2021年诺贝尔生理学或医学奖颁给了大卫·朱利叶斯（David Julius）和阿德姆·帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian）。他们因发现了温度和触觉的受体而获奖。我们对冷热以及触碰的感知，对生存来说至关重要，这也是我们与周围万物连接互动的基础。在日常生活中，我们认为这些感觉都是理所当然的，但是神经冲动是怎样被激发的，继而让我们感受到温度和皮肤上的压力的呢？
这个问题，由今年诺贝尔奖的获奖者解答了。
大卫·朱利叶斯利用辣椒素来识别皮肤中对“热”有反应的神经末梢，因为这种来自辣椒的化合物可以引起皮肤灼热的感觉。阿德姆·帕塔普蒂安则是利用对压力敏感的细胞发现了一种新的感受器，这种感受器对皮肤和内脏器官受到的机械刺激有反应。这两个突破性的发现带动了许许多多的后续研究，让我们对神经系统感知冷热与机械刺激的认知有了迅猛的进展。
对于人体感知与周围环境的复杂关系，两位获奖者补上了关键性的缺失部分。他们的发现已经在多个领域有了实际应用。例如，关于辣椒素引发疼痛的研究催生了用于慢性疼痛的止痛药，而许多抗敏感化妆品中添加4-叔丁基环己醇来舒缓敏感性皮肤的高反应，源头也是上述发现。
我们是如何感知世界的？几千年来，感官背后的机制一直激发着我们的好奇，例如眼睛是如何感知光的、声波是如何传到内耳的，以及不同的化合物是如何与鼻子和嘴里的感受器相互作用，从而产生嗅觉和味觉的。我们也有其他方式来感知周围的世界。想象一下在炎热的夏天赤脚走过一片草坪，你可以感受到太阳的温度、风的轻抚，还有脚下的草叶。这些对温度、触觉和运动的感知对于我们适应不断变化的环境至关重要。
在17世纪，哲学家勒内·笛卡尔（René Descartes）设想了将皮肤不同部位与大脑连接起来的线。这样的话，如果一只脚碰到明火，大脑就会收到一个机械信号。后续的发现揭示了特化的感觉神经元的存在，它们可以反映环境的变化。
约瑟夫·厄兰格（Joseph Erlanger）和赫伯特·加瑟（Herbert Gasser）在1944年获得了诺贝尔生理学或医学奖，原因是他们发现了不同类型的感觉神经纤维，这些纤维可以对不同的刺激做出反应。从那时起，已经证明神经细胞是高度特异化的，可用于检测和传导不同类型的刺激，从而使得我们可以感知周围环境的细微变化。
在大卫·朱利叶斯和阿德姆·帕塔普蒂安的发现之前，对于神经系统如何感知和解析环境，我们的理解仍然包含一个未解决的根本问题：温度和机械刺激是如何在神经系统中转化为电脉冲的？20世纪90年代后半，大卫·朱利叶斯在美国旧金山的加利福尼亚大学工作。他意识到，通过分析辣椒素如何使我们碰触辣椒时感到灼热感，或许可以取得重大科学进展。
那时，人们已经知道辣椒素可以激活神经细胞、造成痛感，但是辣椒素发挥作用的机制仍是未解之谜。朱利叶斯和同事们一起建立了包括数百万DNA片段的文库。这些DNA片段，对应着能对疼痛、热和触碰产生反应的神经细胞中表达的基因。朱利叶斯和他的同事们假设这些DNA片段中有一段编码了可以与辣椒素反应的蛋白质。他们将文库中的DNA片段逐个导入本身不会对辣椒素产生反应的细胞中，使它们在培养的细胞中表达。
经过辛苦的搜寻，一段单独的基因被识别了出来，它可以让细胞变得对辣椒素敏感。他们找到了负责感受辣椒素的基因！后续的实验表明，识别到的基因编码了一种新的离子通道蛋白，这一新发现的辣椒素受体蛋白后来被命名为TRPV1。当朱利叶斯进一步研究这种蛋白对热的反应，他意识到他发现了热感觉受体。当温度达到令人疼痛的程度时，这些受体会被激活。
科学家还发现了其他相关的离子通道，我们现在明白了不同的温度如何在神经系统中诱发电信号。TRPV1的发现是该领域中的重大突破，开启了揭示更多温度感觉受体的道路。大卫·朱利叶斯和阿德姆·帕塔普蒂安利各自独立使用薄荷醇识别出了另一种受体——TRPM8，这一受体可以被寒冷激活。科学家随后识别出了更多与TRPV1及TRPM8相关的离子通道蛋白，并发现它们可以由不同的温度激活。
许多实验室开启了相关研究项目，使用缺失这些新发现的基因的转基因小鼠，研究这些蛋白质在温度感受中扮演的角色。大卫·朱利叶斯发现TRPV1的突破，让我们得以理解不同的温度如何在神经系统中诱导出电信号。
在压力下研究压力。虽然温度感觉机制的研究正逐步展开，但人们对于机械刺激如何转化为触觉和压力感觉的相关机制仍不清楚。研究人员此前在细菌中发现了机械感受器，但脊椎动物中触碰感知背后的机制仍然未知。
阿德姆·帕塔普蒂安当时在美国加利福尼亚州拉霍拉市的斯克利普斯研究所（Scripps Research）工作，他希望识别那些能够被机械刺激激活的难以捉摸的受体。帕塔普蒂安和同事首先识别出了一种细胞系：当用微量移液管插入某单个细胞时，该细胞系会发出可测量的电信号。他们假设机械力激活的受体是一个离子通道，并在下一步中识别出72个编码潜在受体的候选基因。
他们逐一令这些基因失活，以发现这些细胞中负责机械敏感性的基因。经过艰苦的搜寻，帕塔普蒂安和同事成功地识别出了一个单一基因，该基因沉默时，细胞对微量移液管的戳刺不再敏感。由此，他们发现了一种全新的、完全未知的机械敏感离子通道，并以希腊语单词“压力”（píesi）将其命名为PIEZO1。依靠与PIEZO1的相似性，第二个基因被发现并命名为PIEZO2。
他们发现感觉神经元表达了高水平的PIEZO2，同时进一步的研究证实，针对施加在细胞膜上的压力，Piezo1和Piezo2是可以被直接激活的离子通道。
通过培养的机械敏感细胞，帕塔普蒂安使用识别出一个由机械力激活的离子通道Piezo1，并在此基础上发现了与其相关的第二个离子通道Piezo2。帕塔普蒂安的突破进展让他和其他团队发表了一系列论文，证明了Piezo2离子通道对触觉至关重要。
此外，Piezo2被证明在身体姿态和运动等极其重要的感知（称为本体感觉）中起着关键作用。在进一步的研究中，Piezo1和Piezo2通道被证明可以调节其他重要的生理过程，包括血压、呼吸和膀胱控制。
通道出问题，可能带来大麻烦。以上是正常人感受温度与机械压力的机制，如果这些通道出现了问题，会有什么后果？关于基因突变者的研究为解释通道的作用提供了重要线索。
TRP离子通道异常可以引起多种疾病，其中一种被称为家族性发作性疼痛综合征1型。这是TRPA1基因突变引起的常染色体显性遗传疾病，表现为发作性上半身疼痛，可由寒冷、饥饿和身体压力诱发。PIEZO1基因功能缺失可导致一种淋巴管畸形，表现为面部和四肢淋巴水肿，表明PIEZO1参与了相应淋巴结构的发育。PIEZO1的功能获得性突变可导致溶血性贫血，出现巨红细胞症、口形红细胞及红细胞脱水。
PIEZO2基因突变也是数种遗传疾病的基础，这些疾病表现为触觉、振动和本体感觉的改变。其中，PIEZO2缺乏综合征患者的本体感觉、触觉和振动觉显著减弱，这会导致感觉性共济失调、辨距困难、步态异常、肌肉无力和萎缩、脊柱侧弯、围生期呼吸窘迫及膀胱源性排尿障碍等。PIEZO2的功能获得性突变则表现为眼球运动异常、身材矮小、腭裂及小颌畸形等。
这感觉对了！
今年诺贝尔生理或医学奖获得者大卫·朱利叶斯及阿德姆·帕塔普蒂安对TRPV1、TRPM8和Piezo通道的突破性发现，使我们理解了热、冷和机械力如何触发神经冲动，从而让我们能够感知和适应周围的世界。TRP通道是使我们能够感知温度的核心。Piezo2通道使我们拥有了触觉，并对身体各个部位的位置和运动有了知觉。对其他很多需要感知温度或机械刺激来发挥作用的生理功能，TRP和Piezo通道也具备作用。
有大量正在开展的研究是基于今年诺贝尔生理或医学奖的发现，这些研究的重点在于阐明上述通道在各种生理过程中发挥的功能。这些知识可用于研发治疗多种疾病的方法，比如慢性疼痛。
今年诺贝尔奖生理学或医学奖得主的开创性发现，解释了热、冷、触摸是如何启动我们的神经系统中的信号的。他们所发现的离子通道对许多生理过程和疾病都至关重要。
让我们再来认识一下今年诺贝尔生理学或医学奖的两位得主：大卫·朱利叶斯于1955年出生于美国纽约，1984年在加州大学伯克利分校获得博士学位。他曾在纽约哥伦比亚大学做博士后。1989年，他被加州大学旧金山分校聘用，现在是该校教授。阿德姆·帕塔普蒂安于1967年出生于黎巴嫩的贝鲁特。他年轻时从饱受战争摧残的贝鲁特搬去美国洛杉矶。1996年，他在加州理工学院获得博士学位。
他曾在加州大学旧金山分校做博士后研究。自2000年起，他便在斯克里普斯研究所就职，现在是教授。自2014年起，他也是霍华德·休斯医学研究所的研究员。
明后两天，2021年诺贝尔奖还将公布物理学奖和化学奖。果壳依然会跟你一起等待诺奖的结果，并在第一时间发布最靠谱的诺奖解读。快来关注，不要错过！