胞吐方式——吻了就跑

他吻了她，又迅速跑开。这是热恋情侣绽放浓郁爱意的一种方式。

而在细胞内部的微观世界里，也有这样一种花样秀恩爱的方式：Kiss-and-run，吻了就跑。但“他”是细胞里的囊泡，而“他”是细胞膜。

Kiss and run

Kiss-and-run是科学家Katz和Del Castillo在1955年提出的一个理论模型，是对胞吐胞吞过程中膜融合方式的形象描述。

细胞或轴突末梢内的囊泡释放时，囊泡瞬时与细胞膜融合，并对外界开放一个小孔。囊泡内的物质，比如神经递质，过孔而出。这就是胞吐的过程，对应kiss。之后，融合孔瞬间收紧关闭，囊泡脱离细胞膜，对应run。

kiss-and-run的过程快如闪电，只有几十毫秒。

kiss-and-run

其实，当融合孔打开时，细胞外的物质也会趁机扩散进囊泡。融合孔关闭，胞外物质也会被囊泡带进细胞内，这相当于一个胞吞过程。也就是说，实际上，Kiss-and-run可以看成一个附带胞吞的胞吐过程。

囊泡“亲吻”细胞膜之后，除了跑开，还有另外一种选择：全融合(Full-fusion)。全融合发生时，囊泡与细胞膜生成的融合孔一步一步变大，囊泡一点一点坍塌，最终和细胞膜融为一体。全融合是大多数人耳熟能详的胞吐方式。

他吻了他，没有跑开，而是将整个身体与她融为一体，合二为一。他即是她，她即是他。这就是“全融合”。

囊泡的两种行为：“Full-fusion”和“Kiss-and-run”

Kiss-and-run模型最初的证据来自青蛙的神经肌肉接头。1973年，科学家Mauro在电镜下观察到了突触囊泡的一种Ω形的中间结构，这跟kiss的过程一模一样。

电镜下神经肌肉接头处的囊泡呈现出一种Ω结构

但电镜观察到的只是静止的画面，Ω形中间结构之后的命运并不确定。接下来，它可能会五体投地的跟细胞膜融合，那就是全融合。它也可能会拧断自己细脖子，脱离细胞膜，那就是kiss-and-run。因此，严格来说，电镜下的Ω形结构并不能证明kiss-and-run的存在。

科学家迫切需要寻找一种新的方法，区分开kiss-and-run和全融合，进而证明kiss-and-run这一瞬态过程的存在。

膜面积变化是一个绝佳的指标。

初期，不管是kiss-and-run还是全融合，囊泡都会跟细胞膜融合。两种情况下，细胞膜的面积都会增加。

但在后期，kiss-and-run模型中，囊泡和细胞膜分离，细胞膜面积瞬间减少。而全融合模型中，囊泡和细胞膜一直处于融合状态，细胞膜面积不会再变化。

全融合胞吐示意图。囊泡和细胞膜融合，细胞膜面积增大

因此，只要找到一种方法，能实时丈量细胞膜面积变化，就可知道膜融合是以哪种方式进行的。

幸运的是，细胞膜的磷脂双分子层结构给了科学家机会。磷脂分子一端是磷酸，亲水。另一端是烃极链，疏水。在溶液中，烃极链疏水端抱团藏于内层。而磷酸亲水端暴露于外层，接触溶液，这样就形成了经典的磷脂双分子层。

磷脂双分子层

两层磷脂中间的烃极疏水且绝缘，膜两侧的离子无法从中通过。因此，磷脂双分子层组成的细胞膜就像一块电容板。

磷脂双分子层组成的细胞膜类似于电容板

根据电容公式，电容和电容板面积成正比，跟两块电容板之间的距离成反比。对于膜电容，由于磷脂双分子层之间的距离固定，因此膜电容的大小就取决于膜面积。所以，只需检测膜电容的变化，就可知晓膜面积的变化。

电容公式

而全细胞膜片钳技术允许科学家实时地、高时间分辨率地监控细胞膜的电容变化。

膜片钳全细胞

对于Kiss-and-run，起初，细胞膜电容处于基线位置。Kiss的一瞬间，囊泡与细胞膜融合，增加了膜面积，电容迅速变大；而在“run”的一瞬间，囊泡与细胞膜分离，电容又迅速回到基线。电容变化曲线像平坦里轰的一声隆起的高台。

Kiss-and-run模型预测的电容闪变

对于全融合，囊泡与细胞膜刚融合时，膜面积变大，电容也随之变大。跟kiss-and-run模型不同的是，全融合模型里囊泡和细胞膜不分离，细胞膜面积也就不再变化，电容跳到高台后不会再返回基线。

全融合模型预测的电容变化

根据电容变化曲线，科学家观察到了全融合下电容的阶跃平台，同时也观察到了kiss-and-run对应的电容闪变。这给kiss-and-run模型提供了极具说服力的证据。

kiss and run 和全融合过程中膜电容变化对比（图下方紫色曲线）

俗话说，眼见为实。

尽管已有大量的间接证据支持kiss-and-run胞吐方式的存在，科学家仍然需要最最直接的证据，即亲眼在显微镜下看到kiss-and-run。但由于kiss-and-run过程只发生几十毫秒之内，并且融合孔的尺度非常之微小，只有几纳米左右，这给显微镜的时间分辨率和空间分辨率提出了极高的挑战。

目前为止，还没有文章声称直接观察到了kiss-and-run，但大多数科学家却相信，kiss-and-run是存在的。随着显微镜技术的不断进步，kiss-and-run的最终证实，已经“兵临城下”。