该研究由Hrach Asmerian、Alexia J. Diaz、Hongfei Xu 等学者完成，Kätlin Silm 担任通讯作者，论文题为《Synaptic vesicles that store monoamines and glutamate differ in protein composition》，于2026年7月发表于《Science Advances》。

重要发现
01两类突触囊泡的蛋白质组学差异鉴定
研究首先利用CRISPR 基因编辑技术构建了 VMAT2 N 端融合 HA 标签的基因敲入小鼠，解决了内源性 VMAT2 抗体可靠性不足的问题，为后续囊泡分离与成像定位提供了高特异性标记。研究人员采用差速离心法从小鼠脑组织中分离突触囊泡，同时收集突触体组分之外的轴突来源轻膜组分，以覆盖定位于非突触位点的单胺能囊泡；随后通过 5%-25% 甘油梯度离心进一步纯化囊泡，并结合透射电镜与冷冻电镜技术验证囊泡样品的完整性与纯度，确认样品中溶酶体、内体等细胞器污染处于极低水平。

突触囊泡的分离与蛋白质组分析

在此基础上，研究分别通过抗HA 抗体与抗 VGLUT2 抗体对纯化后的囊泡进行免疫分离，采用串联质量标记的定量质谱技术分析两组囊泡的全蛋白质组成。全脑样本的初步分析显示，大量经典突触囊泡蛋白在 VGLUT2 阳性囊泡中丰度更高，而 VMAT2 阳性囊泡富集 Slc10A4、多巴胺 β 羟化酶等单胺系统特异蛋白。为提高单胺能囊泡的富集度，研究进一步采用多巴胺投射密集的纹状体组织重复实验，结果显示 VGLUT2 囊泡富集半胱氨酸串蛋白 α、突触素家族蛋白、SCAMP4 与 SCAMP5 等经典囊泡蛋白；VMAT2 囊泡则富集抑制性 SNARE 蛋白 tomosyn-1/2、分子伴侣 DNAJb6、SCAMP2 以及动力蛋白、动力激活蛋白等轴突运输相关组分。值得注意的是，SNARE 复合物核心组分 VAMP2、SNAP-25、NSF 以及囊泡型质子 ATP 酶亚基在两类囊泡中丰度相当，说明囊泡融合的核心机器在进化上高度保守。

初级中脑神经元中多巴胺和谷氨酸释放位点的组成不同

纹状体中多巴胺释放位点与VGLUT2谷氨酸能终末在突触囊泡蛋白的丰度上存在差异

在脑组织验证中，研究聚焦于同时接受密集多巴胺能投射与丘脑谷氨酸能输入的纹状体，通过采集共聚焦Z 轴堆叠图像，采用三维表面分割算法分别构建 VMAT2 与 VGLUT2 阳性结构的三维模型，并在对应结构内定量目标蛋白的平均荧光强度。结果与原代神经元实验高度一致：Slc10A4 显著富集于多巴胺能释放位点，半胱氨酸串蛋白 α、SCAMP5、突触素在谷氨酸能位点丰度更高，VAMP2 无明显差异。针对多个脑区的进一步成像分析发现，synaptotagmin-2 的表达具有脑区特异性：丘脑核团的谷氨酸能末端高表达该蛋白，而纹状体、海马 CA2 区的谷氨酸能末端表达量极低，从空间层面印证了谷氨酸能突触囊泡的分子多样性。

03共释放神经元内囊泡的亚突触分布特征
中脑部分多巴胺神经元可同时释放多巴胺与谷氨酸，两类递质储存于不同囊泡中，但同一神经元内两类囊泡的空间分布与蛋白组成尚不清楚。研究利用基因敲入小鼠的原代中脑培养体系，对同时表达VMAT2 与 VGLUT2 的多巴胺神经元进行成像分析。结果显示，多数突触膨体中可同时检测到两种转运体信号，但相对丰度存在差异；与纯谷氨酸神经元相比，共释放神经元膨体中的 VGLUT2 丰度显著更低，提示其可能仅分布于部分囊泡。

syt2的表达揭示了VGLUT2谷氨酸神经元之间的异质性

针对共释放位点的蛋白定量显示，VMAT2 富集蛋白 Slc10A4 与通用囊泡蛋白 VAMP2 在 VMAT2 单阳性与双阳性膨体中无显著差异，而突触素、SCAMP5、半胱氨酸串蛋白 α 在双阳性膨体中丰度显著升高；相关性分析进一步发现，Slc10A4 信号与 VMAT2 丰度高度相关，突触素信号则与 VGLUT2 丰度更匹配，提示 VGLUT2 囊泡在共释放神经元中仍保持其典型的分子特征。

仅VMAT2与VMAT2+/VGLUT2+释放位点的囊泡蛋白组成

突触素在含有VMAT2和VGLUT2的突触前静脉曲张中与VGLUT2共同富集

为突破普通共聚焦分辨率的限制，研究采用空间阵列共聚焦成像技术提升空间分辨率，在单个突触膨体尺度下分析两类转运体的共定位程度。结果显示，VMAT2 与 VGLUT2 存在部分共定位，但显著低于同一蛋白双通道标记的阳性对照；突触素与 VGLUT2 的相关性高于其与 VMAT2 的相关性，而 synaptotagmin-1 与两种转运体的相关性相当，直接证明同一神经末梢内两类囊泡存在部分空间分离，且各自携带特征性蛋白组分。

SCAMP5的缺失会损害VGLUT2突触小泡的突触循环，但不影响VMAT2

由于多巴胺原代培养的病毒感染效率较低，研究采用海马神经元异源表达体系：在同一神经元群体中分别表达VMAT2 与 VGLUT2 的 pHluorin 融合蛋白，模拟 AP-3 依赖与非依赖的两类囊泡池。通过慢病毒介导的短发夹 RNA 敲低 SCAMP5 后，VGLUT2 标记囊泡的循环反应峰值显著降低，而回补 shRNA 抗性的 SCAMP5 可使表型完全恢复；与之相反，VMAT2 标记囊泡的循环过程不受 SCAMP5 敲低的影响。该结果直接证明，SCAMP5 特异性参与 VGLUT2 囊泡的循环调控，而对 VMAT2 囊泡无显著作用，两类囊泡的组成差异直接转化为功能调控的差异。

创新与亮点
本研究突破了突触囊泡“组成均一” 的传统认知，解决了单胺能囊泡丰度低、特异性标记不足、难以精准分离与定量的技术难题。研究建立了基因编辑标签结合免疫分离的高纯度囊泡纯化方案，整合冷冻电镜、三维共聚焦分割、超分辨空间阵列成像、活细胞动态荧光成像等多尺度技术，实现了从分子组学到原位空间分布、再到动态功能的全链条解析。

该技术体系可推广至更多神经递质系统的囊泡异质性研究，为解析多巴胺释放异常相关的帕金森病、精神分裂症等疾病的突触机制提供了研究范式，也为靶向囊泡循环的神经调控药物开发提供了特异性分子靶点。

总结与展望
研究系统阐明了单胺能与谷氨酸能突触囊泡在蛋白质组成上的本质差异，证实这种差异源于囊泡生物发生途径的不同，并直接决定了两类递质释放的调控特性。SCAMP5 的差异化功能为理解囊泡异质性的生理意义提供了典型范例。未来可进一步解析更多差异蛋白的功能，探索疾病状态下囊泡组成的动态变化，为神经精神疾病的精准诊疗提供新的理论依据与干预方向。

doi: 10.1126/sciadv.adz6836