【科研动态】华中科技大学生命学院马聪教授团队科研工作取得新进展：Nature Neuroscience | 大脑信号传递...

　　 11月24日，我院马聪教授团队与中南民族大学生物医学工程学院阳小飞教授团队，辛辛那提大学刁佳杰教授团队，四川大学赖颖教授团队、美国国立卫生研究院吴凌刚教授团队、伊利诺伊大学香槟分校张凯教授团队在神经科学顶级期刊《Nature Neuroscience》上合作发表了题为“Munc18 modulates syntaxin phase separation to promote exocytosis”的研究论文，首次揭示了神经元突触前膜中关键蛋白syntaxin通过“液-液相分离”形成动态聚集，并受Munc18蛋白精细调控，从而调控神经递质释放及动物行为

　　

11月24日，我院马聪教授团队与中南民族大学生物医学工程学院阳小飞教授团队，辛辛那提大学刁佳杰教授团队，四川大学赖颖教授团队、美国国立卫生研究院吴凌刚教授团队、伊利诺伊大学香槟分校张凯教授团队在神经科学顶级期刊《Nature Neuroscience》上合作发表了题为“Munc18 modulates syntaxin phase separation to promote exocytosis”的研究论文，首次揭示了神经元突触前膜中关键蛋白syntaxin通过“液-液相分离”形成动态聚集，并受Munc18蛋白精细调控，从而调控神经递质释放及动物行为。

在神经信号传递过程中，囊泡与细胞膜融合释放神经递质是关键步骤。syntaxin作为SNARE蛋白家族的核心成员，被发现在质膜上成簇（聚集）分布。然而，这些聚集结构究竟促进还是抑制囊泡融合，一直存在争议。研究团队创新性地运用光遗传学方法，在体外细胞体系及活体小鼠中对syntaxin的聚集进行光控诱导。结果显示，一旦syntaxin聚集增强，无论是自发还是触发的囊泡融合事件均显著减少，进一步导致小鼠捕食行为受损。这证明syntaxin聚集实际上扮演了“分子刹车”的角色，抑制而非促进突触传递。

为解析聚集形成的物理机制，研究人员发现syntaxin的SNARE结构域具有发生“液-液相分离”的能力。相分离是生物大分子在细胞内形成无膜细胞器或凝聚体的重要机制，而syntaxin正是通过此过程形成高度动态的液相凝聚态结构，从而在质膜上组装为可逆的蛋白集群。已知Munc18可与syntaxin结合并调控其构象，但本研究进一步揭示，Munc18能有效抑制syntaxin的相分离过程，减少其聚集倾向，从而释放出更多具有融合活性的syntaxin单体。这些单体随后与Munc18形成复合物，为SNARE复合体的组装及囊泡融合做好准备。

基于上述发现，研究团队提出全新的囊泡融合调控模型：syntaxin通过相分离形成凝聚态集群，作为非活性的“储备库”，防止囊泡的过度释放；Munc18则通过抑制相分离，从中“捕获”syntaxin单体，推动其进入融合准备状态。这一“储备与捕获”的动态平衡机制，确保了神经递质释放在需要时能够高效、快速地进行。

图1  Munc18通过相分离机制调控Syntaxin蛋白簇的形成

Syntaxin蛋白簇通过其胞质结构域内的相互作用驱动相分离而形成，这些聚集结构可作为分子储备库。Munc18能够结合并闭合Syntaxin的胞质结构域，将其从蛋白簇中物理分离，从而启动膜融合过程。

该研究首次将syntaxin相分离、蛋白聚集调控与动物行为三个层面联系起来，系统阐释了syntaxin聚集在神经分泌中的生理功能。不仅为解决长期以来围绕syntaxin聚集功能的争论提供了关键证据，也为理解Munc18在突触传递中的新功能开辟了新视角。在方法上，研究还实现了在活体动物中利用光遗传技术对蛋白质聚集状态的精准调控，为干预神经活动提供了创新工具。

论文第一署名单位为中南民族大学，中南民族大学阳小飞、辛辛那提大学刁佳杰、华中科技大学马聪、四川大学赖颖、美国国立卫生研究院吴凌刚、伊利诺伊大学香槟分校张凯为论文的共同通讯作者。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41593-025-02140-9

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41286451/