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浙江新聞客戶端 記者 李嬌儼

圖源：諾貝爾獎官網(wǎng)

10月4日（2021年），美國生理學家大衛(wèi)·朱利葉斯和美國分子生物學家德姆·帕塔波蒂安因發(fā)現(xiàn)溫度與觸覺受體，分享了2021年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。記者采訪了中國科學院院士、神經(jīng)生物學家段樹民教授對此進行解讀。

我們知道，感知冷、熱的能力和觸覺，對于人類的生存至關(guān)重要，這恰恰也是我們與周圍世界互動的基礎(chǔ)。在日常生活中，這些感覺仿佛是理所當然的。但神經(jīng)沖動是如何啟動，并感受到溫度和壓力的？這個問題一直困擾著科學家們。

“腦的信息傳遞一般通過電信號。要感受到溫度或者壓力，必然存在一個轉(zhuǎn)化為電信號的機制。”段樹民說，但是我們機體中將溫度和各種機械刺激轉(zhuǎn)化為神經(jīng)電信號的感受器是什么？他們是如何實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的，仍然是一個謎。

因此，溫度與觸覺受體的發(fā)現(xiàn)，是一項重大的基礎(chǔ)研究突破，兩位科學家經(jīng)過了幾十年的努力，終于找到了相關(guān)的離子通道，并將結(jié)構(gòu)、機制都研究清楚。“這些離子通道分別對溫度和機械刺激敏感，當溫度變化或受到機械力刺激后，就會開放，從而使相應(yīng)的神經(jīng)元放電增加，產(chǎn)生興奮，感知冷暖、觸覺、壓力等刺激”。段樹民說。

圖源：諾貝爾獎官網(wǎng)

有趣的是，疼痛與溫度，使用的是同一類通道。這也就是為什么我們在吃辣椒時，會感覺到熱。辣椒素，也成為了打開謎底的鑰匙。

上世紀90年代后期，在美國舊金山加利福尼亞大學任職的大衛(wèi)·朱利葉斯開始分析由辣椒素引起的，接觸辣椒時的灼燒感。朱利葉斯和他的同事構(gòu)建了一個包含數(shù)百萬 DNA 片段的基因庫。這些片段對應(yīng)于感覺神經(jīng)元中表達的基因，這些基因可對疼痛、熱和觸摸做出反應(yīng)。

“我們知道機體中一定會有某些基因，能夠編碼與辣椒素反應(yīng)的蛋白質(zhì)的 DNA 片段。但是大家不確定是哪個基因。于是朱利葉斯通過排除法記錄信號，在系統(tǒng)中不斷刪除基因，當壓力刺激或者溫度刺激沒有反應(yīng)時，就說明去掉的那個就是我們要找的”。段樹民說。

大衛(wèi)·朱利葉斯經(jīng)過艱苦的搜索，終于確定了一個能夠使細胞對辣椒素敏感的基因。進一步的實驗表明，鑒定出的基因編碼了一種新的離子通道蛋白，這種新發(fā)現(xiàn)的辣椒素受體后來被命名為 TRPV1。當大衛(wèi)·朱利葉斯繼續(xù)研究這種蛋白質(zhì)對熱的反應(yīng)能力時，他意識到他發(fā)現(xiàn)了一種熱敏受體，能在人體感受到溫度變化時被激活。后來，大衛(wèi)·朱利葉斯和德姆·帕塔波蒂安又各自獨立地使用化學物質(zhì)薄荷醇識別出了 TRPM8——一種會被寒冷而激活的受體。

盡管溫度感覺的機制已經(jīng)明晰，但機械刺激是如何轉(zhuǎn)化為觸覺和壓力感覺，我們?nèi)匀徊磺宄?/p>

而阿德姆·帕塔波蒂安一直希望，能夠確定被機械刺激激活的受體究竟是什么。

圖源：諾貝爾獎官網(wǎng)

利用類似的方法，帕塔波蒂安和他的合作者首先確定了一種細胞系，當用微量移液管戳單個細胞時，該細胞系會發(fā)出可測量的電信號。他們假設(shè)被機械力激活的受體是離子通道，并且在下一步中鑒定了編碼可能受體的 72 個候選基因。這些基因被一一滅活，以此來搜索負責研究細胞機械敏感性的基因。

經(jīng)過大量辛苦的搜索，兩種全新的、完全未知的機械敏感離子通道Piezo1 和 Piezo2被發(fā)現(xiàn)了。進一步的研究證實， Piezo1 和 Piezo2 會被施加在細胞膜上的壓力直接激活，可以調(diào)節(jié)重要的生理過程，包括血壓、呼吸和膀胱控制。

圖源：諾貝爾獎官網(wǎng)

“人體的很多地方都會用到壓力敏感的離子通道。當他們找到這一類通道后，就可以以此為靶點來干預(yù)呼吸道、心血管、甚至聽力等生理過程。”段樹民說，利用這項研究，中晚期腫瘤帶來的疼痛、持續(xù)的慢性疼痛，焦慮、抑郁表現(xiàn)的痛覺敏感等，都有可能通過這些靶點而得到有效的控制。

大衛(wèi)·朱利葉斯和德姆·帕塔波蒂安對TRPV1、TRPM8 和 Piezo 通道的突破性發(fā)現(xiàn)，讓我們理解了熱、冷和機械力是如何引發(fā)神經(jīng)沖動的，彌補了感官與環(huán)境之間復(fù)雜相互作用中缺失的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

想象一下，在炎熱的夏日，赤腳走過草坪，輕撫過的熾熱暖風，腳下觸及的每一片草葉，都無比舒適、無比鮮活。溫度與觸覺，也讓我們更深刻地體會到這個世界的迷人之處。