内吞是将细胞外或细胞膜上的物质通过细胞膜运输进入细胞的囊泡运输过程，内吞后的货物会被运送到早期内体进行分选，其中约70-80%的内吞后的受体、通道蛋白和转运蛋白等，会通过循环途径再次回到细胞膜。然而，对于上千种不同的膜蛋白是如何循环的途径以及机制仍然知之甚少，是否存在独立于经典的“快速”和“慢速”途径之外的循环方式仍然有待探索。

    2024年9月19日，中国科学院遗传与发育生物学研究所的何康敏课题组在Nature Cell Biology杂志在线发表了题为“Clathrin-associated carriers enable recycling through a kiss-and-run mechanism”的研究论文。该研究利用一种耦合探测膜脂探针和多种成像技术，发现了一条新的快速囊泡循环途径，将其命名为CARP（clathrin-associated fast endosomal recycling pathway）。

    利用前期开发的clathrin包被内吞囊泡特异的磷酸肌醇分子PI(4,5)P2的耦合探测探针（Nature 2017;552(7685):410-414），通过三色全内反射荧光显微镜（TIRFM）成像，该研究发现了一类在细胞膜上短暂停留的clathrin阳性AP2阴性的囊泡，其能够快速招募PI(4,5)P2特异的耦合探测探针。进一步，通过采用3D活细胞成像、超分辨成像、光电联合成像等，证明了该囊泡是来自于细胞内的clathrin和AP1阳性的囊泡结构，其能够以“kiss-and-run”的方式，与细胞膜发生数秒到数十秒的互作并再次回到细胞内，其独特的动力学与经典的内吞囊泡和循环囊泡均不同，该团队将其命名为CARP囊泡。

    通过建立基于TIRFM的活细胞成像筛选和图像分析体系，发现了CARP囊泡相关的一系列蛋白分子，这些蛋白在CARP囊泡与细胞膜融合前、融合中、剪切后等不同阶段招募，介导CARP囊泡的生成、运输或融合。此外，通过敲除和敲降retromer、retriever等retrieval复合物的核心组分，发现CARP囊泡以独立于retrieval复合物的方式形成于早期内体。在功能上，CARP囊泡能够介导转铁蛋白受体等受体的持续性循环，也能介导β2-肾上腺素能受体和表皮生长因子受体等信号转导受体的快速循环。

    因此，借助于耦合探测脂质探针、基因编辑、多种成像技术和图像定量分析等技术方法，该研究发现的CARP循环途径，在生成方式、膜融合方式、功能以及关键调控因子等方面，与经典的循环途径有所不同，可能是细胞内一种新的循环机制。

    中国科学院遗传与发育生物学研究所何康敏研究员为本论文的通讯作者，助理研究员徐家超、博士生梁昱、助理研究员李楠、工程师党颂为该论文的共同第一作者。该研究工作得到了中国科学院生物物理所李栋研究员、北京大学刘小云教授、华中科技大学史岸冰教授、北京大学刘轶群博士等的倾力合作与支持。该研究得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划的资助。