每當我們看到令人垂涎的甜點，吞下一塊食物或開始哭泣時，我們體內的細胞就會釋放出專門的液體如唾液、消化液或淚水。這些液體和其他物質如何從細胞內向細胞外部移動的方式已經被研究了將近一個世紀，它們是生物學教科書的內容。但是以色列魏茲曼研究所（Weizmann Institute of Science）的Ori Avinoam博士與Ben-Zion Shilo教授意識到，教科書上的描述或許有些不太正確。

胞吐作用，即從細胞中釋放物質，是透過稱為囊泡的微小液泡作用的，囊泡與細胞表面融合，成為細胞膜的一部分，並向外溢出其內容。透過這種方式，細胞排出廢物，並釋放出各種信號分子，包括荷爾蒙和神經傳導物質。例如，當神經元透過神經傳導物質相互溝通時，含有神經傳導物質的囊泡與神經元的細胞膜融合，將物質釋放到外面，供相鄰的神經元感知。在這一波胞吐作用之後，還有一個鏡像的囊泡"回收"過程：神經元將神經傳導物質放回之前與膜融合的囊泡內而產生新的囊泡，囊泡和細胞膜因此回到了它們的原始狀態，使神經元能夠一次又一次地發揮作用。

這幅經典圖片準確地描述了從直徑小於100奈米（十億分之一米）的囊泡中釋放出物質，這個過程只需幾毫秒。但是被稱為「專業分泌者」的細胞，其工作是在各種腺體和組織中分泌或產生消化酶、水分和潤滑劑（如唾液腺和淚腺，以及口腔或肺部的內壁），將其分泌物包裝在直徑大100倍，直徑可達10微米（百萬分之一米）的囊泡中。這些囊泡在幾分鐘的時間內釋放出它們的內容物。就表面積與體積的比例而言，這些巨大囊泡的釋放機制比小囊泡釋放大量物質要來的更有效率。但由於它們具有廣大的表面積，一旦它們與細胞膜融合，細胞可能會膨脹並變得完全扭曲。

分子遺傳學系的Shilo和生物分子科學系的Avinoam探討了這個難題。Shilo的實驗室一直在研究以果蠅幼蟲的唾液腺作為巨型囊泡的分泌模型。Avinoam的新實驗室則利用先進的成像技術探討細胞膜重塑的機制。兩人討論之後發現在巨型囊泡的分泌過程中，一個尚未解決的核心問題是細胞如何設法保持其膜的完整。按照經典模型提出的思路，多個巨型囊泡與該細胞膜的融合將不可避免地使細胞完全失去功能。

為了解決這個謎團，Shilo和Avinoam與Kamalesh Kumari博士合作，後者是兩個實驗室合聘的博士後研究員同時也是主導了這項研究的科學家。科學家們使用3D電子顯微鏡和其他成像方法來檢查果蠅幼蟲的唾液腺和小鼠胰分泌腺中的細胞，這兩種細胞都透過巨型囊泡分泌物質。該研究團隊也包含Nadav Scher、Tom Biton與Eyal D. Schejter博士

Avinoam說：「我們的研究顯示，與小囊泡相比，巨型囊泡利用一種未知的機制來從細胞中釋放物質，而這種機制顯然與教科書上的記載完全不同。」

研究結果發現，當一個巨型囊泡與細胞膜融合時，它並沒有融入到細胞的表面。相反地，它被一個由肌動蛋白所構成的蛋白質網所包裹，這個蛋白質網像擠牙膏器或滴管一樣作用，慢慢的從一個小開口中將囊泡內的物質擠壓到細胞外。在擠壓過程中，肌動蛋白會壓縮囊泡壁（就像你可能揉一張紙為貓做一個玩具球一樣）同時保持囊泡與細胞膜的區別。

這種機制確保了細胞膜在這一過程中不受破壞。至於空的皺巴巴的囊泡則是分解為成千上萬的小囊泡用於將物質轉移到細胞內部。

Shilo說：「這些發現為研究巨型囊泡如何釋放物質開啟了全新的方向，特別是在胞吐作用期間保持細胞膜完整性的機制。」

不僅在果蠅幼蟲中，在更接近人類分泌組織的小鼠細胞中也觀察到了這種皺縮外排作用，這一事實顯示人類細胞中也有可能使用相同的機制。而這又為探索各種人類疾病的潛在原因指引出了新的方向。

「皺縮機制的缺陷很可能涉及到例如乾眼症這類細胞釋放液體不足的疾病。或是如囊腫性纖維化導致分泌過多的疾病」Kamalesh說。「由於身體內部有些表面需要適當的潤滑才能良好地運作，例如：消化道。這種缺陷也可能影響到某些身體內部的疾病。」

關於Ori Avinoam博士

在Haifa讀高中時，Ori Avinoam第一次嘗試從學生身份轉為教師的角色。當他的生物老師不幸地在他們準備大學入學考試期間生病時，其他學生要求Avinoam接手，這讓老師非常高興。他回憶說：「生物總是自然而然地進入我腦海中。」

在Technion（以色列理工學院, Israel Institute of Technology）攻讀生物學和生物化學學士學位時，Avinoam開始對細胞膜著迷，因為細胞膜對每個細胞的生命都是不可或缺的。他開始尋找一份暑期實習研究以幫助他瞭解細胞膜與填充於細胞膜中的蛋白質之間的交互作用。

在他最後決定加入的實驗室裡，他受到在螢光成像技術下觀察到的細胞成長現象所震驚，這在當時是生物學中相對較新的方法。Avinoam說：「我看到了會動的發光圓圈。」「原來那是一隻透明的微型蠕蟲體內細胞的細胞核。這完全讓我大吃一驚。」

在Technion直接攻讀博士學位的過程中，以及後來在德國Heidelberg的歐洲分子生物學實驗室進行博士後研究時，Avinoam找到了一種將這兩個領域結合起來的方法。他開始使用先進的成像方法對細胞膜進行研究。

在他的博士後研究期間，他又有了一次學生轉換成老師的經驗。在他的同事的要求下，他開始教他們他練習好幾年的瑜伽。Avinoam說：「我發現練習瑜伽和做科學之間有很大的相似之處：都是以反思為基礎。」

在他於魏茲曼研究所的實驗室里，Avinoam利用螢光和電子顯微鏡以及其他最先進的方法研究細胞膜。他鑽研於細胞間融合和各種類型的分子從一個膜室到另一個膜室的移動過程，例如那些使精子和卵子融合、骨骼肌的發育或透過囊泡從細胞中釋放物質的過程。

而且，他每週一次為他的實驗室成員和朋友教授瑜伽課。

Avinoam和他的伴侶Yuval（航空工程師）以及他們三歲的雙胞胎（一男一女）住在校園之中。

資料來源：

https://wis-wander.weizmann.ac.il/life-sciences/body%E2%80%99s-main-cellular-squeeze