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1、细胞囊泡的研究进展摘要:阐述了细胞囊泡出芽、运输、融合的分子机制,并就最新进展进行了综述，以对这个领域有一初步认识。关键字:囊泡;出芽;融合屮图分类号:Q25文献标识码:A细胞囊泡分泌，又称为膜运输,它是细胞内的“货物”蛋白的定向运输的分了机制。细胞内每分钟都在制造着大量的蛋白，每个产生的蛋白都必须到达合适的位置去发挥自己的功能。翻译后的蛋白如何到达注定的地方呢?布洛贝尔“信号肽假说”的提出为他赢得了1999年诺贝尔生理及医学奖。细胞内除了一些含有信号肽的蛋白需要分泌外，还含有不带信号肽的蛋白，它们的分泌机制是什么呢?细胞囊泡的研究为科学家带来了回报。2002年9月2
2、3日宣布将2002年拉斯克基础医学奖（被称为“美国诺贝尔奖”）授予纽约Sloan-Kettering研究所的鲁斯曼和加州理工大学斯凯克曼，因为他们发现了配合膜泡出芽和融合的普遍的分子结构而获得该奖［1］。这次二位科学家的获奖说明科学界已经开始意识到细胞囊泡研究的重要性了。本文简要阐述细胞囊泡分泌的基本过程及最新进展。1细胞囊泡分泌的基本途径鲁斯曼和斯凯克曼及他们的同事在过去25年间已经勾勒了细胞囊泡出芽、运输及融合的大致画面。鲁斯曼用生化方法研究哺乳动物细胞提取物,先在蛋白水平，后在基因水平来研究细胞囊泡分泌过程;而斯凯克曼以酵母为材料用筛选突变体的方法确定了“分泌”
3、基因，而后再研究这些基因的生化功能,同样得到了细胞内蛋白运输的草图。基本过程可概插如图1在蛋白运输的整个过程中,出芽和细胞融合是两个中心环节，由此产生的疑问也最多,进展也最快。下而分别介绍2细胞囊泡出芽细胞出芽是囊泡运输的第…步，在出芽之前，需要有GTP结合蛋白参-与形成背膜。至今已有3类背膜被鉴定:网格蛋白组成的背膜，这样的囊泡负责从高尔基体反面到质膜间的蛋白运输［2］;背膜蛋白复合物11(CoatProteinComplexII,COPII)组成的背膜，介导内质网到高尔基体的顺向运输［3,4］;背膜蛋白复合物I(COPI)涉及到内质网到高尔基体的顺向及反向运输以及
4、高尔基体内部的运输［5,6］。科学家重点在COPI和COPII方面的研究。Orci已经证明外被体和ADP核糖化因子(ARF)是构成囊泡出芽的最小组成部分,是构成COPI的元件。Schekman用人工脂双层膜进一步证明了除此之外述需要核昔酸［7］。Goldberg的研究表明在COPI参与的蛋白分泌过程中，“货物”蛋白的分拣信号被外被体(coatomer)所识别，从而选择性进入有COPI包被的囊泡。而分选机制与GTP的水解有关，即受GTPase所调控［8］。体外重组实验证明,COPII是由细胞质中的5种蛋白组成的3种复合物构成，它们分别是:小分子的GTP酶Sarlp,Se
5、c23p/24p复合物和Secl3p/31p,接着Schekman用生化和电镜联合的方法揭示了Sec23p/24p复合物和Secl3p/31p的结构，并提出COPII的组合模型［9］。2002年,Goldberg揭示了出芽前复合物的结构，由一系列蛋白参与了内质网囊泡的形成［10］。该结果对新生成蛋白的运输的囊泡过程的理解有重要贡献。这些结构的揭示为最终解释细胞出芽的机制提供了基础,但还需进-•步去研究它精确的调控机制，如细胞内蛋白分泌是一个动态过程,而囊泡运输如何和蛋白制造的步伐保持一致，或者说细胞的合成出现变化后，出芽如何也随着变化。但无论如何，这些已取得的成就为更
6、深一步研究开拓了方向，也提出了更多的问题。膜运输的基本过程:在背膜复合体的驱动下,携带特定蛋白的囊泡从供体细胞器上出芽。然后GTP转化成GDP从而启动了脱膜。接着裸露的囊泡通过v-SNAREsandt-SNAREs特异性结而准备和靶膜粘附。囊泡和靶膜融合从而把“货物”运到目的地。另外遗传和生化研究显示在SNARE依赖的融合过程中。其它蛋白参与了调控。3细胞的融合过程Rothman在研究细胞融合的过程中,在哺乳动物细胞提取物中首先分离了N-乙酰马来酰亚胺敏感因子(NSF),随后又分离了可溶性NSF附着蛋白(SNAP)o这两种蛋白参与了细胞融合，但它们的作用机理不知。而后
7、Rothman提出-•种假说[11]：SNAP是通过其膜上受体来发挥作用的’他将其命名为SNAP受体（简写为SNARE）,并进一步提出在囊泡（vesicle）和靶膜（targetmembrane）上分别带有SNARE（分别称为v-SNARE和t-SNARE）,而靶膜通过特异的SNARE识别来实现细胞融合，从而也实现了细胞融合的专一性[12]o同时一系列实验证明细胞融合早期反应过程中需要pll5,SNAPs,NSF,SNAREs和小分GTP酶[13,14,15]o而Ungermann[16]和PetersandMayer[17]将融合过程分为三个阶段:
