递质小泡的胞外排

可以这样说，杜布瓦-雷蒙（E. du Bois-Reymond，1818—1896）以他的两个发现开启了现代神经科学，一是动作电位，二是神经-肌肉接头部位的化学突触传递。在他以后100年，卡茨（B. Katz，1911—2003）的工作也在神经-肌肉接头方面。后者在1969年的工作建立了突触传递的基本传导通路，这个通路是：动作电位到达突触前神经末梢，门控钙通道开放，于是内流的钙离子触发了融合突触小泡的胞外排。小泡内含有神经递质，释放出来的神经递质成为对于突触后的信号。卡茨的工作与P. Palade的形态学研究交相辉映。卡茨研究了小泡运输，而且做了一系列电生理实验，这些实验以非常精确的方式特征化了突触传递的过程。卡茨的研究表明，钙以高度协调的方式，在数百微秒时间内触发小泡的胞外排，这个时间并不比电压门控离子通道的打开慢多少。也就是说，离子通道一打开，反应立即就来了。然而，是什么样的分子机制使胞外排来得如此迅速，仍然是一个谜。一直要等到分子生物学允许我们做小泡融合以及钙调控的机制性分析，这个问题才开始得到阐明［11］。

①小泡如何融合。这个普遍性问题超越了神经生物学。小泡运输问题在细胞生物学里面也是重要的，膜融合是真核细胞的一个普遍过程［11］。

②钙如何引导快速膜融合。这个问题对于了解突触传递是关键性的，也与其他类型钙调节的胞外排有关，例如激素分泌、肥大细胞的胞外排、卵细胞的胞外排等。但突触小泡显示了不同的特征，突触传递不是一个数字式的“全或无”事件，而是一个可塑性事件。因此，了解钙如何调节小泡释放，涉及神经回路是如何操作的问题［11］。

③钙内流及小泡锚定到突触前释放位点这两者如何协调。为了钙触发释放而预处理的小泡，如何在毫秒级时间内共定位于钙通道？只有它们紧密地靠拢，并靠近释放位置，才能够有这样精确的耦合，使得动作电位引起小泡的释放［11］。

这3个问题是在分子水平了解突触传递的核心问题。现在已有一个可以信得过的框架来回答这3个问题，当然还有许多其他问题等待进一步的解决［11］。

突触传递的问题很多。例如，“立即可释放池”、“突触前入坞位点”和“活动带”等，都是突触传递的重点话题，文献上有很多新材料出现。比如有人认为，突触前活动带的大小与释放突触小泡的数量多少有关［12］；突触前活动带是一个蛋白质脚手架，它包括RIM、ELKS、Munc13、Bassoon/Piccolo和RIM-BP等蛋白质；当RIM、ELKS被剔除以后，Munc13、Bassoon/Piccolo和RIM-BP也随之消失，活动带被破坏。不过，活动带虽遭破坏，突触小泡数和突触后致密（PSD）未有改变。这说明，活动带的破坏导致突触小泡入坞（docking）的丧失和小泡释放概率的降低，但能够进行融合的小泡还是保持存在的［13］。突触前入坞位点的功能意义如何，仍是一个不甚清楚的问题。C. Pulido等用单个GABA突触的实验演示，各个单突触的入坞位点数目是可以有变动的；入坞位点又是可以受调制的，如在突触阻遏时和去极化前脉冲（prepulse）的情况下［14］；在突触小泡释放的传统理论中，有所谓“立即可释放池”的假设，当时把“立即可释放池”中的小泡看成是均匀的。但是近来关于活动带的超微结构分析表明，活动带的周围有成簇的电压门控Ca2+通道，这种Ca2+通道簇的大小和形状都是可变的；而那些准备释放的突触小泡应该在Ca2+通道簇的周围，离开它有一定的距离［15］。对以上这些，本章不拟展开讨论。

我们将首先作一个有关释放机器的简单、普遍的描述，然后比较详细地讨论一些经过选择的、许多人可能感兴趣的问题。由于篇幅限制，并不企图对此领域进行全面论述。本章的讨论将聚焦在生理学研究方面［11］。

近10年来的突触研究已经接触到突触小泡胞外排机制的深层次。动作电位到来，钙进入突触前末梢，触发突触小泡的胞外排和神经递质的释放，其间所需时间不足1 ms。钙内流刺激为什么能够如此快速而准确地引起递质释放？过去几十年来的工作表明，钙与突触结合蛋白（synaptotagmin）的结合使之结合于释放分子机器的轴心融合部分，包括介导膜融合的SNARE和SM蛋白。胞外排时，复合蛋白（complexin）通过激活并钳制此轴心融合机器，来帮助突触结合蛋白。含有突触结合蛋白的突触小泡，依靠含有RIM蛋白的一个蛋白质复合体而定位在活动带，这里是小泡融合的位置。RIM蛋白激活了突触小泡的锚定及预处理，同时募集钙通道来到活动带，这样就把经过复合蛋白复合体预处理的突触小泡拉拢到钙通道附近。这种构筑方式使得通过钙通道直接流入的钙到达突触结合蛋白，后者触发融合，介导了一个时间非常紧凑的、毫秒级别的耦合，把动作电位耦合到神经递质的释放［11］。