發(fā)現(xiàn)溫度和觸覺感受器 兩位科學(xué)家獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

人類面臨的最大謎題之一，是我們?nèi)绾胃兄h(huán)境，例如，眼睛如何探測(cè)光、聲波如何影響我們的內(nèi)耳、不同的化合物如何與鼻子和嘴巴中的感受器相互作用并產(chǎn)生氣味和味道，還有太陽的炎熱、風(fēng)的撫摸……這些對(duì)溫度、觸覺和運(yùn)動(dòng)的印象對(duì)于我們適應(yīng)不斷變化的環(huán)境至關(guān)重要。

在日常生活中，我們認(rèn)為這些感覺是理所當(dāng)然的，但是神經(jīng)沖動(dòng)是如何啟動(dòng)，從而感知溫度和壓力呢?今年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主已經(jīng)解決了這個(gè)問題。

來自美國加州大學(xué)舊金山分校的教授戴維·朱利葉斯利用從辣椒中提取的辣椒素，識(shí)別出了皮膚神經(jīng)末梢中對(duì)熱做出反應(yīng)的傳感器。美國斯克利普斯研究所的阿德姆·帕塔普蒂安使用壓敏細(xì)胞發(fā)現(xiàn)了一種新型傳感器，可以對(duì)皮膚和內(nèi)臟中的機(jī)械刺激做出反應(yīng)。

這些突破性的發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了我們對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)如何感知熱、冷和機(jī)械刺激的理解。兩位獲獎(jiǎng)?wù)咴谖覀儗?duì)感官與環(huán)境之間復(fù)雜相互作用的理解中發(fā)現(xiàn)了關(guān)鍵的缺失環(huán)節(jié)。

研究工作如辣椒般火熱

在20世紀(jì)90年代后期，朱利葉斯通過分析辣椒素如何引起身體的灼熱感，看到了重大進(jìn)步的可能性。已知辣椒素可以激活引起疼痛感的神經(jīng)細(xì)胞，但這種化學(xué)物質(zhì)如何真正發(fā)揮這種功能是一個(gè)未解之謎。

朱利葉斯和他的同事創(chuàng)建了一個(gè)包含數(shù)百萬個(gè)DNA片段的庫，這些片段對(duì)應(yīng)于在感覺神經(jīng)元中表達(dá)的基因，這些基因可以對(duì)疼痛、高溫和觸摸做出反應(yīng)。朱利葉斯和同事們假設(shè)，該基因庫中應(yīng)該包含一個(gè)DNA片段，可編碼一種能夠?qū)苯匪刈龀龇磻?yīng)的蛋白質(zhì)。

經(jīng)過艱難地搜索，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)能夠使細(xì)胞對(duì)辣椒素敏感的基因——辣椒素感應(yīng)基因。該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，是一種熱敏受體，在令人感覺疼痛的溫度下會(huì)被激活。

TRPV1的發(fā)現(xiàn)是一項(xiàng)重大突破，為發(fā)現(xiàn)其他溫度感應(yīng)受體開辟了道路。

朱利葉斯和帕塔普蒂安各自獨(dú)立地使用化學(xué)物質(zhì)薄荷醇來鑒定TRPM8，這是一種被證明可以被寒冷激活的受體。與TRPV1和TRPM8相關(guān)的其他離子通道被鑒定出來，它們可以在不同的溫度范圍被激活。

在壓力下研究“壓力”

雖然溫度感覺的機(jī)制被發(fā)現(xiàn)了，但機(jī)械刺激如何轉(zhuǎn)化為觸覺和壓力感仍不清楚。帕塔普蒂安希望確定被機(jī)械刺激激活的受體到底是什么。

他與合作者首先確定了一種細(xì)胞系，當(dāng)用微量移液管戳單個(gè)細(xì)胞時(shí)，該細(xì)胞系會(huì)發(fā)出可測(cè)量的電信號(hào)。他們識(shí)別出72個(gè)編碼可能受體的候選基因，將這些基因一一滅活，以找出與機(jī)械敏感性有關(guān)的基因。

他們成功地識(shí)別出了一種基因，該基因的沉默使細(xì)胞對(duì)微量移液器的戳刺不敏感。一種全新的、完全未知的機(jī)械敏感離子通道被發(fā)現(xiàn)，并被命名為Piezo1，取自希臘語中“壓力”一詞。接著，他們發(fā)現(xiàn)了與Piezo1相似的感覺神經(jīng)元表達(dá)高水平的第二個(gè)基因，命名為Piezo2。進(jìn)一步的研究證實(shí)Piezo1和Piezo2是離子通道，通過對(duì)細(xì)胞膜施加壓力而直接激活。

除了對(duì)觸覺至關(guān)重要，Piezo2離子通道還在對(duì)身體位置和運(yùn)動(dòng)感知(即本體感覺)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。此外，Piezo1和Piezo2通道還可以調(diào)節(jié)其他重要的生理過程，包括血壓、呼吸和膀胱控制。

一切發(fā)現(xiàn)都是值得的

今年的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者對(duì)TRPV1、TRPM8和Piezo通道的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)，讓我們了解了熱、冷和機(jī)械力如何引發(fā)神經(jīng)沖動(dòng)，使我們能夠感知和適應(yīng)周圍的世界。TRP通道是我們感知溫度能力的核心;Piezo2通道賦予我們觸覺和感知身體部位位置和運(yùn)動(dòng)的能力。TRP和Piezo通道還有助于許多額外的生理功能，這些功能依賴于感知溫度或機(jī)械刺激。

由朱利葉斯和帕塔普蒂安的發(fā)現(xiàn)而引發(fā)的科學(xué)研究正緊鑼密鼓地展開，科學(xué)家們正專注于闡明它們?cè)诟鞣N生理過程中的功能。這一發(fā)現(xiàn)也正被用于開發(fā)治療各種疾病如慢性疼痛的方法。(張佳欣)

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