成电讲堂

　　是什么控制着囊泡的行为？探究蛋白质转运和囊泡运输机制对生物科学以及人类有什么意义？3月11日，2013年诺贝尔生理学或医学奖得主、加州大学伯克利分校兰迪·谢克曼教授做客成电讲坛，为同学们解读生物膜中囊泡运输的重大作用。

　　细胞是一个复杂的系统，每时每刻都进行着成百上千的生物化学反应，与外界进行快速高效的物质交换，而生命活动又通过蛋白质功能体现，“无论是激素还是神经递质，它们从细胞中产生，并有相当部分在细胞外起作用。是什么机制让蛋白质在细胞器之间传递，又将它们运输到细胞外呢？”兰迪·谢克曼说，“是囊泡，囊泡作为载具使得蛋白质可以在细胞内、细胞间移动，这比街道上车辆往来穿梭复杂得多。为了使这种移动高效有序，囊泡的行为一定受某种因素调控。上世纪七十年代，生物学家对这个问题广泛关注，我们把目光转到了基因。”

　　二十世纪后半叶，生物学家借助电子显微镜发现了生物的膜结构，人们开始了对细胞内部物质作用的探索。兰迪·谢克曼以酵母细胞为研究材料，通过遗传学筛查和生物化学方法，发现了参与蛋白质分泌运输过程中经内质网到高尔基体运输过程中的50多个关键调控基因及其作用环节。

　　他绘制出酵母细胞通过囊泡将蛋白质分选、包装和输送到细胞表面的机制，酵母细胞同时也利用膜泡运输将受体传递到表面，这被认为是细胞控制活动的主要方式。在后来的研究中，他进一步绘制了一个身体的关键网络，即所有细胞存在的系统将激素和酶运送出去并添加到细胞表面，使其可以生长和分裂，这个系统利用很少的囊泡在细胞内部以及周围运送分子物质。“大量而纷杂的物质在细胞内来回穿梭，由囊泡运输到细胞及其周边，有条不紊地进行各项生命活动，这不得不说是奇迹一般的存在。”兰迪·谢克曼说。

　　发现酵母如何分泌蛋白质以及探究囊泡运输的机制取得重要成果，直接导致生物技术产业的迅猛发展。现在，人们能够有意识地诱导酵母释放有用的蛋白质药物，如胰岛素和人体生长激素，同时调控有害物质的分泌。他说，“囊泡运输参与细胞多项重要的生命活动，如神经递质的释放及信息传递、激素分泌、天然免疫等，一旦运输受阻就会导致细胞功能紊乱，这与许多重大疾病又密切联系。”

　　他还讲述了自己的科研探索历程及标志性成果。他自小对生物科学非常着迷，十二岁时通过一台显微镜正式开启了自己探索生物科学奥秘的旅程。“那是一台儿童用的的显微镜，神奇的细胞微观结构让我十分惊奇，我像是找到了新玩具。于是我想拥有一台自己的真正的显微镜，但是那需要一百美元。”他笑着说，“凭借给邻居家剪草坪、送报纸，以及和母亲谈判，最终得到了它。”

　　随后，他在加州大学伯克利分校学习过程中，选择了细胞囊泡运输的分子机制研究。他以酵母为研究模型，通过生物化学和遗传学的手段揭示了囊泡形成、运输相关的重要基因和囊泡运输、细胞膜融合、蛋白分泌的分子机制，为后续肿瘤研究、胰岛素和乙肝疫苗的生产等提供了基础数据和理论支持。

　　研究细胞的囊泡运输，不仅会对细胞生物学的基础理论研究产生积极的推进作用，也将揭示一些影响人类健康的重大疾病机理，进而为疾病的治疗提供新的策略或靶点。这将对人类健康产生重要和积极的影响。在问答环节中，兰迪谢克曼教授对囊泡运输机制在癌症治疗的应用抱有期待，“通过抑制与致癌相关的蛋白质的分泌，或许能为研究癌症提供一种新思路。”

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　　兰迪·韦恩·谢克曼，美国细胞生物学家，加州大学伯克利分校教授，曾任《美国国家科学院院刊》主编。2011年，他被宣布为《eLife》的编辑，《eLife》是霍华德·休斯医学研究所、马克斯·普朗克学会，以及惠康基金会于2012年发布的新的高调的开放获取期刊。1992年当选美国国家科学院院士。2002年与詹姆斯·罗思曼因对细胞膜传输的研究获拉斯克基础医学奖。2013年由于他们在细胞膜囊泡运输方面开创性的工作，谢克曼与詹姆斯·罗思曼和托马斯·聚德霍夫共同获得诺贝尔生理学或医学奖。