囊泡转运（英语：Vesicular transport或Vesicle trafficking）大分子物质及颗粒性物质不能穿过细胞膜，是以另外一种特殊方式来进行跨细胞膜转运的，即物质在进出细胞的转运过程中都是由膜包裹、形成囊泡、与膜融合或断裂来完成的，故又称囊泡转运。

囊泡是真核细胞中十分常见的膜泡结构。它不像内质网、高尔基复合体、溶酶体和过氧化物酶体那样作为一种相对稳定的细胞内固有结构存在，但仍然是细胞内膜系统不可或缺的重要功能结构组分和细胞内物质定向运输的载体功能和表现形式。承担细胞内物质定向运输的囊泡类型至少有10种以上。网格蛋白有被囊泡、COP I和COPⅡ有被囊泡是了解较多的三种囊泡类型。网格蛋白有被囊泡的形成需网格蛋白、衔接蛋白和动力蛋白的参与。

这种方式主要见于细胞器之间的蛋白质运输，如蛋白质从内质网转运到高尔基体以及从高尔基体转运到溶酶体、分泌泡、细胞质膜、细胞外等，这种小泡称为运输小泡，转运过程称为囊泡运输。运输小泡直径为50～100nm，通常从一个细胞器以芽生方式形成，小泡内包裹被运输的蛋白质，当它到达靶细胞器时即与其融合，将蛋白质从一个细胞器运送到另一个细胞器。

蛋白质通过分泌途径进行运输至少可分为3个不同的阶段，首先是蛋白质从内质网中输出，然后呈递到高尔基体；其次是高尔基体内的运输；最后是高尔基体后的运输，此步包括了从高尔基体的反面高尔基网络到内体和质膜的蛋白质运输。蛋白质从内质网到高尔基体以及在高尔基体内的运输要进行浓缩，通常称之为分泌蛋白质的质量控制。

囊泡虽然可被视为是内膜系统重要的整体功能结构组分之一。但是与内质网、高尔基复合体、溶酶体以及过氧化物酶体等膜性细胞器不同，它们并非是一种相对稳定的细胞内固有结构，而只是细胞内物质定向运输的载体和功能表现形式。

据研究推测，承担细胞内物质定向运输的囊泡类型至少有10种以上。其中网格蛋白有被囊泡、COP I和COP II有被囊泡是了解较多的3种囊泡类型。

网格蛋白有被囊泡

网格蛋白有被囊泡可产生于高尔基复合体，也可由细胞膜受体介导的细胞内吞作用而形成。由高尔基复合体产生的网格蛋白小泡，主要介导从高尔基复合体向溶酶体、胞内体或质膜外的物质输送转运，而通过细胞内吞作用形成的网格蛋白小泡，即有被小泡（有被囊泡），则是将外来物质转送到细胞质，或者从胞内体输送到溶酶体。

1．网格蛋白

网格蛋白有被小泡是被研究得最为透彻的一类囊泡，此类囊泡表面覆盖一层纤维丝状蛋白质，形同网格，故而得名。典型的网格蛋白有被囊泡直径一般在50～100nm之间。由细胞质膜内凹或高尔基体反面膜囊外凸芽生而成。网格蛋门分子由3条重链和3条轻链组成，每一条重链与一条轻链组合在一起，形同一个外展的臂，3条臂组合在一起，形同网格蛋白的空间结构，因此网格蛋白也称三条臂蛋白。网格蛋白重链的分子量为180KD，轻链为35～40KD。网格蛋白覆盖于球形转运囊泡表面，使后者张力大大提高。

该类囊泡的结构特点除以网格蛋白纤维构成的网络结构外，还有在网格蛋白结构外框与囊膜之间约20nm的间隙中填充许多衔接蛋白。

2．衔接蛋白

网格蛋白自身不能捕获转运分子，其囊泡捕获特异性分子就是依靠衔接蛋白来实现的。衔接蛋白一方面形成相对于外侧网格蛋白框架而言囊泡的内侧结构，另一方面还介导网格蛋白与囊膜跨膜受体的连接，从而形成和维系了网格蛋白一囊泡的一体化结构体系。已经发现的衔接蛋白有4种，它们选择性地通过与不同受体一转运分子复合体的结合，形成特定的转运囊泡，进行不同的物质转运。这种复杂的相互作用结果，还使得进入网格有被囊泡的被转运物质受到了浓缩。其中3种衔接蛋白（AP1、AP2和AP3）性质已明。

3．动力蛋白

网格蛋白有被囊泡的产生是一个非常复杂的过程，涉及到多种因素的参与和作用。在小泡的形成中，除网格蛋白与衔接蛋白之外，动力蛋白也称缢断蛋白——细胞质中一种可结合并水解GTP的特殊蛋白质，具有极其重要的作用。缢断蛋白由900个氨基酸组成，在膜囊芽形成时，缢断蛋白与GTP结合，并在外凸（或内凹）芽生膜囊的颈部聚合形成环状，随着它对GTP的水解进行，缢断蛋白环向心缢缩，直至小泡断离形成。而一旦小泡芽生形成，便会立即脱去网格蛋白外被，转化为无被转运囊泡，开始转运运行。

COPⅡ有被囊泡

COPⅡ有被囊泡由粗面内质网所产生，属于非网格蛋白有被囊泡类型，最早被发现于酵母细胞粗面内质网与胞浆及ATP的共育实验。利用酵母细胞突变进行研究鉴定，发现COPⅡ外被蛋白由五种亚基组成。其中的Sar蛋白属于一种小的GTP结合蛋白，它可通过与GTP或GDP的结合，来调节膜泡外被的装配与去装配。Sar蛋白亚基与GDP的结合，使之处于一种非活性状态；当取而代之于GTP结合时，Sar蛋白就会被激活，并导致其结合与内质网膜，同时引发其他蛋白亚基组分在内质网膜上聚合、装配、出芽，随即断离形成COPn有被囊泡。

COPⅡ囊泡主要负责介导从内质网到高尔基复合体的物质转运。实验证明，应用COPⅡ囊泡外被蛋白的抗体，能够有效阻止内质网膜小泡的出芽。有人用绿色荧光蛋白（GFP）标记示踪技术观察COPⅡ有被囊泡的转运途径发现：当COPⅡ囊泡在内质网生成之后，在向高尔基复合体的转移途中，常常数个彼此先行融合，形成所谓的”内质网一高尔基体中间体”，然后再沿微管系统继续进行，最终到达高尔基复合体之顺面（形成面）。COPⅡ囊泡在抵达其靶标之后，与靶膜融合之前，即由结合的GTP水解，产生Sar-GDP复合物，促使囊泡包被蛋白发生去装配，导致囊泡脱去衣被称为无被转运囊泡。

COPⅠ有被囊泡

COPⅠ囊泡首先发现于高尔基复合体，亦属于非网格蛋白有被囊泡类型。主要介导蛋白质从高尔基体运回内质网，包括从外侧高尔基体运向内侧高尔基体以及将蛋白质从内侧高尔基体运回内质网。

COPⅠ外被蛋白覆盖于囊泡表面，也是一种由多个亚基组成的多聚体。发现COPⅠ有被囊泡外被蛋白的α、β、γ、ε、ζ等几种蛋白亚基成分，其中a蛋白（也称ARF蛋白）类似于COP II中Sar蛋白亚基，即作为一种GTP结合蛋白，可调节控制外被蛋白复合物的聚合、装配及膜泡的转运。

形成和定向运输

3种不同运输小泡的形成和定向运输都是由信号指导的。如KDEL信号是内质网蛋白的滞留信号，因此KDEL是COPⅠ被膜小泡形成的信号。小泡的形成不仅需要信号，同时也需要衔接蛋白和信号受体。

囊泡的形成

在真核细胞中，蛋白质分子沿着胞吞和分泌的途径进行运输，分子运输到正确的目的地并不影响细胞及细胞器结构的完整。囊泡从细胞质膜或细胞内膜系统芽生后，需经规定的途径才能到达靶细胞器，并卸载所转运的物质。从内质网到高尔基体之间的转运可通过简单弥散来完成。但从高尔基体到细胞质膜的路程长，需要借助某种蛋白质才能完成转运。囊泡运输从一个细胞器芽生到抵达另一靶细胞器并卸载所转运的物质，经过识别、停靠与融合等过程。

膜泡介导的蛋白质运输，无论是正向还是反向，都经历了3个主要步骤。首先是被蛋白以膜泡形式出芽和膜泡中货物的选择（COPⅡ被蛋白质介导运输的蛋白质从ER中输出，COP I被蛋白质介导高尔基器和ER之间以及不同的高尔基潴泡之间的反向运输。此外，COPⅠ被也参与穿过高尔基器的前向运输以及内吞膜泡的运输）；第二步是膜泡运输到相关的受体腔膜上并被束缚，Rab GTP酶家族的成员、相关的效应蛋白质和细胞骨架蛋白质在此步中起重要的作用；最后，膜泡锚定到受体腔膜上并与之融合，这一步至少部分的是通过SNARE蛋白质介导的。

囊泡在靶细胞器的停靠

膜泡产生出来之后，必须经过合适的定向以与靶膜（如顺面高尔基器膜）或其他膜融合。就如从ER中形成膜泡需要一些特异的蛋白质一样，膜泡的定向和与靶膜的融合也需要一些特异的组分参与，这些组分包括Rab GTP酶、束缚因子和SNARE复合物。

运输的膜泡在运输过程中必须与靶膜融合以达到运输的目的。从分子水平上来解释这种融合机制的模型称为SNARE假说。该假说认为每种类型的运输膜泡都有不同的V - SNARE（神经元细胞中为VAMP-2），可与相应靶膜上的特异的t - SNARE（神经元细胞中为SNAP - 25）识别配对，通过这种特异的相互作用将膜泡锚定到靶膜上，然后在α-NAP辅助下，通过NSF的ATP酶活性可逆地解离SNARE复合物，驱动膜融合。该假说认为膜泡的运输是特异的，因为介导膜泡融合的SNARE蛋白之间的结合是特异的。事实上许多不同的SNARE蛋白定位于不同的胞内腔室。

一旦转运囊泡识别靶细胞质膜，便在此停靠，接着囊泡与质膜融合并释放出转运分子。囊泡与靶细胞器质膜锚定后，不仅将所转运分子释放至细胞器腔内，而且还把囊泡膜融合到细胞器的膜上。囊泡锚定不仅需要一套特定信号分子，同时，也需要囊泡与质膜紧密相接，才能使得质膜上彼此突出的蛋白质相互作用，启动融合过程。囊泡融合要求囊泡与靶细胞质膜的接触要更加紧密（双方距离在1.5nm之内）。为使它们紧密接触，必须去除膜亲水面的水分子，这一过程消耗大量能量，那么这些能量来自何方？研究发现，细胞内所有的膜融合很可能是由一种特异蛋白催化完成的，该蛋白质在质膜的融合部位合成，谓之融合蛋白，与SNAREs组装成融合复合物，为这一过程节约能量。同SNAREs一样，已经分离出许多催化囊泡融合的胞浆蛋白，但它们如何发挥作用还不知道。

囊泡与靶细胞器的融合

虽然囊泡转运的目的看似简单，即将囊泡中转运的蛋白质交给靶细胞器便大功告成，但转运囊泡的融合却相当复杂，而且每一种囊泡的融合各具特点。上面提到3种囊泡融合的共同点是：

①包被蛋白在囊泡发生融合前必须脱去，也称解聚；

②转运囊泡的囊膜上存在着决定转运方向的信号蛋白v-SNAREs，它与靶细胞器上的t-SNAREs互补，确保转运囊泡准确到达于此并与之融合。

1．SNARE假说

从分子水平上来解释膜泡运输过程中融合机制的主要模型为SNARE假说。该假说认为每种类型的运输膜泡都有不同的v-SNARE蛋白质，可与相应靶膜上的特异的t-SNARE识别配对，通过这种特异的相互作用将膜泡锚定到靶膜上，形成反式SNARE复合物，然后在α-SNAP蛋白质的辅助下，通过NSF蛋白质的ATP酶活性可逆地解离SNARE蛋白质复合物，驱动膜融合，形成顺式SNARE复合物。该假说认为膜泡的运输是特异的，因为介导膜泡融合的SNARE蛋白质之间的相互作用是特异的。尽管SNARE蛋白质最先是在神经元突触膜泡和质膜上发现的，但其同源物也存在于细胞间的其他运输过程中。几乎膜运输的每一步都是由一对不同的SNARE蛋白质（v-SNARE和t- SNARE）来进行的。SNARE蛋白质介导胞内不同的膜泡运输，如ER到高尔基体和高尔基体到质膜等的运输；且SNARE蛋白质从酵母到人类都是保守的。

2．SNARE蛋白质的种类

SNARE蛋白质在所有迄今研究过的胞内运输途径巾仍然占据着中心位置。Syntaxin、SNAP25和VAMP/synaptobrevin是最先发现的SNARE蛋白质，也是研究最为详细的SNARE蛋白质。囊泡融合至少涉及3种蛋白质参与，v- SNARE、t- SNARE和SNAP25，也称为融合锚定蛋白。SNAP25由两条a-螺旋肽链组成，常与t- SNAREs相伴，为v-SNAREs的受体。体外研究表明，当含v - SNAREs脂质体与含t-SNAREs/SNAP25脂质体相接触时，先有锚定蛋白的结合，即两条α链的SNAP25与另各由一条a链的v-SNAREs和t-SNAREs相互织缠，将双方牢牢系住。这一过程在数秒钟即可完成。真核细胞中，除了上述3种蛋白，还有N-乙基马来酰亚胺敏感因子（NSF）参与囊泡融合。AFS为等大四聚体蛋白，可催化ATP水解。此外α-、β-、γ-SNAPs也参加囊泡融合过程。

SNARE是一些小的蛋白质，分子量为18～42KD。所有SNARE蛋白的标志是它们在近膜端区都含约60个保守的氨基酸残基组成的七段重复序列（称为SNARE基序）。可以形成coiled - coil结构，此螺旋束可连接两个相对的膜进行膜融合。例外是SNAP25蛋白质，这个蛋白质有两个SNARE基序，通过该蛋白质中央部分共价连接的棕榈酰基团而结合到膜上。大多数SNARE蛋白质是羧端锚定的跨膜蛋白（Ⅱ型整合膜蛋白质），带一很短的胞质外结构域或不带，具功能的氨基端朝向胞液。但也有许多SNARE蛋白质是通过棕榈酰化或异戊二烯化锚定在膜上，而没有跨膜结构域。

3．Rab蛋白在囊泡转运与融合中的调节作用

除了锚定蛋白外，还有其他一些蛋白参与调节囊泡转运。这其中Rab尤为重要。Rab属GTP结合家族，含有200个氨基酸，蛋白结构与Ras极为相似，通过不断结合与水解ATP的循环过程，调节囊泡的融合速度。胞浆中存在着异种蛋白，称为GDI，会抑制Rab和GDP的解离（因为胞浆内存在大量的GTP,若GDP脱落,Rab可能会在不正确的位置与GTP结合），而当Rab运输到特定位置后，GEF可特异性催化Rab与GDP解离，并与GTP结合，使Rab分子构象发生改变，从而同转运囊泡表面蛋白迅速结合。当囊泡融合时，GTP水解成GDP，与Rab分离。可以看出，Rab与GDP结合，再置换GTP，最后水解GTP构成调节囊泡融合的整个过程。这一循环过程受到Rab/GTP绝对结合率的严格调节。至于何种蛋白参与其调节，尚不得知。

有实验结果显示，Rab为囊泡融合的“定时器”。在早期内体发现有Rab5存在。所谓早期内体实际上是网格蛋白囊泡内吞时在细胞膜内侧迅速形成的融合体。没有Rab5参与，内体就不能形成。换言之，囊泡不能融合。在无细胞提取液中加入Rab5，囊泡融合加速。同理，Rabl调节着内质网到高尔基体转运囊泡的融合过程。如果将Rabl换成Rab5和Rab7，则对这一过程无效。酵母Sec4基因编码的蛋白与细胞Rab同源。如果将Sec4突变，则分泌囊泡不能与细胞融合。然而有关Rab与V-SNARE是否相互作用决定囊泡的去向，还有待阐明。

2013年当地时间10月7日，瑞典斯德哥尔摩，2013年诺贝尔生理学或医学奖揭晓，耶鲁大学教授詹姆斯-E.罗斯曼、加州大学伯克利分校教授兰迪-W.谢克曼及德国生物化学家托马斯-C.苏德霍夫因在细胞内主要运输系统的新发现获奖。诺奖委员会说，三人发现了细胞囊泡交通的运行与调节机制。

获奖理由：发现了细胞囊泡运输系统的运行与调节机制。根据三名科学家的发现，每个细胞都是一个生产和传送分子的工厂。分子通过细胞周围的囊泡在正确的时间传送到身体所需部位。他们的基础发现有助于治疗因为细胞运输混乱而造成的疾病，如神经性疾病、糖尿病以及免疫组织紊乱等。