解读2021诺贝尔生理学或医学奖：神经系统如何感知温度和压力

北京时间10月4日，2021年诺贝尔生理学或医学奖揭晓：获得者为加州大学旧金山分校的David Julius和Scripps研究所的Ardem Patapoutian。

获奖理由：发现温度和触觉感受器。

David Julius（1955年出生），美国生理学家，加州大学旧金山分校教授，以痛觉分子机制相关工作闻名。

1997年，David Julius实验室鉴定并克隆了辣椒素受体TRPV1，同时也对有害高热产生响应。TRPV1是结构相关TRP阳离子通道家族的一员。缺乏TRPV1的实验动物会失去对热和辣椒素的敏感性。

David Julius实验室还鉴定了TRP超家族的另外两个成员TRPM8和TRPA1。相关研究显示，TRP通道与伤害感受具有重要关联。

David Julius曾获得2010年邵逸夫奖和2020年生命科学突破奖。

Ardem Patapoutian（1967年出生），亚美尼亚裔，分子生物学家和神经学家，Scripps研究所，研究传感器的信号转导。

他为识别由温度、机械力或细胞体积增加而激活的新型离子通道和受体做出了重大贡献。Patapoutian 及其同事证明，这些离子通道在温度、触觉和痛感调节中发挥着重要作用。

2017 年 Patapoutian 获得了W. Alden Spencer 奖、2019 年Rosenstiel 奖、2020 年Kavli神经科学奖和BBVA 基金会生物学/生物医学知识前沿奖。

本届诺奖得主的重大发现解释了高温、寒冷和机械力是如何激活神经系统信号的。他们发现的离子通道对多种生理过程和疾病都具有重要作用。

人体对热、冷和触觉的感知能力对我们的生存至关重要，并且支撑着我们与周围世界的互动。在日常生活中，我们常认为这些感觉是理所当然的，但与此相关的神经冲动是如何产生，从而使温度和压力可以被感知的呢？今年的两位诺贝尔奖得主解决了这个问题。

David Julius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做出反应的感受器。Ardem Patapoutian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受器。这些突破性的发现促进了科学界展开大量的研究活动，使我们对神经系统如何感知热、冷和机械刺激的了解更加深入。两位获奖者指出，当我们尝试理解感官与环境之间复杂的相互作用时，有些关键的环节被忽视了。

我们是如何感知世界的？

我们是如何感知身边环境的？这是人类面临的最大的谜团之一。数千年来，我们的感觉机制一直令人们好奇不已。例如，眼睛是如何探测到光线的？声波是如何影响内耳的？不同的化学物质又是如何与我们口鼻中的感受器发生相互作用、从而产生嗅觉和味觉的？除此之外，我们还有其它感知身边世界的方式。想象一下在炎热的夏天光脚走过草坪时的感觉。你可以感受到太阳的热度、微风的吹拂、以及脚下的每一片草叶。这些对温度、触觉和动作的感知对我们不断适应周边环境的能力至关重要。

17世纪，哲学家笛卡尔提出，我们的各部分皮肤可能是通过某种“细线”与大脑相连的。假如脚碰到了火苗，就会通过这种方式向大脑发送一个机械信号。科学家后来发现，具有特定功能的感觉神经元可以察觉到环境中的变化。1944年，Joseph Erlanger和Herbert Gasser因发现可以对不同刺激做出反应的感觉神经纤维（如会产生痛觉的触碰和不会产生痛觉的触碰）而获得了诺贝尔生理学奖或医学奖。自此之后，科学家发现，神经细胞在探测和传导不同类型的刺激时的分工高度分化，使我们可以精确感知周围环境。例如，我们可以通过指尖感受出不同表面质感的区别，还可以分辨出令人舒适的温暖和痛苦难忍的高温。

在David Julius和 Ardem Patapoutian做出此次发现之前，神经系统感知和解读周边环境的方式对我们而言一直是个未解之谜：温度和力学刺激究竟是如何转化为神经系统的电脉冲的？

插图描述了在笛卡尔的想象中，高温是如何向大脑发送机械信号的。

David Julius使用辣椒中的辣椒素来鉴定TRPV1，这是一种因令人疼痛的温度而激活的离子通道。其他相关的离子通道也已经被确认，我们如今已经知道不同的温度在神经系统中诱导电信号的方式。

Patapoutian使用培养的机械敏感细胞鉴定了一个由机械力激活的离子通道。经过艰苦的研究工作，他们识别出了Piezo1。通过研究与Piezo1相似的基因，研究者发现了第二个离子通道（Piezo2）。

全都说得“通”了！

今年诺贝尔奖得主发现的TRPV1、TRPM8与Piezo通道让我们得以理解高温、寒冷和机械力是如何激活神经脉冲、从而帮助我们感知和适应身边世界的。TRP通道对我们的温度感知能力至关重要。Piezo2通道则使我们具备了感受触觉、以及感知各个身体部位位置及动作的能力。除此之外，TRP和Piezo通道还对多种依赖温度或力刺激的生理功能起到了重大作用。在本次诺奖获奖研究的基础上，还有大量研究工作正在开展，致力于弄清这些通道在各种生理过程中发挥的功能。科学家正在利用这些研究成果研发针对多种疾病的新疗法，包括慢性疼痛等等。

来源：新浪科技、奇点网

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