高尔基器在细胞中具有重要的结构功能。为搞清楚这个问题，不少的科学家付出了大量的精力。争论一直不停。但是，目前把高尔基器从静态的特征性样式推向了必威在线网站首页网址 的、不断变化的结构，这是巨大的进展。然而，挑战仍在继续。

帕维亚——意大利的生物学家卡米洛 · 高尔基(Camillo Golgi)，在伦巴第城大学中用显微镜研究脊髓神经元时，看到了现在以他的名字命名的网状堆层构造。从那时到现在正好是100年了。在其发现后的数10年间，细胞生物学家们已经了解到这种膜状网络，在处理和转运新合成的蛋白质方面，承担着关键的任务。但是，最近举行的高尔基器100周年的大会上，却显示出尽管它的发现经历了如此长久的时间，对它的研究工作仍然生气勃勃。事实上，新的研究正在促使着细胞生物学家们去重新评估过去10~15年间研究高尔基器所产生的某些关键性概念。

挑战并不涉及高尔基器做了些什么？而是在于它究竟是怎么做的？细胞学家建立起了一种更小的膜状细管和球形囊或者是小泡包围着的?称之为潴泡的扁平的膜囊堆层构造。新合成的蛋白质由于化学变化而分为两类——有些是从细胞中分泌出来的，如激素?血浆蛋白和消化酶，而有些则是细胞膜层中起作用的蛋白质。所有这些蛋白质都在一种充满细胞质的膜网络的蛋白质工厂——内质网(ER)中开始其生命活动。然后，在它们到达最后目的地之前，都要进入或者穿过高尔基器。

直到一年前，研究人员都认为蛋白质在从潴泡分离出来的小泡中，穿过高尔基堆层之后再和下一个结合。但是，某些实验室收集的证据证明，它并不仅是一个静止不动的仓库，只会接收和发送穿梭来往小泡中的货物。实际上，当小泡逆向移动到ER的重复循环组成和高尔基区原来的位置时，潴泡本身就可能正向移动了。

这种必威在线网站首页网址 的高尔基器新见解，被称之为泡成熟模式。这个模式促使研究人员去重新思考，在细胞生长或者需要分泌更多的蛋白质时，新的高尔基堆层概念是如何产生的；还有在细胞分裂时，两个子细胞中的高尔基器又是如何形成的？

至今，有关如何输送蛋白质通过高尔基器仍无最后定论。圣迭哥加利福尼亚大学的细胞生物学家玛丽琳 · 法夸尔(Marilyn Farquhar)警告说：“有关(潴泡)成熟的证据还没有刻在碑上呢！"

潴泡成熟模式的观点在60年代才首次提出，以后由于电子显微镜和生物化学两者的证据证明，小泡才是蛋白质货载通过高尔基器的载体之后，就被人们放弃了。这次大会组织者之一的丹佛科罗拉多大学医学院的细胞生物学家凯瑟琳豪厄尔(Kathryn Howell)说：“我们又回到了50年代到60年代的观念。但是，现在我们已经具备了使用新的观点和新的技术提出问题的能力。”

运输模式

60年代和70年代揭示出高尔基器转运蛋白作用的有乔治 · 帕拉德(George Palade)?詹姆斯 · 贾米森(James Jamieson)和他们的同事，之后，还有纽约市洛克菲勒大学参与开始探测其功能。他们把EM和自动放射线摄影结合在一起，检测出放射线标记过的分子位置。他们指出，ER中分泌的蛋白质开始其生命活动，然后由接近最内部瀦泡的ER萌发出的“过渡性小泡”进入高尔基器。他们还指出，蛋白质也是在离细胞膜最近边缘上的小泡中退出高尔基器的。但是，他们的解释还是不能满意地分辨出蛋白质究竟是如何通过高尔基器转运的。

与此同时，另外一些研究人员的工作表明，除了转运蛋白质之外，高尔基器还在改变着它们。其中，特别是在高尔基器复杂的糖链上，添加了更多分泌出来并且横跨膜的蛋白质。检定抗体的糖加成酶之后，进一步表明它们有些仅存在于一个或两个不同的潴泡之中，而且其在堆层中的位置符合那些增加了复杂链中糖的位置。

到了1981年，帕拉德和法夸尔提出，蛋白质如何从一个潴泡转运到下一个——可能是由围绕在高尔基堆层的潴泡之间的?可见的微细的小泡泡内转运的。这种小泡转运模式和蛋白质在小泡内进入和离开高尔基器的观察相符。因而潴泡成熟作用模式就失去了众望。

直到1983年，还没有人能够找到一种方法来验证小泡转运假说。后来，纽约纪念斯隆-凯特琳癌症中心的詹姆斯 · 罗思曼(Jamnes Rothmnan)和他的同事们设计出一种精密的无细胞分析法，可以测量高尔基潴泡之间荷载蛋白质的转运。荷载蛋白质是病毒接替细胞时产生的一种病毒膜蛋白质。然后，再分离出感染细胞的高尔基堆层中，这些携带病毒蛋白质的“供体”高尔基膜，加上取自未感染细胞中的“受体”高尔基膜，再加细胞溶质——组成细胞液相的可溶性部分——以及能源混合在一起。

荷载蛋白质从供体膜向受体移动之所以能够被监控，是因为受体膜有一个来自中间-高尔基潴泡的糖加成酶，而供体却没有。把放射性标记过的糖加在荷载蛋白质上，做上标记。这一切只能在同一个高尔基潴泡中?二者相互接触时才行。罗思曼分析的结果说服了他自己，使他相信高尔基体正常地来回交换蛋白质是从一个到另一个，属于装配线类型。

伦敦皇家癌症研究基金实验室(ICRF)的细胞生物学家格雷厄姆 · 沃伦(Graham Warren)说，这次分析不仅标志着细胞内的转运首次在试管内重建，而且“还开拓了包括这类(转运)过程中蛋白质的生物化学分析方法。”由于使用少量提纯的细胞溶质代替了全部的混合物进行分析，罗思曼研究组已经能够鉴别出内-高尔基转运的不可缺少的一些蛋白质。几乎就在同时，其他的研究者——包括伯克利UC的兰迪 · 沙伊克曼(Randy Schekman)、耶魯大学的彼得 · 诺维克(Peter Novick)以及圣迭哥UC的斯科特 · 埃姆尔(Scott Emr)——也能控制住细胞内所需要的蛋白质移动的蛋白质，而原来他们使用突变的酵母菌的试验，在蛋白质正向转运的各个步骤中都有缺陷。

然而，正当 · 上述事态发展之时，小泡转运模式也出现了不够完善的信号。小泡转运到细胞表面和其它目的地的大量膜也出现了问题。已经找到了一种方法重新分配其逆向通过的途径，或者另外从层细胞膜移走它——否则，细胞就会无限制地膨胀。但是，细胞为什么会变成这样，却还没有人提出明确的见解。

最近的证据提出这可能是正向转运蛋白质小泡的作用。从小泡转运的这些蛋白质中，鉴定出一种重要的蛋白质，叫做C0PI(外壳蛋白质1)，它有助于小泡的形成，那些在扁平膜上形成外壳，使外形收缩的潴泡萌生出了这些小泡。1994年，瑞士巴萨尔免疫学研究所的皮埃尔 · 科森(Pieme Cosson)和佛朗哥依斯 · 莱特纳(Francois Letourmeur)发现，在某些ER的尾部COPI与肽结合——所谓的可恢复信号——在它们脱落时，必须把那些蛋白质送回ER。事实上，COPI看来已经专业化了，它只被覆在逆向返回ER的小泡上，却不被覆在正向达到细胞膜的小泡 · 上。

瑞士的研究组生产出在ER中不能保留蛋白质的而又无力追踪有缺点的COPI基因的酵母突变菌株时，由COPI运载蛋白质到ER的看法得到进一步的支持。休 · 佩勒姆的研究组也发现了作为ER补偿信号的受体是集中在COPI-被膜小泡中的。他说：“很明显，COPI已经包括进来自高尔基堆层和其中两者的逆向转运之中。”

然后，关键的论点就变成了COPI-被膜小泡是否能够进行双向运输，或者是罗思曼转运分析最初的解释有错？或者，小泡中的糖-加成酶的逆向转运与荷载蛋白质的正向转运，看起来是一样的。

罗思曼没有出席帕维亚会议，但是，他的研究组和瑞士日内瓦大学医学中心的菜莉奧 · 奥尔西(Lelio Ori)，却在1997年7月25日刊出的《细胞》杂志上报道说，有证据表明，高尔基器小泡运输可能流入两个方向。他们用抗体找到的细胞中分泌的蛋白质?胰岛素原是正向转运通过高尔基器的，而另一种蛋白质补偿信号受体，则是逆向转运的。他们发现两种蛋白质均存在于从潴泡发育出来的两种不同的COPI-被膜小泡类群之中。他们写道，这就是说“高尔基堆层的各个水平都会发生双向转运。”

但是，其它的研究者，有些是罗思曼过去的学生和博士后研究生怀疑，认为小泡运输只有一个方向：逆向。例如，田纳西纳什维尔范得比尔特大学的乔基姆 · 奥斯特曼，就用他在几年前博士后研究工作期中的资料，其中就有从高尔基器转运分析中所得到的一种新观点。他在帕维亚大会上报告说：分析中产生的COPI-被膜小泡含有高尔基糖转化酶，这就是说小泡负载着酶逆向与货载会合，而不是朝相反的方向。在这些发现之后，又继续进行多次研究之后，奥斯特曼归结道：“从高尔基内转运分析产生的全部材料，终于能够用高尔基酶的逆向转运加以解释。”

最近完成的酵母基因组的顺序工作，是支持逆向转运的另一种证据。研究者们相信，只有在潴泡上出现一种叫做SNARE蛋白质的时候，转运小泡才能进入潴泡膜。帕尔汉姆解释说：“由于酵母菌的整个基因组已顺序完毕，酵母菌中的全部SNARE也已经登录。高尔基器中只有一类对于分泌是必不可少的，看起来包含在逆向运输之中，因而不属于高尔基复合体的正向小泡转运。"

实际上，细胞内膜转运研究工作的先驱者——沙克曼也同意这些较新的资料，对小泡转运的双向性产生怀疑。他说：“证明COPI小泡专门是正向转运通过高尔基器的决定性试验还没有做出来。”但是，如果蛋白质是在小泡内通过高尔器的，则研究者们将会提出其它的解释。

另外，支持这些观点的一些新证据，来自意大利桑塔玛丽亚英巴罗CMNS工作的艾伯托 · 卢里(Alberto Luimi)和他的同事们。他们研究过那些把组织?骨骼和牙齿连接起来所需要的大的原胶原(蛋白)纤维的转运。这些纤维要进入转运的小泡内是太大了。在这次大会上，卢里报告了他们EM研究的结果，这些纤维是潴泡成熟作用，穿过高尔基器转运的。另外的支持观点来自魁北克麦基尔大学的约翰 · 伯杰龙(John Bergeron)的研究组和其他人关于EM的研究成果，与罗思曼和奥尔西有关胰岛素原的发现相反，他们只在高尔基潴泡中?却未在小泡中发现分泌的蛋白质。

由于这些差异，卢里的研究结论支持潴泡成熟作用。但是，他却警告说，排除小泡正向转运通过高尔基器的某些作用未免为时过早。他说，双向过程对蛋白质的转运可能是有作用的。在同一细胞内对一次小的蛋白质分泌和一次大的超分子结构，如原胶原对通过高尔基器速度之间的差异进行比较，也是查清问题的一种方法。如果速率不同，就可能是两类蛋白质的转运机制不相同。

必威在线网站首页网址 的高尔基器

尽管潴泡成熟作用对于部分的蛋白质转运以及新的高尔基潴泡继续再生的方法作出了解释。但是，仍然需要对高尔基器如何形成的现行观点进行修改。直到目前，研究者们认为其结构是一次形成，而又变化不大的，即在细胞分裂时，原有的高尔基器再产生出两个子细胞的高尔基器。例如，ICRF的沃伦发现，用荧光分子给高尔基器的组分做上标记后，细胞分裂时它就碎裂成许多小碎片，分散到细胞质里。他认为，这些小碎片进入两个子细胞后，又会重新组装。

然而，马里兰贝瑟斯塔国家儿童卫生及人类发育研究所的细胞生物学家珍妮弗 · 利 · 施瓦茨(Jennifer L · Schwartz)和她的同事们，对于这种消失行为却有不同的看法。他们用绿色荧光蛋白质(GFP)给高尔基蛋白质作了标记。然后，再用药剂布雷菲尔菌素A(brfeldin A)处理这些细胞，破坏掉高尔基器，发现荧光很快地就分散到整个的ER中，这表明只是药剂使高尔基崩解后才进入ER的。

另外，施瓦茨在大会上报告说，即使不用布雷菲尔菌素A处理，在细胞经历细胞分裂的正中时刻，也看到了相似的?虽然为时极为短暂的高尔基-连结的CFP荧光的“闪光现象"。和沃伦一样，她也相信在细胞分裂开始的时候，高尔基器的结构也破碎了。但是，她提出所有的碎片崩碎后，很快地就进入FER。到了有丝分裂时，新的高尔基结构在子细胞中像荷载蛋白质的小泡一样，从ER分离出来，开始重新组装并且融合在一起，最后形成潴泡。这样的机制不仅能够产生新的高尔基结构，还能提供置换它们的途径，就像它们通过堆层向外移动一样。

然而，沃伦没有看见这种模式。他说：“我们发表了用相同技术做的试验，而且发现高尔基碎片在整个有丝分裂过程中都存在着。”

但是，来自芝加哥大学的本 · 格利克(Ben Glick)的资料，增强了对施瓦茨所发现情节的信任。他研究了两种酵母菌——巴斯德毕赤酵母(Pichia pastoris)和酿酒酵母(Sacharomyces cerevisiac)，两种酵母菌都是从老一代出芽繁殖出新细胞的。细胞分裂时，醇母菌的高尔基器都没有破碎，而是有一股ER进入了出芽的子细胞内，并在其中产生出新的高尔基器。他归纳说：“如果我们认为这是正确的，则酵母菌出芽繁殖中的高尔基器的遗传就是ER遗传的直接后果。”总之，研究人员已经建立起一幅更加必威在线网站首页网址 的高尔基器图像，而不是一个定义明确分区的静态集合体，它一直处在不断的变化之中。每个潴泡带着蛋白质荷载从ER中出现，然后负载着这些蛋白质穿过堆层，并最后影响到蛋白质。动力论反映出了帕维亚会议上科学家们的情态，他们在庆祝新观点的同时，又对前面的挑战感到兴奋。

[Science，1998年12月]