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關(guān)于今年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 中科院院士段樹民這樣解讀

媒體：浙江日?qǐng)?bào) 作者：李嬌儼 專業(yè)號(hào)：梅泥 2022-06-30 14:33:26

浙江新聞客戶端記者李嬌儼

圖源：諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)

10月4日（2021年），美國生理學(xué)家大衛(wèi)·朱利葉斯和美國分子生物學(xué)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(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

。記者采訪了中國科學(xué)院院士

、神經(jīng)生物學(xué)家段樹民教授對(duì)此進(jìn)行解讀

。

我們知道，感知冷、熱的能力和觸覺，對(duì)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(dòng)的基礎(chǔ)。在日常生活中

，這些感覺仿佛是理所當(dāng)然的

。但神經(jīng)沖動(dòng)是如何啟動(dòng)，并感受到溫度和壓力的

？這個(gè)問題一直困擾著科學(xué)家們

。

“腦的信息傳遞一般通過電信號(hào)。要感受到溫度或者壓力

，必然存在一個(gè)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的機(jī)制

。”段樹民說，但是我們機(jī)體中將溫度和各種機(jī)械刺激轉(zhuǎn)化為神經(jīng)電信號(hào)的感受器是什么

？他們是如何實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的

，仍然是一個(gè)謎。

因此

，溫度與觸覺受體的發(fā)現(xiàn)

，是一項(xiàng)重大的基礎(chǔ)研究突破

，兩位科學(xué)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(jī)制都研究清楚

。“這些離子通道分別對(duì)溫度和機(jī)械刺激敏感，當(dāng)溫度變化或受到機(jī)械力刺激后

，就會(huì)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(jiǎng)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?cè)诔岳苯窌r(shí)

，會(huì)感覺到熱。辣椒素

，也成為了打開謎底的鑰匙

。

上世紀(jì)90年代后期，在美國舊金山加利福尼亞大學(xué)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(shí)的灼燒感

。朱利葉斯和他的同事構(gòu)建了一個(gè)包含數(shù)百萬 DNA 片段的基因庫。這些片段對(duì)應(yīng)于感覺神經(jīng)元中表達(dá)的基因

，這些基因可對(duì)疼痛

、熱和觸摸做出反應(yīng)。

“我們知道機(jī)體中一定會(huì)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(gè)基因。于是朱利葉斯通過排除法記錄信號(hào)

，在系統(tǒng)中不斷刪除基因

，當(dāng)壓力刺激或者溫度刺激沒有反應(yīng)時(shí)，就說明去掉的那個(gè)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(gè)能夠使細(xì)胞對(duì)辣椒素敏感的基因

。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)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(dāng)大衛(wèi)·朱利葉斯繼續(xù)研究這種蛋白質(zhì)對(duì)熱的反應(yīng)能力時(shí)

，他意識(shí)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(shí)被激活

。后來

，大衛(wèi)·朱利葉斯和德姆·帕塔波蒂安又各自獨(dú)立地使用化學(xué)物質(zhì)薄荷醇識(shí)別出了 TRPM8——一種會(huì)被寒冷而激活的受體。

盡管溫度感覺的機(jī)制已經(jīng)明晰

，但機(jī)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(jī)械刺激激活的受體究竟是什么

。

圖源：諾貝爾獎(jiǎng)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(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)

。他們假設(shè)被機(jī)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(gè)候選基因。這些基因被一一滅活

，以此來搜索負(fù)責(zé)研究細(xì)胞機(jī)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(jī)械敏感離子通道Piezo1 和 Piezo2被發(fā)現(xiàn)了

。進(jìn)一步的研究證實(shí)， Piezo1 和 Piezo2 會(huì)被施加在細(xì)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(jiǎng)官網(wǎng)

“人體的很多地方都會(huì)用到壓力敏感的離子通道

。當(dāng)他們找到這一類通道后，就可以以此為靶點(diǎn)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(xiàng)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(diǎn)而得到有效的控制

。

大衛(wèi)·朱利葉斯和德姆·帕塔波蒂安對(duì)TRPV1

、TRPM8 和 Piezo 通道的突破性發(fā)現(xiàn)，讓我們理解了熱

、冷和機(jī)械力是如何引發(fā)神經(jīng)沖動(dòng)的

，彌補(bǔ)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(fēng)

，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(huì)到這個(gè)世界的迷人之處。

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