2013诺贝尔自然科学奖揭秘

【提要】2013年诺贝尔奖的各个奖项得主已经揭晓，其中，生理学或医学奖、化学奖、物理学奖三个奖项所涉及的科学成就到底有何重大意义，对我们的生活又有什么影响，本期“科技能见度”为你一一解答。

生理学或医学奖解密“囊泡”运输调控机制囊泡出问题 小命或不保

日前，斯德哥尔摩传来消息，美德三名科学家因“囊泡”共享2013年诺贝尔生理学或医学奖。

“囊泡”是什么？它们的运输调控机制究竟怎样？这个基础领域的研究为何得到诺奖的青睐？

昨日，在接受南方日报采访时，南方医科大学基础医学院罗深秋教授表示，囊泡运输是生命活动中非常基础而重要的一种存在形式，囊泡运输发生障碍会导致细胞甚至整个生命出现很多功能障碍。若看得长远一点，细胞囊泡运输调控机制的进一步研究，很可能让糖尿病、老年痴呆等疾病的研究有所突破。

囊泡很忙细胞里有不计其数形似皮球的囊泡，这些囊泡通过将细胞本身产生的一些分子与物质包裹起来进行传送，以满足生命活动

要说囊泡，首先得讲讲细胞。

“我们每个人身体内大概有1×1014—1×1015个数量级的细胞，这么多细胞活动的总和就是我们生命的表现，包括人的生长、发育、遗传、变异、衰老、死亡等。”罗深秋说，完成这个复杂的生命过程，需要不同细胞的分工合作，“但不管是什么样的细胞，它们的一些基本活动是一致的，如细胞内部及彼此间的一些物质交换。而在很多时候，这些物质交换就是通过细胞内的‘囊泡’来实现。”

“囊泡就像一个皮球”，罗深秋形容，它的“皮”就是所谓的生物膜。在细胞这个繁忙的“工厂”中，不计其数的囊泡通过将细胞本身产生或从外面进來的一些分子与物质包裹起来进行传送，以满足生命活动。

“具体来说，这些物质的传递有两个方向，一个是细胞内，一个是细胞外。有些分子与物质往往不能直接穿过细胞膜传递到细胞外的，而需要通过囊泡与细胞膜的融合来进行细胞外传递。”罗深秋说。

可见，囊泡很忙，需要日夜穿梭。但如果传输杂乱无章，必然会让细胞陷入紊乱的状况，那是谁来“指挥交通”？

作为本届诺奖获得者之一，科学家兰迪·谢克曼（Randy Shekman）找到了答案。“囊泡运输调节通常是由蛋白质实现的，而蛋白质又是通过基因的表达活动实现，谢克曼发现的就是控制囊泡运输的这些蛋白质是哪些基因表达的，因此，囊泡运输的过程是否正常，与这组基因是否正常表达就有直接关系。”罗深秋解释。

“指挥交通”的有了，那“收信地址”在哪里？只有几十纳米到数百纳米不等的物质如何能识别自己传递活动的目的地？

另一位获奖者詹姆斯·罗斯曼（James Rothman）给出了这个问题的答案。他发现的一种蛋白质化合物，可以让囊泡实现与目标细胞膜的准确结合。“这就是一个‘接头’的过程”，罗深秋解释说，“囊泡膜自身就含有一定的膜蛋白和脂类物质，罗斯曼发现，需要‘接头’的两者，即囊泡与目标细胞的膜上含有高度特异性的蛋白复合物，他们两边的结构，就像拉链一样，两边完全错开，但却正好能因此紧密吻合”。囊泡膜与目标细胞膜上特定的蛋白质发生结合，囊泡便找到了自己的“送货地址”。

在传输过程中还有很关键的一步，即“送货时间”。

“一个东西什么时候送，是需要指令的，此外，不同的指令，代表着该送不同的物质，比如说A指令来了之后是送胰岛素，B指令来了之后是送生长因子。因为，囊泡里的物质在传递时要按需传递，什么时候需要了才会释放出去。”罗深秋表示，第三位获奖者托马斯·祖德霍夫（Thomas Sudhof）研究的重点是探索细胞内囊泡在指令来了以后如何准确、有效地释放内容物。他认为可能有某种特定物质进入囊泡后，能与之发生反应，触发两膜的融合，即将之前已经结合的“拉链”打开，促使它所携带的物质释放出去。

早在20多年前，细胞囊泡的运输形式就已被发现，但其调控运输机制一直不明，此次获奖的三位科学家，恰恰解答了细胞中囊泡内的物质是如何被运输、如何保证在准确的时间送往目的地、如何在细胞内部以及在细胞之间有条不紊地运行等“机制”方面的问题。

囊泡坏了？囊泡运输发生障碍会导致细胞甚至整个人体出现很多功能障碍，这意味着若它们出问题，我们的小命也可能不保了

囊泡会不会累坏？不小心“违反交通规则”会出什么问题？

“囊泡运输发生障碍会导致细胞甚至整个人体出现很多功能障碍。”在罗深秋看来，囊泡运输是生命活动中非常基础而重要的一种存在形式，一旦出问题，我们的生命都可能受到威胁。

比如糖尿病，就是囊泡运输机制突然“短路”的体现。

“目前临床上的糖尿病大概分为两类，Ⅰ型糖尿病和Ⅱ型糖尿病。”罗深秋解释，“Ⅰ型糖尿病就是一种典型的囊泡运输问题导致的疾病，因囊泡运输有障碍，胰岛素生成之后无法正常传递到细胞外的血液中。胰岛素是能促进全身组织对葡萄糖进行摄取和利用的激素，它能抑制糖原的分解和糖原异生，起到降低血糖的作用，如果它出不去，血糖必然就会升高。”

又好比老年痴呆，其发病也与囊泡运输障碍有关。“细胞每天都会合成很多蛋白质，而在细胞内部也存在一个检查、监控机制，如果生产的蛋白质不‘合格’，那是要被‘退货’的。”罗深秋解释，如被退回来的蛋白质无法及时以囊泡形式运走，就会堆积在神经细胞里成为细胞的沉淀物，同时挤占了细胞内细胞器原有的‘工作’空间，让它们无法干活。这样，神经细胞的功能发生紊乱，时间长了也就容易出现老年痴呆的症状。"

因缺乏抗体导致抵抗力低下的情况也是一样。由细胞合成的蛋白质抗体，在经过细胞的“包装加工”之后再被输送到细胞外，这个过程同样也是通过囊泡运输形式实现的。如果囊泡的运输出了问题，抗体无法从生产它的细胞内输送出来，无疑，人就缺少了抗体，抵抗力也会很差。

正因如此，评奖结果揭晓后，瑞典卡罗琳的临床儿科肿瘤学教授亨特不吝赞美：“这些美丽的发现，对了解人体很重要，对了解神经系统、糖尿病和免疫系统失调等不同器官的疾病，也很重要。”

新闻链接：http://news.nfdaily.cn/content/2013-10/13/content_81392534.htm

新闻链接：http://news.smu.edu.cn/mtbk/waixuan/2013-10-14/52993.html