《阿里巴巴與四十大盜》是《天方夜譚》裡一個著名的童話故事。故事中，阿里巴巴喊一聲“芝麻開門”，打開了四十大盜的藏寶山洞。
芝麻開門
而在我們人體的細胞裡，也有無數的寶藏，這些藏寶棲身的山洞其實就是囊泡。囊泡位於細胞內部，其中的寶藏可以是神經遞質多巴胺、乙酰膽鹼，也可以是胰島素、大麻素，還可以是肽類、氨基酸等，這些都與人類正常的生命活動息息相關。
囊泡
像搬磚一樣搬運寶藏——肌球蛋白
囊泡內的寶藏需要釋放到細胞外才能發揮作用，因此囊泡的運輸就成了細胞最基本生理活動之一。這一過程消耗的能量，主要是由細胞內的ATP酶肌球蛋白提供的。下圖中彎腰搬磚，哦不對，是搬囊泡的“小人”就是肌球蛋白了。肌球蛋白能扛著囊泡，沿細胞內的纖維絲行走，將囊泡搬運至細胞膜表面。
肌球蛋白沿著纖維絲搬運囊泡
囊泡運輸
囊泡在細胞內像一個籃球，結構封閉，沒有開口。當囊泡運輸到細胞膜後，如何將其內部的寶藏釋放到細胞膜外呢？是誰在關鍵時刻喊出了類似“芝麻開門”的咒語，打開了囊泡和細胞膜之間的融合孔洞呢？
“芝麻開門”咒語的藥引——鈣離子
研究發現，是鈣離子吹響了衝鋒的號角，最終打開了囊泡與細胞膜融合孔的開關。
例如，在神經元中，當動作電位來臨，鈣離子通過電壓門控鈣通道進入細胞質中，誘導位於突觸前膜的突觸小泡與細胞膜融合，釋放神經遞質到突觸間隙中。
鈣離子誘導神經遞質釋放
同樣的，在胰島β細胞中，在細胞膜發生去極化時，鈣離子通過電壓門控鈣通道進入細胞質中，誘導包裹胰島素的囊泡與細胞膜融合，從而將胰島素釋放到細胞外，發揮調節血糖的功能。
鈣離子作為一個結構超級簡單的二價陽離子，是怎樣執行如此複雜的功能呢？原來，這要歸功於細胞內的兩個分子機關，一個叫突觸結合蛋白（Synaptotagmin），另一個叫核心蛋白複合體（SNAREs）。正是利用這兩個機關，鈣離子才能夠運用神奇的“咒語”，開啟囊泡內的寶藏。
囊泡錨定細胞膜——突觸結合蛋白
當囊泡運輸到細胞膜附近時，下一步需要鈣離子開啟。例如，在神經末梢，鈣離子的富集主要由動作電位誘發。動作電位可以打開神經末梢上的鈣離子通道，使得膜外的鈣離子湧入神經末梢內部。
囊泡上的突觸結合蛋白是鈣離子感受器，它擁有C2A和C2B兩個結構域，專門負責鈣離子的感受。
突觸結合蛋白跟鈣離子結合後，錨定在細胞膜上
突觸結合蛋白和鈣離子結合後，構象會發生變化，擁有了跟細胞膜上的一種蛋白結合的能力。細胞膜上的這種蛋白好似岸上的錨，而突觸結合蛋白就像繩索，將船一樣漂浮於大海中的囊泡，穩穩停靠在細胞膜附近。
船停靠在岸邊
此時，囊泡和細胞膜仍有一定的距離，囊泡需要進一步靠近細胞膜才能完成最終的融合釋放。這進一步的靠近，跟細胞膜上的“錨”蛋白有關。
囊泡拉近細胞膜——核心蛋白複合體（SNARE）
“錨”蛋白是核心蛋白複合體的一個成分，名為突觸融合蛋白（Syntaxin）。“錨”蛋白和另外一個位於細胞膜的蛋白（突觸體神經相關蛋白25，SNAP-25）一起合稱為t-SNARE。這裡的t是target的首字母，意指囊泡運輸最終目標——細胞膜。
相對應的，囊泡上有另外一種核心蛋白複合體成分蛋白，突觸小泡膜蛋白（Synaptobrevin/VAMP），稱為v-SNARE。這裡的v是囊泡的英文vesicle的首字母，意指位於囊泡上的核心蛋白複合體成分。
核心蛋白複合體SNARE包括三種蛋白
囊泡和細胞膜最終的接觸融合，是由囊泡上v-SNARE和細胞膜上的t-SNARE共同完成的。
v-SNARE和t-SNARE
當鈣離子激活突觸結合蛋白後，突觸結合蛋白就能和細胞膜上t-SNARE中的“錨”蛋白髮生作用，這會引起t-SNARE與v-SNARE的結合，併發生變構作用。變構過程中的t-SNARE和v-SNARE，就像拉鍊的兩排鏈牙，它們在分子力的作用下，逐漸咬合在一起，最終將囊泡和細胞膜融合在一起。
拉鍊
具體來說，v-SNARE和t-SNARE都含有根植於細胞膜內的跨膜結構域，和伸向細胞質的α-螺旋結構。兩者的α-螺旋首先在遠端某一位點纏繞在一起，形成超螺旋束，在分子力的牽引下，超螺旋束的範圍逐漸向α-螺旋根部跨膜端擴散。此過程中，囊泡和細胞膜的距離也被拉近。
SNARE複合體像拉鍊一樣將膜拉近
最終，v-SNARE和t-SNARE的α-螺旋從敞開的“Y”形拉鍊，變成絞合在一起的“I”形拉鍊，囊泡膜和細胞膜也融合到了一起。
“芝麻開門”
雖然囊泡膜和細胞膜融合了，但囊泡內容物想要釋放到細胞外，還需要一個打開的孔。
融合膜中間是磷脂分子的疏水端，性質疏水。而SNARE跨膜結構域的末端位於磷脂分子膜的表面，是親水的。
融合孔打開前夕的核心蛋白複合體
囊泡膜和細胞膜融合後，跨膜結構域在“拉鍊”的牽引作用下位置和朝向發生改變。原本位於囊泡內和細胞外的跨膜結構域親水末端，被迫進入疏水的融合膜內層，同時也將磷脂雙分子膜的親水面拉近融合膜內層。這就在融合膜內層形成一個親水的通道。親水通道進一步的擴張，便完全打通囊泡和細胞膜。之後，包裹在囊泡中的寶藏便可從這一開孔釋放到細胞膜外。
細看融合孔的真面目
總結
胞吐、神經遞質釋放是人體細胞最基本的生理活動，它們的基礎是細胞膜融合。核心蛋白複合體SNARE是膜融合的核心蛋白機器。在鈣離子和鈣離子感受器的參與下，核心蛋白複合體的螺旋束髮生變構，拉鍊一般讓囊泡膜與質膜彼此融合。進一步，核心蛋白複合體的跨膜結構域在融合膜疏水層中形成融合孔，最終實現了胞吐和遞質釋放。膜融合的整個過程實際上需要幾十個大大小小的蛋白共同參與，每個蛋白的具體功能以及作用機制仍是該領域的研究熱點。
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