科技日報訊 （記者羅云鵬 吳長鋒）11月1日，記者從中國科學技術大學獲悉，該校與中國科學院深圳先進技術研究院雙聘教授畢國強、該校教授劉北明、該校特任副研究員陶長路團隊等，通過自主研發的毫秒級時間分辨原位冷凍電鏡成像技術，破解了神經信息傳遞過程中，突觸囊泡釋放與快速回收的完整生物物理過程，并提出“親吻—收縮—逃逸/融合”模型。該成果統一了半個世紀以來學界關于突觸囊泡釋放與回收機制的兩個爭議模型，為理解神經信號傳遞、神經可塑性及相關腦疾病機理提供全新視角。相關研究成果發表在學術期刊《科學》上。

為“看清”突觸囊泡傳遞信息的動態過程，研究團隊將光遺傳學刺激與投入式冷凍技術進行耦合，開發出毫秒級時間分辨的冷凍電鏡制樣技術，通過光刺激誘導神經元傳遞電信號，在信號發出后的4—300毫秒之間的不同瞬間，對細胞進行快速冷凍“定格”，精準捕捉囊泡釋放的瞬時狀態，并由此獲得上千套高分辨率的神經突觸三維重構數據。在進一步結合圖像處理技術中，研究團隊清晰地觀察到囊泡與細胞膜的半融合結構、兩者之間形成的狹小融合孔，以及介導兩者融合的蛋白復合物，同時分析出不同形態的突觸囊泡數量隨時間的變化規律。

基于此，研究團隊清晰地揭示出突觸囊泡釋放與快速回收的完整過程，并提出“親吻—收縮—逃逸/融合”全新的理論模型：當神經信號到達囊泡后4毫秒內，裝載著神經遞質的囊泡先與突觸前膜“親吻”形成約4納米的融合孔；隨后，囊泡發生快速收縮，其表面積減半，變成小囊泡；最終，大部分小囊泡在70毫秒內開始以“逃逸”方式離開，少部分則與突觸前膜“全融合”。

據悉，該研究也為深入理解神經信號傳遞、突觸可塑性以及阿爾茨海默病、帕金森病等腦疾病發病機理研究提供了新視角。此外，科研團隊開發的毫秒級時間分辨原位冷凍電鏡成像等創新技術，有望為研究細胞內其他動態過程如病毒感染、藥物作用等提供新的技術手段。