刚刚,只有一位中国人获过的诺贝尔生理学或医学奖最新揭晓!「吃辣后嘴唇灼热」的终极答案来了

2021
10/08

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10月4日,2021年诺贝尔生理学或医学奖揭晓获奖名单,66岁的美国生理学家大卫·朱利叶斯和54岁的美国分子生物学家和神经学家阿登·帕塔普蒂安共同获奖。   获奖理由是:发现了温度和触觉的受体。

10月4日,2021年诺贝尔生理学或医学奖揭晓获奖名单,66岁的美国生理学家大卫·朱利叶斯和54岁的美国分子生物学家和神经学家阿登·帕塔普蒂安共同获奖。  

获奖理由是:发现了温度和触觉的受体。

  这是有史以来第112个诺贝尔生理学或医学奖,他俩由此成为诺贝尔生理学或医学奖第222、223位获奖者。   奖金为1000万瑞典克朗(约合737万元人民币)。 

目前,总共224位诺贝尔生理学或医学奖得主中,有12位是女性。获奖年份最近的一位,是2015年的屠呦呦,来自中国。

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大卫·朱利叶斯生于美国纽约,29岁时从加州大学伯克利分校获得博士学位,并曾在哥伦比亚大学做博后。34岁时,他加入加州大学旧金山分校,目前为该校教授。   阿登·帕塔普蒂安的人生经历颇为传奇,他生于黎巴嫩,是亚美尼亚裔。29岁时,从加州理工学院获得博士学位,并曾在加州大学旧金山分校做博后。33岁时,他加入斯克利普斯研究所,目前为该所教授。  

人类与周围世界的互动,是靠着对热、冷和触觉的感知能力在支撑。可这些神经冲动是如何产生的,从而使温度和压力可以被感知?他们的研究,正是为了解决这个问题。  

大卫·朱利叶斯利用辣椒素,来识别皮肤神经末梢上对热做出反应的感应器。阿登·帕塔普蒂安则利用压力敏感细胞,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应器。  

这些发现,使得我们对“神经系统如何感知热、冷和机械刺激”的理解更丰富了。两位诺贝尔奖得主指出,在人们理解感官与环境之间复杂的相互作用时,存在着关键的缺失环节。 


我们如何感知世界?  

眼睛是如何感知光的? 声波是如何影响内耳的? 不同的化合物是如何与鼻子和嘴中的感受器相互作用,产生嗅觉和味觉的? 此外,还有其他感知方式:在盛夏里赤脚走过一片草坪,便可以感受到太阳的热量、风的爱抚、还有脚下的草叶。 这些对温度、触觉和运动的印象,构成了人们对周围环境的感知。  

1944年,约瑟夫·厄兰格和赫伯特·加瑟获得了诺贝尔生理学或医学奖,因为他们发现了不同类型的感觉神经纤维,可对不同的刺激做出反应,例如,对疼痛和非疼痛触摸的反应。 

从那时起,科学家证明了神经细胞是高度专门化的,可用于识别和传导不同类型的刺激,允许对周围的环境有细微的感知;例如,人们通过指尖感受表面纹理的差异,或者分辨令人愉悦的温暖和令人痛苦的灼热。 

尽管如此,在大卫·朱利叶斯和阿登·帕塔普蒂安的发现之前,人们对神经系统如何感知和解释周围环境的理解仍然包含一个未解决的问题: 在神经系统中,温度和机械刺激是如何转化为电脉冲的?

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图1 哲学家笛卡尔想象热如何向大脑发送机械信号的插图    


让人痛苦的灼热 

1990年代后期,大卫·朱利叶斯通过分析化合物辣椒素,是如何导致人们接触辣椒时产生灼烧感的,看到了这个历史问题下一步发展的方向。  

人们已经知道辣椒素可以激活神经细胞,引起疼痛感,但这种化学物质究竟是如何发挥这种功能的,无人知晓。  

朱利叶斯和同事创建了一个由数百万个DNA片段组成的文库,这些片段与表达能对疼痛、热和触摸做出反应的感觉神经元中的基因相对应。经过搜索,他们发现了一个能够使细胞对辣椒素敏感的基因。 

辣椒素敏感基因找到了!进一步的实验表明,该基因编码了一种新的离子通道蛋白,这一新发现的辣椒素受体,后来被命名为TRPV1。当朱利叶斯研究这种蛋白质对热的反应能力时,他意识到他发现了一种热感受器,这种感受器在感觉疼痛的温度下被激活。  

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图2 大卫·朱利叶斯使用辣椒中的辣椒素来识别TRPV1,这是一个由让人痛苦的灼热激活的离子通道。 

此后科学家发现了其他相关的离子通道,由此,不同的温度是如何在神经系统中诱发电信号的原理,不再是不解之谜。   TRPV1的发现是一个重大突破,它让人们了解了温度差异是如何在神经系统中诱发电信号的,并引领了解开其他温度敏感受体的道路。大卫·朱利叶斯和阿登·帕塔普蒂安各自独立地使用化学物质薄荷醇来识别TRPM8,一种被证明能被寒冷激活的受体。另外还发现了与TRPV1和TRPM8相关的离子通道,并发现它们可被一系列不同的温度激活。


血压、呼吸和膀胱控制都由它调节!

虽然温度感觉的机制正在逐步展开,但机械刺激如何转化为人体的触觉和压力感,仍不清楚。   此前,科学家们在细菌中发现了机械传感器,但在脊椎动物中,触觉的潜在机制仍不清楚。 

阿登·帕塔普蒂安希望找出由机械刺激激活的难以捉摸的受体。他和同事识别出了一个基因,该基因的沉默使细胞对微管的戳不敏感。人们发现了一种全新的、完全未知的力敏离子通道,并将其命名为「压电1」,这个词来源于希腊语中的「压力」。   通过与压电1的相似性,人们发现了第二种基因,并将其命名为压电2。科学家发现感觉神经元表达了高水平的压电2,进一步的研究证实,压电1和压电2通过对细胞膜施加压力,直接激活离子通道。   


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图3 帕塔普蒂安使用培养的机械敏感细胞鉴定一个被机械力激活的离子通道,确定了压电1。基于与压电1的相似性,人们发现了第二个离子通道(压电2)。  

帕塔普蒂安团队的这一突破,证明了压电2离子通道对触觉至关重要。此外,压电2被证明在重要的身体位置和运动感知中发挥着关键作用。   在进一步的研究中,压电1和压电2通道被证明可以调节血压、呼吸和膀胱控制等生理过程。  

TRP通道是人体感知温度能力的核心。压电2通道则赋予人体触觉和感知身体部位位置和运动的能力。  

TRP 和压电通道还有助于许多额外的生理功能,依赖于感知温度或机械刺激。2021年诺贝尔奖得主的研究,正被用于开发各种疾病的治疗方法,包括慢性疼痛。

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图4 2021年诺贝尔奖生理学或医学奖得主的重大发现解释了热、冷和触觉如何在人们的神经系统中启动信号。

他们所确定的离子通道对许多生理过程和疾病都是重要的。  

过去6年诺贝尔生理学或医学奖得主名单: 2020年——美英三位科学家Harvey J. Alter、Michael Houghton、Charles M. Rice获奖,获奖理由是「发现丙型肝炎病毒」。

2019年——美英三位科学家William G. Kaelin Jr、Peter J. Ratcliffe和Gregg L. Semenza获奖,获奖理由是「发现了细胞如何感知和适应氧气的可用性」。

2018年——美国科学家James P. Allision和日本科学家Tasuku Honjo获奖,获奖理由是「发现了抑制负面免疫调节的癌症疗法」。

2017年——三位美国科学家Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash和Michael W. Young获奖,获奖理由是「发现了调控昼夜节律的分子机制」。

2016年——日本科学家Yoshinori Ohsumi获奖,获奖理由是「发现了细胞自噬机制。」

2015年——中国科学家屠呦呦获奖,获奖理由是「有关疟疾新疗法的发现」;另外两位获奖科学家为爱尔兰的William C. Campbell和日本的Satoshi Omura,获奖理由是「有关蛔虫寄生虫感染新疗法的发现」。  

目前,总共224位诺贝尔生理学或医学奖得主中,有12位是女性。获奖年份最近的一位,是2015年的屠呦呦。

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屠呦呦

屠呦呦多年从事中药和中西药结合研究,突出贡献是创制新型抗疟药---青蒿素和双氢青蒿素。2015年10月5日获得了诺贝尔医学奖,成为国内第一个诺贝尔科学类奖项获得者也是第一个获得诺贝尔奖的中国籍女性。她也成为第一位获得诺贝尔科学奖项的中国本土科学家、第一位获得诺贝尔生理医学奖的华人科学家。  


来源|健康界综编合自科学网、新华社等

信息&插图来源:诺贝尔奖官网  

参考资料:

梅进 冯丽妃 《刚刚,2021年诺贝尔生理学或医学奖揭晓!》科学网.2021/10/4

《刚刚,2021年诺贝尔生理学或医学奖揭晓!》健康界.2021/10/4

《2021 诺贝尔医学及生理学奖公布!》丁香园. 2021年10月4日

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关键词:
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