從驚奇發現到醫學應用有多遠

又一年的諾貝爾獎出爐了。2013年諾貝爾生理學或醫學獎由三名科學家共享，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）。

三位學者獲獎的理由是他們對細胞囊泡運輸調節機制的發現。諾貝爾官方網站的文章稱，這一發現解釋與揭示了細胞如何組織其轉運系統的奧秘。

細胞內的貨物轉運

對于細胞囊泡運輸的工作原理，諾貝爾官方網站給出了相關解釋：

每個細胞都是一個生產和出口分子的工廠。這些分子被包裝在“囊泡”中，再運輸到周圍的細胞。

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

這個微小到看不見的運輸活動并不像我們想象的如此簡單。

有著多個不同細胞器的細胞運輸工作其實是非常復雜的：細胞產生的分子，如激素，神經遞質，細胞因子和酶等，有些要被傳遞到細胞內的其他地方，有些要被轉運出細胞—所有細胞貨物都要在正確的時刻被轉運到正確的地點，這是囊泡運輸的關鍵。

“貨物裝載在囊泡里運輸的過程中，還會有一系列的加工，囊泡的運輸也不是大家所想的那樣只是向外運輸，也有向內運輸，我們稱為正向和逆向運輸。” 上海生命科學院生物化學與細胞生物學所研究員鮑嵐向《瞭望東方周刊》解釋。

每一個細胞都好比一個貨運繁忙的大港口，貨物進出要有時有序，還要有的放矢。

諾貝爾官方網站還對三個人的科學研究分別作了闡釋：

蘭迪·謝克曼發現，遺傳過程中的一些基因突變會導致囊泡運輸發生改變，使得囊泡堆積在細胞的某個部位，無法完成精準的運輸工作；

詹姆斯·羅斯曼則發現了一個蛋白復合物能使囊泡與它們的目標膜進行對接和融合，在融合過程中，囊泡和目標膜上的蛋白以類似拉鏈的方式結合；

托馬斯·蘇德霍夫對鈣離子在這一機制中作用的發現，解釋了囊泡轉運的時間精度是如何實現的，并闡釋了囊泡中貨物的釋放可以通過信號加以控制。

換句話說，在細胞這個繁忙的港口，控制著整體秩序的指揮臺（基因）、貨物交接時候的接頭方式（蛋白復合物的結合），以及控制交貨時間的信號（鈣離子參與）均已經被發現了。

神經遞質、激素等都是囊泡轉運的重要貨物，神經遞質的釋放和激素的釋放都涉及這種運輸，而這則對人的神經活動、人體的代謝過程有著至關重要的作用。所以維持人體各個“機關”的正常工作中，囊泡轉運系統至關重要。

給攻克某些疾病帶來新的視角

“生命科學的很多領域的研究中都涉及細胞內的囊泡運輸，囊泡運輸是一個最基本的細胞生物學過程，囊泡運輸機制的研究融合在對神經系統、內分泌系統、免疫系統等等的研究中。”鮑嵐說。

諾貝爾獎評選委員會在聲明中說，“沒有囊泡運輸的精確組織，細胞將陷入混亂狀態”。也就是說，一旦轉運系統受到干擾，就會對有機體產生有害影響，甚至會導致如神經系統疾病、糖尿病、免疫疾病等病癥。

糖尿病是一個很典型的例子。I型糖尿病也叫胰島素依賴型糖尿病，患者體內胰島素絕對不足。鮑嵐介紹，“現在我們用囊泡運輸機制來解釋，部分原因是承載胰島素的囊泡功能出現了問題，導致胰島素無法正常運輸和釋放。”

諾貝爾獎官方網站也證實了這一點：在包括一系列神經和免疫學疾病、糖尿病等疾病中，患者的囊泡轉運都出現缺陷。

I型糖尿病患者最終將無一例外地使用胰島素治療，以補充胰島素無法正常釋放帶來的患者體內胰島素的絕對不足。

囊泡運輸機制同樣可以解釋神經系統疾病。囊泡在需要向相鄰的神經細胞發送神經信號時，通過與神經細胞外膜融合，將其中包含的神經遞質放出。在這個過程中，神經遞質釋放量的偏差，會引起大腦神經的異常反應，比如過度興奮。

癌癥的形成與細胞內的囊泡運輸也有關聯。來自康奈爾大學的一項研究揭示了稱作內體蛋白分選轉運裝置的細胞膜塑形蛋白促進囊泡形成的機制。

為了將細胞內的廢物清除，細胞膜塑形蛋白會促進囊泡（分子垃圾袋）形成，將來自細胞區室表面舊的受損蛋白質帶到了內部回收利用工廠，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，就會形成包括癌癥和神經退行性疾病在內的許多疾病。

此外，像HIV等病毒還會劫持這些細胞膜塑形蛋白導致感染細胞破裂。

病毒利用囊泡運輸進行復制生長是相當容易的。詹姆斯·羅斯曼早期的研究方法就是讓一些哺乳動物的細胞感染了利用囊泡運輸系統的K6TIErvtnuYxJC3NoHEmlg==病毒，利用其中一種病毒蛋白作為標記物，追蹤了通過囊泡系統的進程。

囊泡運輸調節機制的發現，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。

漫長探索的醫療應用

對于諾貝爾生理學或醫學獎的獲獎研究，大眾經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或醫學獎的研究成果，只是漫長醫學的一個小小節點，并非意味著對我們健康生活的立即提升。

從研究成果到醫學應用，還有很長的路要走。以目前關于囊泡運輸機制的認識和發現來看，尚不足以使我們立即攻克相關的疾病。

“如果有更多的研究，那么對于相關疾病的攻克是很有可能的，但是現在還不能做到這一點。”鮑嵐坦言。

“如果一種疾病是因為遺傳基因突變而使得囊泡運輸異常所導致的，那么就可以針對這些基因來進行治療。”鮑嵐說，“但是現在還沒有相關的應用。” 蘭迪·謝克曼鑒定了能控制細胞轉運系統不同方面的三類基因，但目前能做到的，也只是為囊泡轉運系統的嚴格調控機制提供了新的見解。

在托馬斯·蘇德霍夫獲得諾貝爾獎之后，果殼網曾對其實驗室的一位博士后進行了采訪。

當問到“你們的研究是否能幫助攻克一些疾病”的時候，這位博士后這樣解釋：“還是很有關系的。例如，我所做的事，就是希望找到一些和精神疾病發病有關的基因，我們在干細胞上標注一些基因，然后把干細胞誘導成神經細胞，然后看能否找到一些形狀。如果能夠找到一個疾病模型，是能夠想辦法研究出藥物來的。”

在鮑嵐看來，與2013年的獲獎研究相比，2012年的諾貝爾生理學或醫學獎獲獎研究看上去更加容易被想到去如何應用，但是真正走向應用都還需要艱苦卓絕的努力。

2012年的諾貝爾生理學或醫學獎獲獎研究顯示，在一定條件下，可以令分化細胞的發育之鐘倒轉，重新編程為多能性干細胞。“但是干細胞分化成體內各類細胞的難度是不一樣的。”鮑嵐說，“目前，將干細胞轉化為胰島細胞可能是目前這項技術在應用上比較有前景的方向。”

2012年11月一項刊登于國際雜志《PLOS ONE》上的研究報告指出，成年人胰腺中的干細胞可以轉化成為胰島素產生細胞。

盡管從科學前沿的發現到幫助人類攻克重大疾病前路漫長，但通過最近連續兩年的諾貝爾生理學或醫學獎的獲獎研究，我們的希望一點點增長：也許有一天，糖尿病將能夠被治愈。