從驚奇發(fā)現(xiàn)到醫(yī)學(xué)應(yīng)用有多遠(yuǎn)

又一年的諾貝爾獎(jiǎng)出爐了。2013年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)由三名科學(xué)家共享，分別是詹姆斯·羅斯曼（James E. Rothman）、蘭迪·謝克曼（Randy W. Schekman） 以及托馬斯·蘇德霍夫（Thomas C. Südhof）。

三位學(xué)者獲獎(jiǎng)的理由是他們對(duì)細(xì)胞囊泡運(yùn)輸調(diào)節(jié)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)。諾貝爾官方網(wǎng)站的文章稱，這一發(fā)現(xiàn)解釋與揭示了細(xì)胞如何組織其轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的奧秘。

細(xì)胞內(nèi)的貨物轉(zhuǎn)運(yùn)

對(duì)于細(xì)胞囊泡運(yùn)輸?shù)墓ぷ髟?，諾貝爾官方網(wǎng)站給出了相關(guān)解釋：

每個(gè)細(xì)胞都是一個(gè)生產(chǎn)和出口分子的工廠。這些分子被包裝在“囊泡”中，再運(yùn)輸?shù)街車募?xì)胞。

囊泡是由膜包裹的微型小泡，能夠帶著細(xì)胞貨物穿梭于細(xì)胞器間，也能夠與細(xì)胞膜融合，將貨物釋放到細(xì)胞外部。

這個(gè)微小到看不見的運(yùn)輸活動(dòng)并不像我們想象的如此簡單。

有著多個(gè)不同細(xì)胞器的細(xì)胞運(yùn)輸工作其實(shí)是非常復(fù)雜的：細(xì)胞產(chǎn)生的分子，如激素，神經(jīng)遞質(zhì)，細(xì)胞因子和酶等，有些要被傳遞到細(xì)胞內(nèi)的其他地方，有些要被轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞—所有細(xì)胞貨物都要在正確的時(shí)刻被轉(zhuǎn)運(yùn)到正確的地點(diǎn)，這是囊泡運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵。

“貨物裝載在囊泡里運(yùn)輸?shù)倪^程中，還會(huì)有一系列的加工，囊泡的運(yùn)輸也不是大家所想的那樣只是向外運(yùn)輸，也有向內(nèi)運(yùn)輸，我們稱為正向和逆向運(yùn)輸。” 上海生命科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)所研究員鮑嵐向《瞭望東方周刊》解釋。

每一個(gè)細(xì)胞都好比一個(gè)貨運(yùn)繁忙的大港口，貨物進(jìn)出要有時(shí)有序，還要有的放矢。

諾貝爾官方網(wǎng)站還對(duì)三個(gè)人的科學(xué)研究分別作了闡釋：

蘭迪·謝克曼發(fā)現(xiàn)，遺傳過程中的一些基因突變會(huì)導(dǎo)致囊泡運(yùn)輸發(fā)生改變，使得囊泡堆積在細(xì)胞的某個(gè)部位，無法完成精準(zhǔn)的運(yùn)輸工作；

詹姆斯·羅斯曼則發(fā)現(xiàn)了一個(gè)蛋白復(fù)合物能使囊泡與它們的目標(biāo)膜進(jìn)行對(duì)接和融合，在融合過程中，囊泡和目標(biāo)膜上的蛋白以類似拉鏈的方式結(jié)合；

托馬斯·蘇德霍夫?qū)︹}離子在這一機(jī)制中作用的發(fā)現(xiàn)，解釋了囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)的時(shí)間精度是如何實(shí)現(xiàn)的，并闡釋了囊泡中貨物的釋放可以通過信號(hào)加以控制。

換句話說，在細(xì)胞這個(gè)繁忙的港口，控制著整體秩序的指揮臺(tái)（基因）、貨物交接時(shí)候的接頭方式（蛋白復(fù)合物的結(jié)合），以及控制交貨時(shí)間的信號(hào)（鈣離子參與）均已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了。

神經(jīng)遞質(zhì)、激素等都是囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)的重要貨物，神經(jīng)遞質(zhì)的釋放和激素的釋放都涉及這種運(yùn)輸，而這則對(duì)人的神經(jīng)活動(dòng)、人體的代謝過程有著至關(guān)重要的作用。所以維持人體各個(gè)“機(jī)關(guān)”的正常工作中，囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)至關(guān)重要。

給攻克某些疾病帶來新的視角

“生命科學(xué)的很多領(lǐng)域的研究中都涉及細(xì)胞內(nèi)的囊泡運(yùn)輸，囊泡運(yùn)輸是一個(gè)最基本的細(xì)胞生物學(xué)過程，囊泡運(yùn)輸機(jī)制的研究融合在對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等等的研究中?！滨U嵐說。

諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)在聲明中說，“沒有囊泡運(yùn)輸?shù)木_組織，細(xì)胞將陷入混亂狀態(tài)”。也就是說，一旦轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)受到干擾，就會(huì)對(duì)有機(jī)體產(chǎn)生有害影響，甚至?xí)?dǎo)致如神經(jīng)系統(tǒng)疾病、糖尿病、免疫疾病等病癥。

糖尿病是一個(gè)很典型的例子。I型糖尿病也叫胰島素依賴型糖尿病，患者體內(nèi)胰島素絕對(duì)不足。鮑嵐介紹，“現(xiàn)在我們用囊泡運(yùn)輸機(jī)制來解釋，部分原因是承載胰島素的囊泡功能出現(xiàn)了問題，導(dǎo)致胰島素?zé)o法正常運(yùn)輸和釋放?！?/p>

諾貝爾獎(jiǎng)官方網(wǎng)站也證實(shí)了這一點(diǎn)：在包括一系列神經(jīng)和免疫學(xué)疾病、糖尿病等疾病中，患者的囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)都出現(xiàn)缺陷。

I型糖尿病患者最終將無一例外地使用胰島素治療，以補(bǔ)充胰島素?zé)o法正常釋放帶來的患者體內(nèi)胰島素的絕對(duì)不足。

囊泡運(yùn)輸機(jī)制同樣可以解釋神經(jīng)系統(tǒng)疾病。囊泡在需要向相鄰的神經(jīng)細(xì)胞發(fā)送神經(jīng)信號(hào)時(shí)，通過與神經(jīng)細(xì)胞外膜融合，將其中包含的神經(jīng)遞質(zhì)放出。在這個(gè)過程中，神經(jīng)遞質(zhì)釋放量的偏差，會(huì)引起大腦神經(jīng)的異常反應(yīng)，比如過度興奮。

癌癥的形成與細(xì)胞內(nèi)的囊泡運(yùn)輸也有關(guān)聯(lián)。來自康奈爾大學(xué)的一項(xiàng)研究揭示了稱作內(nèi)體蛋白分選轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的細(xì)胞膜塑形蛋白促進(jìn)囊泡形成的機(jī)制。

為了將細(xì)胞內(nèi)的廢物清除，細(xì)胞膜塑形蛋白會(huì)促進(jìn)囊泡（分子垃圾袋）形成，將來自細(xì)胞區(qū)室表面舊的受損蛋白質(zhì)帶到了內(nèi)部回收利用工廠，在那里將廢物降解，使組件獲得重新利用。

但是，如果這些“垃圾袋”不能完成它們的傳遞任務(wù)，就會(huì)形成包括癌癥和神經(jīng)退行性疾病在內(nèi)的許多疾病。

此外，像HIV等病毒還會(huì)劫持這些細(xì)胞膜塑形蛋白導(dǎo)致感染細(xì)胞破裂。

病毒利用囊泡運(yùn)輸進(jìn)行復(fù)制生長是相當(dāng)容易的。詹姆斯·羅斯曼早期的研究方法就是讓一些哺乳動(dòng)物的細(xì)胞感染了利用囊泡運(yùn)輸系統(tǒng)的K6TIErvtnuYxJC3NoHEmlg==病毒，利用其中一種病毒蛋白作為標(biāo)記物，追蹤了通過囊泡系統(tǒng)的進(jìn)程。

囊泡運(yùn)輸調(diào)節(jié)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)，為很多疾病提供了新的解釋，也給攻克這些疾病帶來了新的視角。

漫長探索的醫(yī)療應(yīng)用

對(duì)于諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)研究，大眾經(jīng)常抱有其能夠解決人類某些疾病的期待。但榮獲諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的研究成果，只是漫長醫(yī)學(xué)的一個(gè)小小節(jié)點(diǎn)，并非意味著對(duì)我們健康生活的立即提升。

從研究成果到醫(yī)學(xué)應(yīng)用，還有很長的路要走。以目前關(guān)于囊泡運(yùn)輸機(jī)制的認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)來看，尚不足以使我們立即攻克相關(guān)的疾病。

“如果有更多的研究，那么對(duì)于相關(guān)疾病的攻克是很有可能的，但是現(xiàn)在還不能做到這一點(diǎn)?！滨U嵐坦言。

“如果一種疾病是因?yàn)檫z傳基因突變而使得囊泡運(yùn)輸異常所導(dǎo)致的，那么就可以針對(duì)這些基因來進(jìn)行治療。”鮑嵐說，“但是現(xiàn)在還沒有相關(guān)的應(yīng)用。” 蘭迪·謝克曼鑒定了能控制細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)不同方面的三類基因，但目前能做到的，也只是為囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的嚴(yán)格調(diào)控機(jī)制提供了新的見解。

在托馬斯·蘇德霍夫獲得諾貝爾獎(jiǎng)之后，果殼網(wǎng)曾對(duì)其實(shí)驗(yàn)室的一位博士后進(jìn)行了采訪。

當(dāng)問到“你們的研究是否能幫助攻克一些疾病”的時(shí)候，這位博士后這樣解釋：“還是很有關(guān)系的。例如，我所做的事，就是希望找到一些和精神疾病發(fā)病有關(guān)的基因，我們在干細(xì)胞上標(biāo)注一些基因，然后把干細(xì)胞誘導(dǎo)成神經(jīng)細(xì)胞，然后看能否找到一些形狀。如果能夠找到一個(gè)疾病模型，是能夠想辦法研究出藥物來的?！?/p>

在鮑嵐看來，與2013年的獲獎(jiǎng)研究相比，2012年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)研究看上去更加容易被想到去如何應(yīng)用，但是真正走向應(yīng)用都還需要艱苦卓絕的努力。

2012年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)研究顯示，在一定條件下，可以令分化細(xì)胞的發(fā)育之鐘倒轉(zhuǎn)，重新編程為多能性干細(xì)胞?！暗歉杉?xì)胞分化成體內(nèi)各類細(xì)胞的難度是不一樣的。”鮑嵐說，“目前，將干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為胰島細(xì)胞可能是目前這項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)用上比較有前景的方向?！?/p>

2012年11月一項(xiàng)刊登于國際雜志《PLOS ONE》上的研究報(bào)告指出，成年人胰腺中的干細(xì)胞可以轉(zhuǎn)化成為胰島素產(chǎn)生細(xì)胞。

盡管從科學(xué)前沿的發(fā)現(xiàn)到幫助人類攻克重大疾病前路漫長，但通過最近連續(xù)兩年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)研究，我們的希望一點(diǎn)點(diǎn)增長：也許有一天，糖尿病將能夠被治愈。