从惊奇发现到医学应用有多远

　　从研究成果到医学应用，还有很长的路要走。目前关于囊泡运输的认识和发现尚不足以使我们立即攻克相关疾病

　　《瞭望东方周刊》记者吕爽︱上海报道

　　又一年的诺贝尔奖出炉了。2013年诺贝尔生理学或医学奖由三名科学家共享，分别是詹姆斯·罗斯曼(James E. Rothman)、兰迪·谢克曼(Randy W. Schekman) 以及托马斯·苏德霍夫(Thomas C. Südhof)。

　　三位学者获奖的理由是他们对细胞囊泡运输调节机制的发现。诺贝尔官方网站的文章称，这一发现解释与揭示了细胞如何组织其转运系统的奥秘。

　　细胞内的货物转运

　　对于细胞囊泡运输的工作原理，诺贝尔官方网站给出了相关解释：

　　每个细胞都是一个生产和出口分子的工厂。这些分子被包装在“囊泡”中，再运输到周围的细胞。

　　囊泡是由膜包裹的微型小泡，能够带着细胞货物穿梭于细胞器间，也能够与细胞膜融合，将货物释放到细胞外部。

　　这个微小到看不见的运输活动并不像我们想象的如此简单。

　　有着多个不同细胞器的细胞运输工作其实是非常复杂的：细胞产生的分子，如激素，神经递质，细胞因子和酶等，有些要被传递到细胞内的其他地方，有些要被转运出细胞—所有细胞货物都要在正确的时刻被转运到正确的地点，这是囊泡运输的关键。

　　“货物装载在囊泡里运输的过程中，还会有一系列的加工，囊泡的运输也不是大家所想的那样只是向外运输，也有向内运输，我们称为正向和逆向运输。” 上海生命科学院生物化学与细胞生物学所研究员鲍岚向《瞭望东方周刊》解释。

　　每一个细胞都好比一个货运繁忙的大港口，货物进出要有时有序，还要有的放矢。

　　诺贝尔官方网站还对三个人的科学研究分别作了阐释：

　　兰迪·谢克曼发现，遗传过程中的一些基因突变会导致囊泡运输发生改变，使得囊泡堆积在细胞的某个部位，无法完成精准的运输工作；

　　詹姆斯·罗斯曼则发现了一个蛋白复合物能使囊泡与它们的目标膜进行对接和融合，在融合过程中，囊泡和目标膜上的蛋白以类似拉链的方式结合；

　　托马斯·苏德霍夫对钙离子在这一机制中作用的发现，解释了囊泡转运的时间精度是如何实现的，并阐释了囊泡中货物的释放可以通过信号加以控制。

　　换句话说，在细胞这个繁忙的港口，控制着整体秩序的指挥台(基因)、货物交接时候的接头方式(蛋白复合物的结合)，以及控制交货时间的信号(钙离子参与)均已经被发现了。

　　神经递质、激素等都是囊泡转运的重要货物，神经递质的释放和激素的释放都涉及这种运输，而这则对人的神经活动、人体的代谢过程有着至关重要的作用。所以维持人体各个“机关”的正常工作中，囊泡转运系统至关重要。

　　给攻克某些疾病带来新的视角

　　“生命科学的很多领域的研究中都涉及细胞内的囊泡运输，囊泡运输是一个最基本的细胞生物学过程，囊泡运输机制的研究融合在对神经系统、内分泌系统、免疫系统等等的研究中。”鲍岚说。

　　诺贝尔奖评选委员会在声明中说，“没有囊泡运输的精确组织，细胞将陷入混乱状态”。也就是说，一旦转运系统受到干扰，就会对有机体产生有害影响，甚至会导致如神经系统疾病、糖尿病、免疫疾病等病症。

　　糖尿病是一个很典型的例子。I型糖尿病也叫胰岛素依赖型糖尿病，患者体内胰岛素绝对不足。鲍岚介绍，“现在我们用囊泡运输机制来解释，部分原因是承载胰岛素的囊泡功能出现了问题，导致胰岛素无法正常运输和释放。”

　　诺贝尔奖官方网站也证实了这一点：在包括一系列神经和免疫学疾病、糖尿病等疾病中，患者的囊泡转运都出现缺陷。

　　I型糖尿病患者最终将无一例外地使用胰岛素治疗，以补充胰岛素无法正常释放带来的患者体内胰岛素的绝对不足。

　　囊泡运输机制同样可以解释神经系统疾病。囊泡在需要向相邻的神经细胞发送神经信号时，通过与神经细胞外膜融合，将其中包含的神经递质放出。在这个过程中，神经递质释放量的偏差，会引起大脑神经的异常反应，比如过度兴奋。

　　癌症的形成与细胞内的囊泡运输也有关联。来自康奈尔大学的一项研究揭示了称作内体蛋白分选转运装置的细胞膜塑形蛋白促进囊泡形成的机制。

　　为了将细胞内的废物清除，细胞膜塑形蛋白会促进囊泡(分子垃圾袋)形成，将来自细胞区室表面旧的受损蛋白质带到了内部回收利用工厂，在那里将废物降解，使组件获得重新利用。

　　但是，如果这些“垃圾袋”不能完成它们的传递任务，就会形成包括癌症和神经退行性疾病在内的许多疾病。

　　此外，像HIV等病毒还会劫持这些细胞膜塑形蛋白导致感染细胞破裂。

　　病毒利用囊泡运输进行复制生长是相当容易的。詹姆斯·罗斯曼早期的研究方法就是让一些哺乳动物的细胞感染了利用囊泡运输系统的病毒，利用其中一种病毒蛋白作为标记物，追踪了通过囊泡系统的进程。

　　囊泡运输调节机制的发现，为很多疾病提供了新的解释，也给攻克这些疾病带来了新的视角。

　　漫长探索的医疗应用

　　对于诺贝尔生理学或医学奖的获奖研究，大众经常抱有其能够解决人类某些疾病的期待。但荣获诺贝尔生理学或医学奖的研究成果，只是漫长医学的一个小小节点，并非意味着对我们健康生活的立即提升。

　　从研究成果到医学应用，还有很长的路要走。以目前关于囊泡运输机制的认识和发现来看，尚不足以使我们立即攻克相关的疾病。

　　“如果有更多的研究，那么对于相关疾病的攻克是很有可能的，但是现在还不能做到这一点。”鲍岚坦言。

　　“如果一种疾病是因为遗传基因突变而使得囊泡运输异常所导致的，那么就可以针对这些基因来进行治疗。”鲍岚说，“但是现在还没有相关的应用。” 兰迪·谢克曼鉴定了能控制细胞转运系统不同方面的三类基因，但目前能做到的，也只是为囊泡转运系统的严格调控机制提供了新的见解。

　　在托马斯·苏德霍夫获得诺贝尔奖之后，果壳网曾对其实验室的一位博士后进行了采访。

　　当问到“你们的研究是否能帮助攻克一些疾病”的时候，这位博士后这样解释：“还是很有关系的。例如，我所做的事，就是希望找到一些和精神疾病发病有关的基因，我们在干细胞上标注一些基因，然后把干细胞诱导成神经细胞，然后看能否找到一些形状。如果能够找到一个疾病模型，是能够想办法研究出药物来的。”

　　在鲍岚看来，与2013年的获奖研究相比，2012年的诺贝尔生理学或医学奖获奖研究看上去更加容易被想到去如何应用，但是真正走向应用都还需要艰苦卓绝的努力。

　　2012年的诺贝尔生理学或医学奖获奖研究显示，在一定条件下，可以令分化细胞的发育之钟倒转，重新编程为多能性干细胞。“但是干细胞分化成体内各类细胞的难度是不一样的。”鲍岚说，“目前，将干细胞转化为胰岛细胞可能是目前这项技术在应用上比较有前景的方向。”

　　2012年11月一项刊登于国际杂志《PLOS ONE》上的研究报告指出，成年人胰腺中的干细胞可以转化成为胰岛素产生细胞。

　　尽管从科学前沿的发现到帮助人类攻克重大疾病前路漫长，但通过最近连续两年的诺贝尔生理学或医学奖的获奖研究，我们的希望一点点增长：也许有一天，糖尿病将能够被治愈。