖”。

在突觸前的 “活躍區”（神經遞質釋放的關鍵區域），研究團隊首先發現了兩類 “快遞員”：直徑約 29 納米的 “小囊泡” 和 41 納米的 “大囊泡”，它們還能分成七種狀態——錨定（大/?。?、半融合（大/小）、孔開放（大/小）和 Ω 形（僅小囊泡）。更關鍵的是，當用藥物（CNQX）讓神經網絡 “休眠” 后，小囊泡數量明顯減少；而用破傷風毒素（TeNT）切斷 SNARE 蛋白（幫助囊泡與膜融合的 “分子膠水”）后，小囊泡直接消失了，這說明小囊泡的形成離不開正常的神經活動和融合機制。

接下來的 “動態電影” 更令人驚嘆：靜息時，大囊泡像 “待命快遞員” 一樣錨在突觸前膜上（對接狀態）；動作電位觸發后 4 毫秒內，它們就變成 “半融合狀態”——像輕輕 “親吻” 了一下膜（預置步驟）；很快，這些 “親吻” 的地方會形成一個約 4 納米的 “小通道”（脂質融合孔），孔的兩側還能看到 SNARE 復合物的痕跡，神經遞質就是從這個 “通道” 里釋放出去的。

更神奇的是，釋放完的大囊泡會迅速 “瘦身”，表面積縮到原來的一半，變成小囊泡；到 70 毫秒時，大部分 “瘦身” 后的小囊泡會從膜上脫離（“跑離” 步驟），只有少數會徹底融入膜中；100 毫秒后，“跑離” 的小囊泡會移到囊泡簇的外圍，而之前被撐開的突觸前膜，則通過 “超速內吞作用” 快速回收。整個過程像一套精密的 “納米級流水線”。

這套“親完收縮就跑（kiss-shrink-run）” 的機制，終于給百年爭論畫上了句號：它既不是簡單的 “即吻即離”，也不是完全的 “坍塌融入”，而是結合了兩者的優勢 ——“親吻” 釋放遞質保證效率，“收縮跑離” 快速回收囊泡，同時少數 “坍塌” 的囊泡還能通過內吞補充膜結構。這也解釋了為什么大腦神經信號傳遞又快又準：一個動作電位觸發后，4 毫秒就能啟動釋放，70 毫秒完成囊泡回收，100 毫秒修復膜結構，讓 “快遞員” 能快速循環，支持高頻的神經通信。

更重要的是，研究團隊開發的這套技術，還為腦科學研究提供了新工具！ 今后可以用它觀察不同疾病狀態下突觸囊泡的變化，比如阿爾茨海默病、帕金森病患者的神經傳遞是否出了 “快遞故障”。正如團隊在論文中所說，這套方法為 “在納米尺度和毫秒精度下研究細胞內的膜動態和分子互動” 打開了新思路。

參考文獻：

Chang-Lu Tao et al, "Kiss-shrink-run" unifies mechanisms for synaptic vesicle exocytosis and hyperfast recycling, Science (2025). DOI: 10.1126/science.ads7954.

撰文 | 梅斯醫學

編輯 | 阿拉斯加寶

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