日常生活中,我们大多数人在吃到辣椒或其他辛辣食物时,嘴里会有灼烧感,却不会思考这是为什么。但他却对此燃起了兴趣,并以辣椒素为始识别了热感受器,踏入了以往神经科学缺少的环节。他就是美国生理学家戴维·朱利叶斯。
朱利叶斯从小在纽约布鲁克林的布莱顿海滩长大,这是一个俄罗斯移民社区。他的父亲是一名电气工程师,他的母亲是一名小学教师。童年时的朱利叶斯就和我们这些普通人一样从没有想过自己要成为一名科学家。
他曾在纽约的尖子高中学校史岱文森高中学习过一年,但后来选择转学到离家更近的公立高中,因为他“厌倦了史岱文森高中无休止的考试和成绩竞争”。在林肯高中,有一位优秀又有趣的赫伯·艾萨克森老师向学生们展示了科学与日常生活的相关性,他的指导使朱利叶斯重新考虑了自己的志向。
1973年,他前往麻省理工学院就读,计划未来成为一名医生。然而,求学期间亲身参与研究的体验让他意犹未尽。大三时,朱利叶斯开始在生物大分子领域的传奇人物亚历山大·里奇手下做实验。1977年,朱利叶斯进入加州大学伯克利分校的生物化学系攻读研究生。他的两位指导老师分别是著名的生物化学家杰里米·索纳和兰迪·谢克曼,后者在2013年获得诺贝尔生理学或医学奖。
此后,他对神经生物学,尤其是对利用分子遗传学和药理学方法破译神经元功能的可能性产生了浓厚的兴趣。因此,1984年,他在哥伦比亚大学与神经生物学家理查德·阿克塞尔一起进行博士后研究。1989年,朱利叶斯来到加州大学旧金山分校,开始有了自己的实验室,随即带领团队展开研究。
随着朱利叶斯的注意力转移到神经系统,他越来越好奇,为什么食物和其它产品中天然存在的化合物有时会对大脑中的受体起作用,引起幻觉或其他大脑功能的变化。几十年来,研究人员一直在实验室里用辣椒素来研究疼痛。辣椒素是一种辛辣的辣椒提取物,能给人以灼烧感。然而,没有人知道辣椒素为什么会产生这种效果。朱利叶斯对涉足这样一个未开发的领域犹豫不决。
有一天,当他和妻子、加州大学旧金山分校的教授霍莉·英格拉姆一起逛超市时,妻子发现他盯着香料货架陷入了沉思,于是鼓励他冒险一试。他,照做了。此后,朱利叶斯带领团队创建了一个包含了百万个DNA片段的基因库。在这个基因库当中,这些DNA片段都是神经元中能对疼痛、热和触感做出反应的基因。
他和同事们假设,这个数据库中包含一个能够编码与辣椒素反应的蛋白质的DNA片段。经过艰难探索,他们终于发现了一个能够使细胞对辣椒素敏感的DNA片段。通过对目标DNA片段的进一步研究,他们发现该DNA片段可以编码出一种离子通道蛋白质受体,这个蛋白质受体后来被命名为:TRPV1。
他们还发现,这个蛋白质受体拥有能对“热”做出反应的能力。换句话说,这个蛋白质受体其实是在感受到疼痛的温度后,才被激活的。而这也就解释了,为什么吃了特别辣的东西时,很多人都急着要喝冰水。
TRPV1的发现是一个极其重大的突破,它开启了一扇全新的大门,科学家可以沿着这个路径去研究其它温度感应受体。事实也是如此。比如,后来科学家们真的找到了会被“冷”激活的蛋白质受体TRPM8(薄荷素)。除此之外,基于TRPV1的研究,也可以帮助科学家研发新型止痛药。
此后的二十多年,朱利叶斯以TRPV1为起点,又相继发现了多种与躯体感受相关的TRP家族的通道蛋白。与此同时,他与同事程亦凡的实验室合作,解析了包括TRPV1在内的多种TRP蛋白的三维结构,并综合运用基因敲除等生理手段,试图回答这些神奇蛋白的结构与功能关系,为靶向药物开发提供理论基础。
2021年10月4日北京时间17时30分许,美国生理学家戴维·朱利叶斯和美国分子生物学家阿尔代姆·帕塔普蒂安因发现温度和触觉受体获得2021年诺贝尔生理学或医学奖。得知自己获奖的朱利叶斯,与妻子以一杯晨间咖啡作为庆祝。
朱利叶斯获得诺贝尔奖,除了他本人及家人之外,最开心的可能要属他的博士生导师、2013年诺贝尔生理学与医学奖得主兰迪·谢克曼了。谢克曼在接受专访时透露,自己正是朱利叶斯获得诺奖的提名人(之一)。
朱利叶斯与谢克曼的师生关系,是有些偶然的缘分的。朱利叶斯的第一位博士导师中途离开了加州大学伯克利分校,于是朱利叶斯同时加入了谢克曼和杰里米·索纳的实验室,谢克曼和索纳成为了朱利叶斯的联合导师。
尽管之后朱利叶斯与谢克曼没有更多学术上的合作,但谢克曼仍然时刻关注这位学生的研究进展,并提名他获得许多奖项。2010年,朱利叶斯获得邵逸夫奖,这是他获得的第一个重要奖项,时任邵逸夫奖评委的谢克曼就起到了重要作用。而当谢克曼本人获得诺贝尔生理学与医学奖,拥有诺奖提名资格之后,他也提名了朱利叶斯。
他同时表示,基于朱利叶斯的研究,未来可以通过在分子水平上了解这些受体,阐明新的镇痛方法和药物靶点,以开发更有效和特异性的药物,治疗急性或慢性疼痛。2021年,65岁的朱利叶斯说,他希望他的工作能推动新的止痛药的开发,并解释说,即使是日常活动背后的生物学也可能具有巨大的意义。