細胞就像人類社會。與人類社會一樣復雜，細胞活動也是如此微妙。在我們的日常生活中，我們需要進行快捷的生產和生活，我們必須有效地配置生產資料和生活資源，因此，我們需要建立一個組織有序、快捷的物流體系。與細胞一樣，基因表達產物需要定位在不同的位置才能發揮其功能：膜蛋白需要沖向自己的靶點，胰島素需要分泌細胞外，神經遞質需要擴散到下一個神經細胞，才能在正確的時間將正確的細胞商品運送到正確的目的地，細胞的物質運輸機制比無數物流苦心經營的杰作還要精致。囊泡轉運是這一機制的重要組成部分。

昨天，2013年諾貝爾生理學或醫學獎頒發給了詹姆斯·羅斯曼、蘭迪·舍克曼和托馬斯·朱德霍夫，這三位科學家發現了囊泡的轉運機制。今天，讓我們來看看大自然的后勤人員是如何規劃戰略，并在細胞內外取勝的？

細胞中的大多數分子，包括蛋白質，都太大，不能直接通過膜結構。因此，這些分子的運輸依賴于一種稱為囊泡的細胞結構——帶有膜涂層的小囊泡，可以將要運輸的分子包裹起來，并將其運送到目的地進行釋放?？梢韵胂?，這種氣泡狀的“集裝箱”是細胞貨物運輸過程中極其重要的設備。因此，在細胞中，特別是在質膜、內質網和高爾基體中，囊泡的形成是連續的。這些“容器”一生產出來就投入使用，把貨物運到細胞內或細胞外的目的地。囊泡之所以能完成運輸任務，是因為囊泡的膜與細胞的細胞質膜和內膜系統的組成成分相似，可以從運輸起點開始萌芽分離，通過膜融合融合融合到運輸終點。

囊泡運輸的步是通過出芽形成囊泡。囊泡的外表面覆蓋著蛋白質。通過改變膜結構的構象，這些蛋白質將促進囊泡的形成。這些囊泡分為三種類型：包莖囊泡、COPI包被囊泡和COPII包被囊泡。peggylated小泡在高爾基體外膜和質膜之間穿梭，COPI膜小泡主要介導蛋白質從高爾基體向內質網的轉運。在COPII中，囊泡介導非選擇性轉運。利用無細胞反應，Randy-seckman初次成功地分離了COPII復合物并純化了囊泡。利用一系列的研究成果，舍克曼終找到了囊泡轉運的機制。

三種囊泡介導不同途徑的運輸，分工井然有序。在“細胞終端”，這些“容器”的吞吐量是驚人的。在培養的成纖維細胞中，每分鐘約有2500個偉晶黃素小泡從細胞質膜上分離出來。然而，很明顯，沒有足夠的箱子來運送貨物是不夠的。在這種熙熙攘攘的細胞環境中，囊泡轉運系統的運行不僅要有序，而且要及時快捷。為了使囊泡朝著正確的方向運動，細胞會排列固體微絲和微管，為囊泡建立一個“快速運輸通道”。在這些細胞骨架上，特殊的分子馬達，如dynamin和kinesin，一步一步地將囊泡運送到它們的目的地。分子馬達與裝有特定物質的囊泡嚴格匹配。一些類型的囊泡甚至可以配備“飛機”級的運輸能力。

有了箱子和汽車，剩下的問題就是把貨物準確地送到目的地。單元物流的本質在于貨物的準確運輸和配送。為了達到這個目的，膜融合的過程不能出現一點差別。囊泡與靶膜融合過程中有兩個過程：首先，囊泡必須對靶膜進行特異性識別。例如，運輸溶酶體酶的囊泡只能將貨物運輸到溶酶體。其次，囊泡必須與靶膜融合才能釋放內容物。

經過大量的研究，科學家們已經建立了一個囊泡膜融合模型。在該模型中，囊泡和靶點之間的相互作用是由一種獨到的跨膜蛋白介導的。詹姆斯羅斯曼和他的同事提出了陷阱假說：他們發現動物細胞融合需要可溶性N***和可溶性N***連接蛋白snap的參與。N***蛋白和snap蛋白能介導不同類型囊泡的膜融合，說明它們沒有特異性。因此，Rothman假設膜融合的特異性是由snap受體蛋白snare提供的。根據他的假設，每個運輸小泡都有一個特殊的v-陷阱標記，它可以與靶膜上的t-陷阱相互作用。只有當相應的位點接觸時，囊泡和靶膜才能形成穩定的融合結構。除了SNARE蛋白外，膜融合還需要Rab蛋白的參與。有30多種Rab蛋白在不同的囊泡轉運過程中發揮其功能。這些蛋白質能與GTP結合并水解GTP以改變其結構，并幫助囊泡與靶膜結合。

由于細胞物流系統的正常運行對細胞乃至生物體的健康非常重要，所以上述過程都是在嚴格的控制下進行的。突觸部位的小泡轉運是重要的。托馬斯·朱德霍夫致力于突觸的研究。他發現了一種叫做突觸結合蛋白的跨膜蛋白，一種鈣受體，可以啟動囊泡融合并釋放神經遞質。當受到刺激時，神經細胞中的鈣濃度增加。一旦囊泡上的突觸結合蛋白與鈣離子結合，囊泡將通過與圈套和其他蛋白質的相互作用，根據需要迅速或緩慢釋放神經遞質。除了突觸結合蛋白外，judkhov還發現了一系列SNARE蛋白成員（如SNAP-25），以及包括rim蛋白和munc蛋白在內的蛋白質，它們有助于神經遞質從囊泡中釋放。這些發現支持并豐富了Roseman的陷阱假說，使囊泡轉運的分子機制更加清晰。

從細胞中學習如何建立一個優秀的物流管理系統可能離我們的生活有些遙遠，但這正是科學家們一直在做的事情，以從囊泡運輸過程中了解我們的健康。在生理過程的很大一部分，囊泡轉運系統的正常運行是非常重要的。在一系列神經和免疫疾病、糖尿病等疾病中，科學家觀察到患者膀胱轉運的缺陷。一旦這些缺陷與這些疾病之間的具體關系得到澄清，我們就可以找到克服這些疾病的方法。這些未來的可能性都是建立在羅斯曼、舍克曼、朱德·霍夫和眾多囊泡轉運研究者的探索基礎上的。細胞可以教會我們很多東西，研究人員探索的每一步都是從生活中學習，為新生活提供知識和希望的過程。也許我們應該為此感激。