1、2013年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)簡(jiǎn)介2013年10月7日，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)揭曉，該獎(jiǎng)授予了發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞囊泡運(yùn)輸調(diào)控機(jī)制的三位科學(xué)家，分別是美國(guó)耶魯大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)系主任詹姆斯羅斯曼(James E. Rothman)、美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校分子與細(xì)胞生物學(xué)系教授蘭迪謝克曼(Randy W. Schekman)以及美國(guó)斯坦福大學(xué)分子與細(xì)胞生理學(xué)教授托馬斯聚德霍夫(Thomas C. Sdhof)。詹姆斯E羅斯曼（James E. Rothman）羅斯曼教授1950年出生于美國(guó)馬薩諸塞州。1976年哈佛醫(yī)學(xué)院博士學(xué)位，麻省理工學(xué)院博士后，1978年于加州斯坦福大學(xué),在那里開(kāi)始從事細(xì)胞 囊泡的研究。R

2、othman先后在普林斯頓大學(xué)、紀(jì)念斯隆-凱特琳癌癥研究所和哥倫比亞大學(xué)工作。2008年，開(kāi)始在美國(guó)康涅狄格州紐黑文市耶魯大學(xué)任教 授,目前他擔(dān)任細(xì)胞生物學(xué)系主席教授。他曾獲得多種榮譽(yù)，包括哥倫比亞大學(xué)的露依莎格羅斯霍維茨獎(jiǎng)、拉斯克獎(jiǎng)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)（2002年）、費(fèi)薩爾國(guó)王獎(jiǎng)。蘭迪謝克曼（Randy W. Schekman）謝克曼教授1948年出生于美國(guó)明尼蘇達(dá)州圣保羅，先后就讀于加州大學(xué)洛杉磯分校和斯坦福大學(xué)，1974年在在那里他獲得了博士學(xué)位。導(dǎo)師是著名的 阿瑟科恩伯格教授(諾貝爾獎(jiǎng)1959)，此后幾年他和詹姆斯E羅斯曼在同一單位工作。1976年，謝克曼任職于加利福尼亞大學(xué)伯克利分校，目前他是

3、 該大學(xué)分子和細(xì)胞生物學(xué)系教授，并兼任霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員。曾任美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊主編。1992年當(dāng)選美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士。2002年與 詹姆斯羅思曼因?qū)?xì)胞膜傳輸?shù)难芯揩@拉斯克基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。托馬斯聚德霍夫托馬斯聚德霍夫（Thomas C. Sdhof，1955年12月22日生于德國(guó)哥廷根），德國(guó)生物化學(xué)家，以研究突觸傳遞知名。自1986年以來(lái)聚德霍夫博士的研究已經(jīng)闡明了許多主要的蛋白介導(dǎo)突觸前功能。2013年，他和理查德舍勒分享了拉斯克基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。什么是“囊泡”和“囊泡運(yùn)輸”？生物膜構(gòu)成了細(xì)胞及細(xì)胞器之間的天然屏障，使得一些重要的生命活動(dòng)能在相對(duì)獨(dú)立的空間內(nèi)進(jìn)行，由此產(chǎn)生了細(xì)胞之間、細(xì)胞器

4、之間的物質(zhì)、能量和信息交換的過(guò)程。細(xì)胞內(nèi)的膜性細(xì)胞器之間的物質(zhì)運(yùn)輸(如蛋白質(zhì)、脂類)，主要是通過(guò)囊泡完成的。囊泡是由單層膜所包裹的膜性結(jié)構(gòu)，從幾十納米到數(shù)百納米不等，主要司職細(xì)胞內(nèi)不同膜性細(xì)胞器之間的物質(zhì)運(yùn)輸，稱之為囊泡運(yùn)輸。細(xì)胞內(nèi)的囊泡有很多種，按結(jié)構(gòu)特征，可以分為包被囊泡和無(wú)包被囊泡兩類；按生理功能，可分為轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡、儲(chǔ)存囊泡、分泌囊泡等。通過(guò)囊泡運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)主要有兩類，一類是囊泡膜上的膜蛋白和脂類等，參與細(xì)胞器的組成與特定的細(xì)胞功能(如細(xì)胞代謝和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等)；另一類是囊泡所包裹的內(nèi)含物，如神經(jīng)遞質(zhì)、激素、各種酶和細(xì)胞因子等，這些物質(zhì)可參與蛋白質(zhì)或脂類的降解或剪切功能等，或者分泌到細(xì)胞外，調(diào)節(jié)

5、自身或其它細(xì)胞的功能。囊泡運(yùn)輸既是生命活動(dòng)的基本過(guò)程，又是一個(gè)極其復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，在高等真核生物中尤其如此，涉及到許多種類的蛋白質(zhì)和調(diào)控因子。囊泡運(yùn)輸一般包括出芽、錨定和融合等過(guò)程，需要貨物分子、運(yùn)輸復(fù)合體、動(dòng)力蛋白和微管等的參與以及多種分子的調(diào)節(jié)。細(xì)胞內(nèi)的囊泡運(yùn)輸系統(tǒng)，就好比一個(gè)城市的交通運(yùn)輸系統(tǒng)，各種具有動(dòng)力(即動(dòng)力蛋白)的不同車輛(即運(yùn)輸復(fù)合體)裝載著所運(yùn)輸?shù)牟煌浳?即囊泡上的貨物分子)，按照指定的行駛路線(即微管)抵達(dá)目的地后，完成貨物的卸載。一個(gè)城市的良好交通運(yùn)輸狀況，需要精細(xì)的交通控制(即調(diào)節(jié)分子)。如果控制得不好，某些地方就會(huì)出現(xiàn)交通擁堵，嚴(yán)重時(shí)整個(gè)城市的交通都會(huì)癱瘓。當(dāng)類似情

6、況出現(xiàn)在我們的細(xì)胞內(nèi)時(shí)，這些細(xì)胞就無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常功能，甚至?xí)蚨劳?。囊泡運(yùn)輸引起科學(xué)家的關(guān)注，主要開(kāi)始于20世紀(jì)60年代，喬治帕拉德(George Palade)等發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞分泌的蛋白需要先進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，再到高爾基體，然后分泌到胞外。這個(gè)細(xì)胞分泌途徑的重大發(fā)現(xiàn)，使他獲得了1974年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。盡管如此，這個(gè)分泌途徑的細(xì)節(jié)并不清楚。1975年甘特爾布洛貝爾(Gunter Blobel)進(jìn)一步提出了分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的信號(hào)肽學(xué)說(shuō)，并因此獲得了1999年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。2013年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)解讀獲得2013年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的3位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞生理學(xué)過(guò)程中的一項(xiàng)關(guān)鍵過(guò)程。

7、他們的工作揭示了細(xì)胞內(nèi)部和外部的輸運(yùn)體系是如何達(dá)成時(shí)間與位置上的精確性的。 在細(xì)胞中，不管是酵母菌還是人類，不管高等生物還是低等生物，它們體內(nèi)的囊泡輸運(yùn)以及細(xì)胞膜融合機(jī)制都遵循相同的基本原理。這一體系對(duì)于一系列的生理過(guò)程而言都至關(guān)重要，從大腦信號(hào)的傳遞，到荷爾蒙的釋放，再到免疫細(xì)胞活素。但當(dāng)發(fā)生疾病時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的囊泡輸運(yùn)機(jī)制會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，這當(dāng)中包括一些神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)疾病。離開(kāi)這一堪稱完美的控制機(jī)制，細(xì)胞將陷于混亂。細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)輸運(yùn)是如何實(shí)現(xiàn)的？正如在一個(gè)繁忙的大型港口，你必須要有一套體系來(lái)確保你的貨物會(huì)在規(guī)定的時(shí)間被配送到規(guī)定的位置，細(xì)胞也是一樣。細(xì)胞內(nèi)有各種復(fù)雜的細(xì)胞器，它們面臨的問(wèn)題是相似的

8、：細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生出各種不同的分子，如荷爾蒙，神經(jīng)傳遞素，細(xì)胞活素以及酶，它們必須被傳遞至細(xì)胞內(nèi)不同的位置上，或者需要被精確地在正確的時(shí)間轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞外部。在這一過(guò)程中，時(shí)間和地點(diǎn)的正確是最關(guān)鍵的。這就要依賴于囊泡的作用，這是一些微小的小泡結(jié)構(gòu)，外部有膜包裹，它們負(fù)責(zé)在各細(xì)胞器之間運(yùn)輸細(xì)胞內(nèi)部的“貨物”，或是通過(guò)與細(xì)胞膜的融合從而向細(xì)胞外部釋放細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的物質(zhì)。這一機(jī)制至關(guān)重要，如它控制著神經(jīng)傳遞素的傳遞，后者是激發(fā)生物體神經(jīng)系統(tǒng)反應(yīng)的觸發(fā)開(kāi)關(guān)；又或者在新陳代謝方面，它控制著荷爾蒙的分配傳遞。那么這些囊泡結(jié)構(gòu)究竟是如何能確保運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間和地點(diǎn)正確性的呢？交通堵塞背后的基因控制機(jī)制早在上世紀(jì)的1970年代

9、，蘭迪謝克曼（Randy Schekman）便被細(xì)胞如何調(diào)節(jié)其內(nèi)部輸運(yùn)機(jī)制深深吸引并投身此項(xiàng)研究，并試圖利用酵母菌作為模型樣本來(lái)研究其背后的基因機(jī)制。在基因篩選中，他找到一些顯示出輸運(yùn)機(jī)制缺陷的酵母菌細(xì)胞，其表現(xiàn)就像是一個(gè)缺乏指揮協(xié)調(diào)而一片混亂的公共交通系統(tǒng)，其內(nèi)部囊泡堆積在細(xì)胞內(nèi)的部分區(qū)域。他發(fā)現(xiàn)造成這種囊泡發(fā)生“交通堵塞”的原因是基因?qū)用娴?，并?jù)此順藤摸瓜找到了其背后的基因機(jī)制。他找到了3組不同的基因?qū)@一細(xì)胞運(yùn)輸機(jī)制產(chǎn)生作用，從而改變并大大加深了我們對(duì)細(xì)胞如何規(guī)范其內(nèi)部輸運(yùn)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。精確對(duì)接詹姆斯羅斯曼（James Rothman）同樣對(duì)細(xì)胞輸運(yùn)機(jī)制感到好奇。在上世界8090年代期間，

10、Rothman正開(kāi)展對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞囊泡輸運(yùn)機(jī)制的研究，他發(fā)現(xiàn)一種蛋白質(zhì)可以讓囊泡實(shí)現(xiàn)與其目標(biāo)細(xì)胞膜的對(duì)接和融合。在融合過(guò)程中，囊泡上的蛋白質(zhì)和細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)相互結(jié)合，就像分開(kāi)的拉鏈相互咬合一樣。這類蛋白質(zhì)有很多種，并且只有當(dāng)合適的配對(duì)出現(xiàn)時(shí)才會(huì)發(fā)生融合，這就確保了“貨物”只會(huì)被運(yùn)輸?shù)皆O(shè)定的位置上而不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。這一機(jī)制不管是在內(nèi)部細(xì)胞器之間的運(yùn)輸，還是向外的運(yùn)輸過(guò)程中都會(huì)起作用。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，Schekman在酵母菌細(xì)胞內(nèi)所發(fā)現(xiàn)的部分基因正是產(chǎn)生Rothman在哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)的背后機(jī)制，這揭示了一項(xiàng)細(xì)胞輸運(yùn)體系內(nèi)古老的進(jìn)化起源。至此，這兩位科學(xué)家的研究工作描繪了細(xì)胞輸運(yùn)體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。時(shí)間就是一切托馬斯聚德霍夫（Thomas Sdhof）對(duì)大腦內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞是如何相互之間進(jìn)行溝通感興趣。這種傳遞信息的物質(zhì)被稱為神經(jīng)傳遞素，這種特殊分子正是由囊泡負(fù)責(zé)運(yùn)輸至神經(jīng)細(xì)胞的細(xì)胞膜上并借助融合機(jī)制向外釋放的。這正是Rothman 和Schekman所發(fā)現(xiàn)的機(jī)制。然而這些囊泡只有在其所在的神經(jīng)細(xì)胞向其“鄰居”發(fā)送信號(hào)之后才會(huì)被允許釋放它們運(yùn)載的“貨物”。這種精確的時(shí)機(jī)把握究竟是如何實(shí)現(xiàn)的？科學(xué)家們此前便已經(jīng)知道鈣離子