着衣又去衣，这是胞吞的仪式
2020/5/13 7:46:30 生物流BioStream

     细胞吞食外物的场景并非乱一片狼藉，相反，这一过程中礼节多多，仪式感满满。

     细胞会先给食物的容器包裹上一件华丽精致的外衣，之后，再将外衣退去。

    

     华丽的外衣

     这一切都发生在名为胞吞的生理过程之中。

     胞吞

     胞吞是细胞获取外界物质的一种重要方式，同时也是病毒感染细胞的途径之一。

     胞吞之初，细胞膜表面会向里凹陷，形成小窝；随后，小窝逐渐变大，细胞膜被穿上网格蛋白的外衣；待囊泡成熟，它与母体膜相连的脖子会被掐断；最后，囊泡脱去网格蛋白的外衣，与细胞内的溶酶体融合，在溶酶体的参与下，囊泡内容物最终脱离囊泡进入细胞。

    

     胞吞

     着装发生在囊泡形成过程中

     细胞的“食物”，例如生物大分子，首先跟细胞膜上特定的受体结合，然后通过胞吞作用进入细胞。

     某些病毒感染细胞也是通过膜受体介导的胞吞。结合病毒的膜受体专职介导胞吞，本身有其特定的生理功能。病毒通过不断地变异进化，也能够结合细胞膜上受体蛋白，进而通过胞吞进入细胞，感染细胞。

     例如近期世界大流行的COVID-19冠状病毒，它的受体是ACE2，ACE2本身是体内激素血管紧张素的内源受体。冠状病毒也可与之结合，结合后会引发胞吞，从而感染人体细胞。

    

     新冠病毒(COVID-19，SARS-CoV-2)通过和受体ACE2结合，引发胞吞，进而进入细胞

     引发胞吞的受体蛋白胞内端，通常会有可以跟AP2蛋白结合的结构域。AP2，名为适配器蛋白(Adapter protein 2)，顾名思义，像装接头一样，专门用来适配不同蛋白的结合。AP2蛋白有两种适配功能。

     其一，AP2会携带细胞的食物奔向囊泡起始位点。在之前的文章中，我们了解到，囊泡起始时，香蕉一样的蛋白(FCHO1/2)首先结合到细胞膜上，拉起细胞膜。

     (具体请看：人类如何发现地球是圆的，细胞蛋白又是如何发现细胞膜是弯的？)

     FCHO1/2蛋白能够募集EPS15蛋白，而EPS15蛋白又可将AP2蛋白召唤来。细胞的食物也便随着AP2一同游走至囊泡起始处。

     AP2蛋白的第二个功能就是给囊泡“穿衣”。AP2会把囊泡的“外衣”网格蛋白(Clathrin)招募过来，最终给囊泡装配出一件华丽的外衣。

    

     囊泡形成过程中AP2是网格蛋白和膜之间的媒介

     网格蛋白由一条重链和一条轻链组成，三个网格蛋白组装在一起，会形成一个三脚架结构。三脚架相互镶嵌形成晶格，将囊泡包裹其中。囊泡就像钻进了一个笼子中。

    

     网格蛋白

     细胞膜不惜耗费巨大的人力物力，为包裹食物的囊泡穿上了华丽的外衣。接下来，让我们来一睹这件外衣的风采。

     华丽的外衣

     五十多年前，科学家利用电镜，首次在蚊子卵细胞中观察到一种网格状结构。1975年，英国生物学家Barbara Pearse首次纯化出这一蛋白，并命名为Clathrin，网格蛋白。

     电镜图中，网格蛋白形成的晶格，既有五边形，又有六边形。这些六边形和五边形共同组成一个紧密结实的笼形结构。

    

     网格蛋白的结构和在电镜下观察到的晶格

     细胞为什么要给囊泡构筑一个如此华丽的牢笼呢？

     原来，细胞膜的磷脂双分子层结构无法自发弯曲，膜的弯曲，以及弯曲后曲率的维持都需要外部力量。而网格蛋白构建的牢笼可以稳稳地维持住囊泡的形状，减少囊泡形成过程中的不稳定因素。

    

     网格蛋白包裹囊泡

     而当囊泡脱离细胞膜进入细胞质后，又需要脱去这华丽的外壳，以释放囊中的“食物”。

     脱壳去衣

     脱壳过程要从囊泡根部的吞蛋白(Endophilin)说起。

     吞蛋白是BAR蛋白家族成员，可以维持囊泡的曲率。(参见：人类如何发现地球是圆的，细胞蛋白又是如何发现细胞膜是弯的？)

     吞蛋白可以招募一种名为突触素(Synaptojanin)的蛋白，突触素蛋白就是囊泡的脱衣使者。

    

     吞蛋白招来突触素，使囊泡脱去外衣

     我们知道，在穿衣的过程中，外衣网格蛋白是通过AP2蛋白结合到囊泡膜上去的，而AP2蛋白和囊泡膜之所以能稳定结合，全依赖于囊泡膜上磷酸化的磷脂酰肌醇。脱衣使者突触素蛋白正是利用了这一关键点，它脱去磷脂酰肌醇的磷酸化集团，破坏AP2蛋白与细胞膜的结合，从而摧毁了网格蛋白和囊泡膜结合的根基。

    

     突触素Synaptojanin使细胞膜上的磷脂酰肌醇去磷酸化，进而使网格蛋白脱离

     如此一来，网格蛋白便在囊泡外自然脱落，脱落的外壳会进一步分崩析离、土崩瓦解，网格蛋白解聚成单体重新回到细胞质之中。囊泡的脱壳去衣至此完成。之后，囊泡在溶酶体的参与下，释放内容物。

    

     突触素Synaptojanin介导囊泡脱去网格蛋白的外衣

     总结

     AP2蛋白携带着细胞的食物，结合到FCHO1/2蛋白处。FCHO1/2蛋白将膜拉起，起始囊泡的形成。在此过程中，AP2蛋白不停地招揽网格蛋白，聚集而来的网格蛋白形成网笼结构包裹囊泡，稳定囊泡的结构。囊泡便穿上了华丽的网格蛋白外衣。

     脱壳去衣时，囊泡根部的吞蛋白招来突触素蛋白，突触素蛋白通过去磷酸化作用，使外衣网格蛋白脱离囊泡。

     细胞吞食东西的过程貌似简单，却需要多个蛋白共同参与，协同工作，形成如流水线一般的内吞分子机器。

     着衣又去衣的过程着实繁琐，且缓慢。其实，细胞中存在另一种非常迅速的内吞，不需要网格蛋白的参与。例如，在神经肌肉接头，当运动神经远接收到密集的刺激时，囊泡会带着神经递质会快速释放出去。为了快速回收胞吐消耗掉的膜，神经元会启动无外衣的快速胞吞机制，使膜资源不会被迅速耗竭，从而保留神经元应对后续刺激的能力。

     此外，当网格蛋白介导的内吞作用发生故障时，无外衣的直接内吞可以作为网格蛋白介导内吞的一种补偿机制存在。

     (生物流系头条号签约作者)

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