10月4日,在瑞典首都斯德哥尔摩卡罗琳医学院,诺贝尔奖委员会总秘书长托马斯·佩尔曼宣布,2021年诺贝尔生理学或医学奖授予戴维·朱利叶斯和阿登·帕塔普蒂安,以表彰他们在“发现温度和触觉感受器”方面作出的贡献,两位获奖者将分享1000万瑞典克朗奖金(约合736万元人民币)。
　　评奖委员会说,人们对热、冷和触觉的感知能力对生存至关重要,支撑着我们与周围世界的互动。在日常生活中,我们认为这些感觉理所当然,但神经冲动是如何产生的,从而使温度和压力可以被感知?今年的诺贝尔奖得主解决了这个问题。
　　为何吃辣会发热,
吃薄荷会凉爽?
　　美国科学家戴维·朱利叶斯利用辣椒素(一种从辣椒中提取的刺激性化合物,能产生灼烧感)来识别皮肤神经末梢上对热作出反应的感应器。阿登·帕塔普蒂安利用压力敏感细胞发现了一种对皮肤和内部器官的机械刺激作出反应的新型感应器。这些突破性的发现引发了激烈的研究活动,使得人们对神经系统如何感知热、冷和机械刺激的理解迅速增加。
　　提到辣的东西,我们都会有一种“热”的感觉,红辣椒会让你嘴巴感觉灼烧,吃完辣椒第二天“身体末端”很有可能也会经历火辣辣地疼。神奇的是,还有一些东西会让我们觉得“冷”,比如薄荷。
　　辣椒中的辣味来自一种叫辣椒素的物质。早先,一些科学研究表明,在辣椒素和高温的刺激下,一部分感觉神经元变得活跃。然而,关于其作用的具体机制一直存在争议。直到1997年,朱利叶斯在感受疼痛的神经元上识别出了受体分子TRPV1,并证明它能被高温和辣椒素激活,才揭开了答案。而这也解释了辣总是和热联系在一起的原因。
　　TRPV1属于一个离子通道家族,它位于细胞膜上,一旦激活就会打开,让带电离子(如钠和钙)流入细胞。它广泛地分布在我们身上,这就是为什么辛辣的食物在进出身体的过程中都会带来灼热的感觉。
　　TRPV1是第一个在脊椎动物身上被确认生理功能的TRP通道,可以说是理解触觉和痛觉的分子基础的一个里程碑,让我们认识到物理力激活神经元的机制。
　　戴维·朱利叶斯使用辣椒素来鉴定TRPV1,这是一种由热痛激活的离子通道,使得我们了解温度变化如何在神经系统中诱导电信号。
　　随后,TRP通道在温度感知中的作用得到进一步确认。朱利叶斯和帕塔普蒂安分别独立确认了TRPM8是一种会对薄荷醇和寒冷产生反应的分子。现在越来越多发现表明,TRP家族在进化史上是一个非常古老的体系。人们也认识了更多家族成员,包括“芥末感受器”TRPA1、会被百里香等香料激活的TRPA3等等。
　　朱利叶斯的进一步研究还揭示了,TRPV1对炎症过程中产生的化学物质很敏感,与炎症相关的疼痛敏感反应有关,这为癌症疼痛和其他疾病的治疗开辟了新的潜在途径。
为何闭上眼后
能走路如常?
　　然而,帕塔普蒂安在思考我们如何感受外部环境刺激时,选择了一个不同的研究方向。
　　2010年,他的团队发现了两个新的离子通道,它们会被机械压力(用细棒轻轻戳)激活,产生电活动。这两个离子通道被命名为Piezo1和Piezo2。这个名字来自希腊语中的“piezi”,意为“压力”。
　　这项突破同样开启了一片全新的领域。在感觉神经元和其他细胞上发现的Piezo1和Piezo2,引领了大量新研究,让人们逐渐认识这些离子通道在触觉、疼痛、血压调节和本体感觉等各方面压力感知中的作用。
　　其中或许最令人感到新奇的要数与本体感觉相关的研究。本体感觉是指我们感知身体在空间中位置的能力。这种感觉让我们能够站立和行走,甚至闭上眼睛或蒙上眼睛后依旧能行走自如,它依赖的是那些向大脑发出肌肉伸展信号的神经元。
　　帕塔普蒂安的团队和其他研究已经证明,Piezo2是本体感觉相关的关键分子。有研究称,罕见的Piezo2缺乏的人,在黑暗中站立和行走都有困难。帕塔普蒂安更近期的研究,在人类遗传学和小鼠模型上已经证明,Piezo1在控制红细胞体积中会发挥作用。他发现了一种Piezo1基因的变异,似乎可以防止疟原虫感染。
　　帕塔普蒂安在接受采访时曾表示,他的研究生涯中也曾经历过很长一段时间进展缓慢的阶段,他甚至曾经想过转行。但幸好他坚持了下来。
　　目前,还有很多正在进行中的研究侧重于阐明这些通道在各种生理过程中的功能,这些知识被用于开发多种疾病的治疗方法,包括慢性疼痛。
　　今年的诺奖获得者的开创性发现解释了热、冷和触摸如何在我们的神经系统中引发信号,这些离子通道对许多生理过程和疾病发生来说非常重要。