《科学》重磅：破解50年谜题！中国科学家揭示神经元“对话”的关键过程
学术经纬约 3 分钟我们的大脑如何思考、记忆与感受？这一切都源于神经元之间以毫秒级速度进行的精准“对话”。作为这场对话的核心信使，突触囊泡如何释放神经递质，是神经科学领域最基础、也最富争议的难题之一。
半个世纪以来，科学界一直为此争论不休，并形成了两大主流假说：主张囊泡完全并入细胞膜的“全融合”理论，以及认为囊泡短暂“亲吻”膜表面后便快速脱离的“亲吻-逃逸”理论。由于该过程发生在毫秒与纳米尺度，传统技术难以直接观测，使得这场争论持续了50年之久。
如今，中国科学技术大学领衔的科研团队成功破解了这一难题。一项发表于《科学》的研究，首次直接捕捉并解析了神经递质释放的完整动态过程，提出了全新的“亲吻-收缩-逃逸/融合”模型，一举统一了长期对立的两种理论。
为解开这一谜题，研究团队开创性地将光遗传学刺激与高速冷冻技术相结合。他们在神经元中表达光敏蛋白，通过光刺激精准触发动作电位，并在刺激后的不同时间间隔（4-300毫秒）内的特定时刻，将细胞瞬间冷冻固定，完美“定格”突触囊泡的瞬时状态。
借助团队自主研发的三维重构软件IsoNet及冷冻电镜断层扫描技术，研究人员成功获取了上千套高分辨率突触三维图像，首次清晰观测到一类直径约29纳米的“小囊泡”，这为揭示全新机制提供了关键线索。
通过分析海量数据，团队重构出囊泡释放的完整时序图景：在光刺激后4毫秒内，囊泡首先与突触前膜形成约4纳米的融合孔，进入“亲吻”阶段并开始释放递质。随后囊泡并未直接离开或坍塌，而是收缩至表面积仅剩一半的小型囊泡，这一既往未被发现的“收缩”阶段成为连接两种传统理论的关键桥梁。至70毫秒时，大部分收缩囊泡通过“逃逸”途径脱离突触前膜表面并被循环利用，其余囊泡则与突触前膜发生"全坍塌"式完全融合。这种动态机制解释了神经传递的高效性与可塑性的结构基础。
▲研究示意图（图片来源：参考资料[1]）
这项研究彻底更新了我们对突触囊泡释放机制的传统理解，证明其并非简单的“全融合”或“吻-逃逸”二元选择，而是一个包含关键收缩阶段的复合动态过程。研究所提出的“亲吻-收缩-逃逸/融合”新模型不仅终结了长期学术争议，更为理解学习记忆、神经可塑性及相关脑疾病的机制提供了全新结构生物学基础。不仅如此，团队开发的毫秒级时间分辨原位冷冻电镜成像技术，建立了在近生理状态下研究细胞原位动态过程的新范式，这一技术突破预计将对生命科学多个领域产生深远影响。中国科大与深圳先进院双聘毕国强教授和刘北明教授、中国科大陶长路特任副研究员、美国加州大学洛杉矶分校周正洪教授为本论文的共同通讯作者。
参考资料：
[1] Chang-Lu Tao et al. ,“Kiss-shrink-run” unifies mechanisms for synaptic vesicle exocytosis and hyperfast recycling.Science390,eads7954(2025).DOI:10.1126/science.ads7954
[2] USTC scientists uncover mystery of neurotransmission with time-resolved cryo-ET. Retrieved October 17, 2025 from https://www.eurekalert.org/news-releases/1101994
[3] Cryo-ET Reveals “Kiss-Shrink-Run” Neurotransmission Mechanism. Retrieved October 17, 2025 from https://www.genengnews.com/topics/translational-medicine/cryo-et-reveals-kiss-shrink-run-neurotransmission-mechanism/
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