本报记者 刘霞

    每个细胞都是一个生产和输送分子的工厂。例如，细胞会制造出胰岛素并让其进入血液中；名为神经递质的化学信号从一个神经细胞传递到另一个神经细胞等等。科学家们已经知道，这些输送过程由一种被称为“囊泡”的微小结构所介导。

    那么，这些囊泡内的“货物（分子）”是如何在正确的时间被递送到正确的位置的呢？这三名科学家正是因为揭开了这一谜题，从而摘得了2013年诺贝尔生理学或医学奖的桂冠。最新研究将为生命科学研究提供更加详实的理论基础，并为大量疾病提供新的治疗思路。

    强强联手厘清分子输送机制

    兰迪-W·谢克曼发现了一些小囊泡在运输过程中不可或缺的基因；詹姆斯-E·罗斯曼揭示了使囊泡同其目标对象相融合从而实现“货物”输送的蛋白质机制；而托马斯-C·苏德霍夫则阐释了信号如何指导囊泡精准地释放其“货物”的原理。

    通过他们在各自研究领域做出的发现，这三位科学家携手向人们揭露了对细胞“货物”的传输和递送进行精确控制的系统。如果这一系统受到干扰，将会对有机体产生有害影响，并导致神经系统疾病、糖尿病和免疫失调等病症。

    囊泡递送细胞内的分子

    在一个庞大而忙碌的港口，为了保证正确的货物在合适的时间被发送到合适的位置，需要多套系统。拥有不同细胞器的细胞也面临着同样的问题：细胞会产生多种分子：荷尔蒙、神经递质、细胞因子和酶等等，这些分子也必须在绝对正确的时刻，被递送到细胞内的其他地方或者细胞外。

    递送时机和位置决定一切。微小的像泡泡一样的囊泡被细胞膜所包围，在细胞的细胞器之间来回运送“货物”或同细胞膜的外部相融合，并将其运载的货物释放到细胞外。由于神经激活过程中神经递质的释放、代谢调节过程中荷尔蒙的释放等都与囊泡的这一输送过程有关，因此，这一过程至关重要。那么，囊泡如何知道何时将货物递送到何处呢？

    “堵车”现象揭秘遗传控制机理

    兰迪-W·谢克曼对细胞如何组织其输送系统着迷不已。上世纪70年代，他决定利用酵母作为模型系统，研究这种输送过程的遗传学基础。通过遗传筛选方法，他找出了输送机制出错的酵母细胞，这种酵母细胞内的输送系统就像毫无章法的公共交通系统，囊泡拥堵在细胞内的某些地方。他发现，造成这种交通拥堵的“罪魁祸首”是遗传因素，因此，他致力于找出作为“幕后黑手”的基因突变。

    功夫不负有心人，谢克曼最终“揪出了”能控制细胞输送系统不同方面的三类基因，从而为介导囊泡输送系统的严格调控机制提供了新的洞见。

    詹姆斯-E·罗斯曼也对细胞的这套输送系统的本质感兴趣。上世纪80年代和90年代，当他研究哺乳动物细胞内的囊泡输送系统时发现，一种蛋白质络合物能使囊泡同其目标膜对接并相互融合。在融合过程中，囊泡和目标膜上的蛋白质会以类似于拉链的方式相结合。事实上，很多蛋白质都能完成这一任务；而且，它们只会以特异性的方式进行结合，这就确保“货物”能被输送到精确的位置。

    细胞内分子的输送过程符合这一原则；同样，囊泡依附到细胞的外层膜并将“货物”释放到细胞外，也遵循同样的原理。

    时机就是一切

    托马斯-C·苏德霍夫则对大脑内的神经细胞如何沟通感兴趣。囊泡通过同神经细胞的外膜结合，从而将信号分子神经递质释放出来，遵循的正是罗斯曼和谢克曼发现的原理。但是，这些囊泡只有在神经细胞需要给临近的神经细胞发送信号时，才被允许将其包含的神经递质释放出来。那么，如何对这种释放进行精确地控制呢？

    科学家们此前已经知道，钙离子与这一过程有关。在上世纪90年代，苏德霍夫就开始在神经细胞中搜寻钙离子敏感蛋白。最终，他阐明了对大量钙离子进行应答并指导临近的蛋白快速地让囊泡同神经细胞的外层膜相结合的分子机制—拉链被打开，信号物质释放出来。

    就这样，苏德霍夫的发现解释了如何获得这种时间上的精确性以及囊泡内的“货物”如何被按需释放。

    后来的研究结果表明，谢克曼在酵母中发现的某些基因的蛋白产物与罗斯曼在哺乳动物内发现的蛋白相对应，这就揭示了细胞输送系统古老的进化源头，表明哺乳动物和酵母等生物体在这一点上都遵循同样的原理。因此，这三个人一起，标识出了细胞输送机制的关键组成部分。

    有助于厘清疾病的发病过程

    上述三位诺贝尔奖得主发现了细胞生理学上的一个基本过程。这些发现对于我们理解这些“货物”如何在正确的时间、在细胞内外被精确地输送具有非常重要的影响。从酵母到人，不同的生物体利用相同的机制进行囊泡的输送和融合。

    这套系统对于很多需要对囊泡融合进行控制的生理过程至关重要，从大脑内的信号传递到荷尔蒙以及免疫细胞因子的释放等，不一而足。科学家们也发现，在包括一系列神经疾病和免疫疾病、糖尿病等在内的病症中，患者的囊泡输送都出现了缺陷。这就表明，没有囊泡这一令人惊叹的精细组织以及其精准的输送过程，细胞会陷入一片混乱中。

    另外，随着囊泡输送研究的深入，一系列新药将会研发出来，脑功能失衡和精神疾病等药物有望在不久的将来有所突破。而且，细胞囊泡的这种分子机理已经渗透到了其他很多学科，如神经生物学、内分泌学、病毒学和胚胎学等，其影响也在进一步扩大。