亲完它就缩着跑？！Science｜我国科学家破解百年神经通信争论

我们的每一次思考、感知和动作，都离不开大脑中神经元之间的 “悄悄话”，而传递这些 “悄悄话” 的关键，就是突触囊泡（SV）。这些微小的 “神经快递员” 会装载神经递质，在动作电位触发下与突触前膜融合、释放内容物，完成神经元间的信号传递。

可几十年来，科学家们一直争论一个关键问题：这些 “快递员” 完成投递后，是短暂 “亲吻” 膜就离开（“即吻即离” 模型），还是彻底融入膜中（“完全坍塌” 模型）？

如今，中国科学技术大学研究团队联合深圳先进技术研究院、美国加州大学洛杉矶分校的研究团队，用一项 “时空双精” 的技术破解了这个难题。他们开发出时间分辨细胞冷冻电子断层扫描（cryo-ET）技术——既能在纳米尺度看清囊泡的 3D 结构，又能以毫秒级精度捕捉动态过程。实验中，研究人员给培养的大鼠海马神经元装上 “光控开关”（转染 ChIEF 通道视紫红质蛋白），用激光触发动作电位后，在 0 到 300 毫秒内精准冷冻突触，最终拍下了 1000 多张完整兴奋性突触的 “高清动态图”。

在突触前的 “活跃区”（神经递质释放的关键区域），研究团队首先发现了两类 “快递员”：直径约 29 纳米的 “小囊泡” 和 41 纳米的 “大囊泡”，它们还能分成七种状态——锚定（大/小）、半融合（大/小）、孔开放（大/小）和 Ω 形（仅小囊泡）。更关键的是，当用药物（CNQX）让神经网络 “休眠” 后，小囊泡数量明显减少；而用破伤风毒素（TeNT）切断 SNARE 蛋白（帮助囊泡与膜融合的 “分子胶水”）后，小囊泡直接消失了，这说明小囊泡的形成离不开正常的神经活动和融合机制。

接下来的 “动态电影” 更令人惊叹：静息时，大囊泡像 “待命快递员” 一样锚在突触前膜上（对接状态）；动作电位触发后 4 毫秒内，它们就变成 “半融合状态”——像轻轻 “亲吻” 了一下膜（预置步骤）；很快，这些 “亲吻” 的地方会形成一个约 4 纳米的 “小通道”（脂质融合孔），孔的两侧还能看到 SNARE 复合物的痕迹，神经递质就是从这个 “通道” 里释放出去的。

更神奇的是，释放完的大囊泡会迅速 “瘦身”，表面积缩到原来的一半，变成小囊泡；到 70 毫秒时，大部分 “瘦身” 后的小囊泡会从膜上脱离（“跑离” 步骤），只有少数会彻底融入膜中；100 毫秒后，“跑离” 的小囊泡会移到囊泡簇的外围，而之前被撑开的突触前膜，则通过 “超速内吞作用” 快速回收。整个过程像一套精密的 “纳米级流水线”。

这套“亲完收缩就跑（kiss-shrink-run）” 的机制，终于给百年争论画上了句号：它既不是简单的 “即吻即离”，也不是完全的 “坍塌融入”，而是结合了两者的优势 ——“亲吻” 释放递质保证效率，“收缩跑离” 快速回收囊泡，同时少数 “坍塌” 的囊泡还能通过内吞补充膜结构。这也解释了为什么大脑神经信号传递又快又准：一个动作电位触发后，4 毫秒就能启动释放，70 毫秒完成囊泡回收，100 毫秒修复膜结构，让 “快递员” 能快速循环，支持高频的神经通信。

更重要的是，研究团队开发的这套技术，还为脑科学研究提供了新工具！ 今后可以用它观察不同疾病状态下突触囊泡的变化，比如阿尔茨海默病、帕金森病患者的神经传递是否出了 “快递故障”。正如团队在论文中所说，这套方法为 “在纳米尺度和毫秒精度下研究细胞内的膜动态和分子互动” 打开了新思路。

参考文献：

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 | 梅斯医学

编辑 | 阿拉斯加宝

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