2021年诺贝尔奖揭晓|痛觉和触觉能破解多亏这两位科学家

来源: 环球科学

发布日期: 2021-10-05

2021年诺贝尔生理学或医学奖授予美国生理学家戴维·朱利叶斯和美国分子生物学家阿尔代姆·帕塔普蒂安,以表彰他们发现温度和触觉感受器。这些发现极大地增进了我们对神经系统如何感知和响应热、冷和机械刺激的理解。

2021年10月4日北京时间17时30分许,美国生理学家戴维·朱利叶斯(David Julius)和美国分子生物学家阿尔代姆·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian)因发现温度和触觉感受器获得2021年诺贝尔生理学或医学奖。

戴维·朱利叶斯(David Julius),1955年出生于美国纽约。

1984年于美国加利福尼亚大学伯克利分校(University of California, Berkeley)毕业并获得博士学位,曾于美国哥伦比亚大学(Columbia University)做博士后研究,1989年入职美国加利福尼亚大学旧金山分校(University of California, San Francisco),现为该校教授。

朱利叶斯曾获得2010年度邵逸夫奖,2020年获科学突破奖。

阿尔代姆·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian),1967年出生于黎巴嫩贝鲁特。年轻时,他从饱受战争蹂躏的贝鲁特搬到美国洛杉矶,1996年于美国加州理工学院(California Institute of Technology)获得博士学位。

他曾是加利福尼亚大学旧金山分校的博士后研究员(University of California, San Francisco)。自2000年以来,他是美国斯克里普斯研究中心(Scripps Research)的一名科学家,现在他是那里的教授。自2014年以来,他一直是霍华德·休斯医学研究(Howard Hughes Medical Institute)所的研究员。

我们感知热、冷和触觉的能力对于生存至关重要,这是我们与周围世界互动的基础。在日常生活中,这些感觉的存在被认为是理所当然,但感知温度和压力的神经冲动究竟如何产生?今年的诺贝尔奖获得者解决了这个问题。

戴维·朱利叶斯利用辣椒素(一种来自辣椒的刺激性化合物,可引起灼烧感)来识别皮肤神经末梢中对热有反应的感受器。阿尔代姆·帕塔普蒂安利用压敏细胞发现了一种可对皮肤和内脏中的机械刺激做出反应的新型感受器。这些突破性发现引领了一系列密集的研究活动,使得我们对神经系统如何感知热、冷和机械刺激的理解迅速加快。两位获奖科学家发现了感官与环境之间复杂相互作用中的关键性缺失环节。

17世纪,哲学家勒内·笛卡尔(René Descartes)设想了将皮肤的不同部分与大脑联系起来的“线”。通过这种机制,接触明火的脚会向大脑发送机械信号。后来的发现表明,人体存在特化的感觉神经元,能记录我们周围环境的变化。

约瑟夫·厄尔兰格(Joseph Erlanger)和赫伯特·加塞(Herbert Gasser)发现,机体存在不同类型的感觉神经纤维,能对不同刺激作出反应,例如对疼痛和非疼痛触摸的反应,二人因此获得了1944年诺贝尔生理学或医学奖。随后,科学家证明神经细胞已经高度特化,以检测和转导不同类型的刺激,这令我们能够对周围的环境进行细微的感知。

在20世纪90年代后期,美国加利福尼亚大学旧金山分校的戴维·朱利叶斯在对化合物辣椒素(capsaicin)如何引发接触辣椒时的灼烧感的分析中,看到了胜利的曙光。彼时我们已知辣椒素可以激活引起疼痛感受的神经细胞,但这种化学物质具体如何起到这个作用,仍是未解之谜。朱利叶斯和同事创建了一个包含数百万个DNA片段的文库,这些片段对应感觉神经元表达的基因,它们可以对疼痛、热和触觉做出反应。

朱利叶斯和同事假定这个DNA库中包含了编码与辣椒素反应的蛋白质的DNA片段。他们在一般不对辣椒素起反应的体外培养细胞中,将上述DNA文库的基因单独表达了出来。经过大量的工作和艰苦的搜索,他们确定了一个能够使细胞对辣椒素敏感的基因——机体感受辣椒素的基因被发现了!进一步的实验表明,他们找到的这个基因编码了一种新的离子通道蛋白,这一辣椒素受体后来被命名为TRPV1。

当朱利叶斯探索这种蛋白质对热的反应能力时,他意识到这是一种热敏受体,它能在令人感到疼痛的温度下被激活。

今年诺贝尔奖获得者关于TRPV1、TRPM8和Piezo通道家族的突破性发现,使我们理解了冷、热、机械作用力如何触发神经冲动,以及人类感知并适应外界刺激的机制。TRP通道家族正是我们温度感知能力的核心。Piezo2离子通道则赋予了我们触觉,以及获得本体感觉的能力。

人体还有大量其他生理功能赖于TRP和Piezo通道家族,它们均建立在机体对温度和机械作用力等其他刺激的感受之上。基于今年获诺贝尔奖的发现还有众多研究正在进行之中,研究者正致力于阐明它们在各种生理过程中的功能。这些知识将大范围应用在开发众多疾病疗法的过程中。

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