而在我们人体的细胞里，也有无数的宝藏，这些藏宝栖身的山洞其实就是囊泡。囊泡位于细胞内部，其中的宝藏可以是神经递质多巴胺、乙酰胆碱，也可以是胰岛素、大麻素，还可以是肽类、氨基酸等，这些都与人类正常的生命活动息息相关。

囊泡

像搬砖一样搬运宝藏——肌球蛋白

囊泡内的宝藏需要释放到细胞外才能发挥作用，因此囊泡的运输就成了细胞最基本生理活动之一。这一过程消耗的能量，主要是由细胞内的ATP酶肌球蛋白提供的。下图中弯腰搬砖，哦不对，是搬囊泡的“小人”就是肌球蛋白了。肌球蛋白能扛着囊泡，沿细胞内的纤维丝行走，将囊泡搬运至细胞膜表面。

肌球蛋白沿着纤维丝搬运囊泡

囊泡运输

囊泡在细胞内像一个篮球，结构封闭，没有开口。当囊泡运输到细胞膜后，如何将其内部的宝藏释放到细胞膜外呢？是谁在关键时刻喊出了类似“芝麻开门”的咒语，打开了囊泡和细胞膜之间的融合孔洞呢？

“芝麻开门”咒语的药引——钙离子

研究发现，是钙离子吹响了冲锋的号角，最终打开了囊泡与细胞膜融合孔的开关。

例如，在神经元中，当动作电位来临，钙离子通过电压门控钙通道进入细胞质中，诱导位于突触前膜的突触小泡与细胞膜融合，释放神经递质到突触间隙中。

钙离子诱导神经递质释放

同样的，在胰岛β细胞中，在细胞膜发生去极化时，钙离子通过电压门控钙通道进入细胞质中，诱导包裹胰岛素的囊泡与细胞膜融合，从而将胰岛素释放到细胞外，发挥调节血糖的功能。

钙离子作为一个结构超级简单的二价阳离子，是怎样执行如此复杂的功能呢？原来，这要归功于细胞内的两个分子机关，一个叫突触结合蛋白（Synaptotagmin），另一个叫核心蛋白复合体（SNAREs）。正是利用这两个机关，钙离子才能够运用神奇的“咒语”，开启囊泡内的宝藏。

囊泡锚定细胞膜——突触结合蛋白

当囊泡运输到细胞膜附近时，下一步需要钙离子开启。例如，在神经末梢，钙离子的富集主要由动作电位诱发。动作电位可以打开神经末梢上的钙离子通道，使得膜外的钙离子涌入神经末梢内部。

囊泡上的突触结合蛋白是钙离子感受器，它拥有C2A和C2B两个结构域，专门负责钙离子的感受。

突触结合蛋白跟钙离子结合后，锚定在细胞膜上

突触结合蛋白和钙离子结合后，构象会发生变化，拥有了跟细胞膜上的一种蛋白结合的能力。细胞膜上的这种蛋白好似岸上的锚，而突触结合蛋白就像绳索，将船一样漂浮于大海中的囊泡，稳稳停靠在细胞膜附近。

船停靠在岸边

此时，囊泡和细胞膜仍有一定的距离，囊泡需要进一步靠近细胞膜才能完成最终的融合释放。这进一步的靠近，跟细胞膜上的“锚”蛋白有关。

囊泡拉近细胞膜——核心蛋白复合体（SNARE）

“锚”蛋白是核心蛋白复合体的一个成分，名为突触融合蛋白（Syntaxin）。“锚”蛋白和另外一个位于细胞膜的蛋白（突触体神经相关蛋白25，SNAP-25）一起合称为t-SNARE。这里的t是target的首字母，意指囊泡运输最终目标——细胞膜。

相对应的，囊泡上有另外一种核心蛋白复合体成分蛋白，突触小泡膜蛋白（Synaptobrevin/VAMP），称为v-SNARE。这里的v是囊泡的英文vesicle的首字母，意指位于囊泡上的核心蛋白复合体成分。

核心蛋白复合体SNARE包括三种蛋白

囊泡和细胞膜最终的接触融合，是由囊泡上v-SNARE和细胞膜上的t-SNARE共同完成的。

v-SNARE和t-SNARE

当钙离子激活突触结合蛋白后，突触结合蛋白就能和细胞膜上t-SNARE中的“锚”蛋白发生作用，这会引起t-SNARE与v-SNARE的结合，并发生变构作用。变构过程中的t-SNARE和v-SNARE，就像拉链的两排链牙，它们在分子力的作用下，逐渐咬合在一起，最终将囊泡和细胞膜融合在一起。

拉链

具体来说，v-SNARE和t-SNARE都含有根植于细胞膜内的跨膜结构域，和伸向细胞质的α-螺旋结构。两者的α-螺旋首先在远端某一位点缠绕在一起，形成超螺旋束，在分子力的牵引下，超螺旋束的范围逐渐向α-螺旋根部跨膜端扩散。此过程中，囊泡和细胞膜的距离也被拉近。

SNARE复合体像拉链一样将膜拉近

最终，v-SNARE和t-SNARE的α-螺旋从敞开的“Y”形拉链，变成绞合在一起的“I”形拉链，囊泡膜和细胞膜也融合到了一起。

“芝麻开门”

虽然囊泡膜和细胞膜融合了，但囊泡内容物想要释放到细胞外，还需要一个打开的孔。

融合膜中间是磷脂分子的疏水端，性质疏水。而SNARE跨膜结构域的末端位于磷脂分子膜的表面，是亲水的。

融合孔打开前夕的核心蛋白复合体

囊泡膜和细胞膜融合后，跨膜结构域在“拉链”的牵引作用下位置和朝向发生改变。原本位于囊泡内和细胞外的跨膜结构域亲水末端，被迫进入疏水的融合膜内层，同时也将磷脂双分子膜的亲水面拉近融合膜内层。这就在融合膜内层形成一个亲水的通道。亲水通道进一步的扩张，便完全打通囊泡和细胞膜。之后，包裹在囊泡中的宝藏便可从这一开孔释放到细胞膜外。

细看融合孔的真面目

总结

胞吐、神经递质释放是人体细胞最基本的生理活动，它们的基础是细胞膜融合。核心蛋白复合体SNARE是膜融合的核心蛋白机器。在钙离子和钙离子感受器的参与下，核心蛋白复合体的螺旋束发生变构，拉链一般让囊泡膜与质膜彼此融合。进一步，核心蛋白复合体的跨膜结构域在融合膜疏水层中形成融合孔，最终实现了胞吐和递质释放。膜融合的整个过程实际上需要几十个大大小小的蛋白共同参与，每个蛋白的具体功能以及作用机制仍是该领域的研究热点。