是窃窃私语？还是高声呐喊？——突触囊泡库
2020/5/15 0:26:28 生物流BioStream

     人是靠脑子活着的，这话一点都不假。我们日常生活中的各种活动，包括吃饭、睡觉、运动、思考、说话，都离不开神经递质传递。神经递质的传递依靠大脑内的神经元来实现。人类活动的本质，即大脑中神经元之间的交流活动。

    

     突触

     神经元之间的交流，使用的一种结构叫做突触。什么是突触？突触就是神经元之间发生对话的地方。一个神经元说，另一个神经元听。对话的信息是神经递质(下图中的黄色点)，包裹在囊泡(下图中的红色小球)中。说话的神经元叫做突触前神经元，倾听的神经元叫做突触后神经元。突触前神经元将信息释放到两个神经元之间，突触后神经元通过自己的受体接收到信号。由于释放的神经递质是化学物质，比如多巴胺、五羟色胺、肽类等，这种突触也叫做化学突触。

    

     突触

     在化学突触中，神经元的交流已经达到了一种高度特化的状态。有些神经元在小声地“窃窃私语”，有些神经元却在费力地“高声呐喊”。突触“喊”得越响，传递的信息就越强烈，需要释放的囊泡也就越多。

    

     "窃窃私语"只需要几百个突触囊泡就够了，而“高声呐喊”则需要上百万个突触囊泡的参与。如果是一个典型的突触结构，在静息状态时，少部分的囊泡会附着在突触前膜的“活动区”，剩下大部分的囊泡会驻留在相邻的地方，离“活动区”比较远。

    

     少量囊泡聚集在活动区，大部分囊泡距离活动区较远

     除了少量囊泡附着在突触前膜的“活动区”以外，大部分囊泡在电镜下看起来几乎没有差别。但是，所谓“眼见不一定为实”，几十年来的科学研究发现，尽管看起来相同，但这些囊泡却有着不同的特征。

     囊泡的非均一性

     在1995年，位于美国纽约的Greengard实验室发现，在七鳃鳗的神经元中，大部分的囊泡表达一个蛋白Synapsin，而小部分囊泡不表达这个蛋白。如果把Synapsin看成抗原，我们知道，加入Synapsin的抗体，就会发生抗原-抗体沉淀反应从而将表达Synapsin的囊泡去除掉。于是，他们将Synapsin的抗体注射到突触前，从而去掉大部分的囊泡，而另外一小部分囊泡不受影响。

    

     注射Synapsin抗体能够去掉大部分、剩余一小部分囊泡

     研究发现，去掉大部分囊泡后，高频电刺激(18赫兹)记录到的突触后反应显著减小，这就说明，当细胞接受高频率的刺激时，会用到表达Synapsin蛋白的这群囊泡。

     换句话说，受到高频刺激的细胞想要“高声呐喊”，然而，由于没有充足的囊泡，细胞“喊”的声音不够响亮，后面的细胞也就听不见多少声音。

    

     注射Synapsin的抗体去掉大部分囊泡，影响高频刺激的反应

     与高频刺激不同的是，去掉大部分囊泡后，低频电刺激(0.2赫兹)记录到的突触后反应不变。这说明，当细胞接受低频刺激时，剩余的小部分囊泡就足够了，不需要用到表达Synapsin蛋白的这群囊泡。

     也就是说，接受低频刺激的细胞只需要“窃窃私语”一番，剩余的少量聚集在活动区的囊泡就已足够，后面的细胞能够听到完整的信息，无需动用大批量的囊泡。

    

     注射Synapsin的抗体去掉大部分囊泡，不影响低频刺激的反应

     结合生理功能和分子机制，科学家将这些看起来相同的囊泡分成了多种类别，称为“库”。

     类似不同的“仓库”储存着不同的囊泡，科学家们给所谓的“仓库”起了多种不同的名字，让人感觉本就没有研究清楚的所谓囊泡“库”的概念，显得更加扑朔迷离。

     三个囊泡仓库

     为了简单起见，我们介绍三类囊泡“库”，分别是可释放库、回收库和储备库。

    

     三类囊泡库

     “可释放库”，一刺激立刻就能释放，释放时间小于1秒。这个囊泡库驻留在“活动区”，虽然只占总囊泡量的~1%，但是能够迅速应对低频刺激。像战争中的冲锋队，迅速冲杀向前。

     “回收库”，释放时间是几秒的样子，占总囊泡量的~10-15%。“回收库”可以通过胞吞的方式回收囊泡，从而进行囊泡库的补充。此外，“回收库”也可以补充囊泡到“可释放库”。有人曾用青蛙的神经肌肉接头做实验，发现如果将“回收库”的囊泡完全消耗掉，突触就会动用“储备库”来释放囊泡。同样，在果蝇的神经肌肉接头中，有人通过基因突变的方式，抑制“回收库”的功能，使其不能释放。在这种情况下，突触也会动用“储备库”来释放囊泡。

     “储备库”，反应慢，释放时间几十秒甚至几分钟，能够应对长时间持续刺激，占总囊泡的~80-90%。一般的生理刺激基本不会触发“储备库”。“储备库”像是聚集在广场的群众，高声呐喊，声势浩大，但一般情况下不太会出现。目前对如何触发“储备库”的研究仍需进一步的探索。

     囊泡分子标签

     传统观点是将囊泡的功能归因于它们在突触活动区周围的分布情况。换句话讲，囊泡本身没有太大差别，只不过看它们是否有机会进入“活动区”，来决定能否释放递质。

    

     但是，随着研究的进行，新的模型认为，囊泡分类更重要的是依据其分子特征上的差别。因此，在突触前膜的“活动区”，带有不同分子标签的囊泡各显神通，影响不同的释放方式。囊泡的释放方式也就并非简单的一种，而是包括自发释放和刺激释放，刺激释放又包括刺激后的同步释放和非同步释放。对释放方式的机制研究在该领域内仍然进行的如火如荼。

    

     不同的释放方式下，囊泡上表达的蛋白(如v-SNARE复合体)不同。例如，表达经典的Syb2的囊泡介导刺激后的同步释放，而表达VAMP4的囊泡介导刺激后的非同步释放，表达Vti1a或VAMP7的囊泡介导自发释放。由于囊泡自身所带的标签(蛋白分子)不同，它们发挥功能时能够结合的合作伙伴也必然有所不同。因此，用分子特征来分类，更能代表不同囊泡的功能特征。

     总结

     突触囊泡是神经元释放神经递质的主要载体，能够调控神经元之间的交流方式。或喃喃细语，或大喊大叫，细胞通过动用不同类群的囊泡库，达到语言交流的目的。

     刺激到来时，“可释放库”能够即刻释放囊泡，“回收库”反应较慢，“储备库”基本不太会对正常的生理刺激产生反应。用囊泡上面表达的分子特征，能够更好的分类囊泡，研究其在参与自发或非自发突触活动中的功能。

     囊泡释放后，细胞还需要将失去的囊泡回收回来，不同囊泡库的回收机制也是该领域研究的热点。

     (生物流系头条号签约作者)

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