2021年諾貝爾生理學或醫學獎——破解人類感知之謎

2021年10月12日06:11

原標題:2021年諾貝爾生理學或醫學獎——破解人類感知之謎

大衛·朱利葉斯(David Julius)、阿登·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian)本版圖片均來自諾獎官網

想像一下,在炎熱的夏日,當你赤腳走過草坪,你可以感受太陽的熱力,風的撫摸,以及腳下的每一片草葉。這些對於溫度、觸摸和運動的印象,是幾乎每個人都可以感受得到的。

不過,這些熱或冷,硬或軟,疼痛或壓迫,是怎麼來的?這些感知是哪些神經導致的,它又是如何啟動的?人類卻不得而知。

2021年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者要解決的,就是這個問題。北京時間10月4日,這一獎項揭曉,授予美國科學家大衛·朱利葉斯(David Julius)和阿登·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian),以表彰他們在“發現溫度和觸覺感受器”方面的貢獻。

來自諾貝爾獎委員會的說法是:兩位科學家的突破性發現,引領了一系列密集的研究活動,讓人們對神經系統如何感知熱、冷和機械刺激的理解迅速加快。

眼睛如何檢測光線,聲波如何影響我們的內耳,不同的化合物如何與我們鼻子和嘴巴中的感受器相互作用,產生嗅覺和味覺?幾千年來,人類面臨的一大謎題,就是我們如何感知所處的環境。

在17世紀,哲學家勒內·笛卡爾設想,可以將皮膚的不同部分與大腦連接起來。通過這種機制,接觸明火的腳,會向大腦發送機械信號。後來的發現表明,人體存在特化的感覺神經元,能記錄我們周圍環境的變化。

科學家約瑟夫·厄蘭格和赫伯特·加瑟因發現,機體存在不同類型的感覺神經纖維,能對不同刺激作出反應,例如對疼痛和非疼痛觸摸的反應,他們二人因此獲得了1944年諾貝爾生理學或醫學獎。

從那時起,科學家已經證明,神經細胞已經高度特化,以檢測和轉導不同類型的刺激,人類因此能夠對周圍的環境進行細微地感知。例如,人們通過指尖,可以感受表面紋理的差異,也能辨別令人愉悅的溫暖和令人痛苦的灼燒。

不過,科學家仍有一個尚未解決的基本問題:溫度和機械刺激,如何在神經系統中被轉化為電脈衝?

在20世紀90年代後期,大衛·朱利葉斯在美國加利福尼亞大學舊金山分校,對化合物辣椒素如何引發“接觸辣椒時的灼燒感”的分析時,看到了“勝利的曙光”。

彼時,科學家已經知道,辣椒素可以激活引起疼痛感受的神經細胞,但這種化學物質具體如何起到作用,仍是未解之謎。

朱利葉斯和同事創建了一個包含數百萬個DNA片段的資料庫,這些片段對應感覺神經元表達的基因,它們可以對疼痛、熱和觸覺作出反應。經過大量的工作和艱苦的搜索,他們確定了一個能夠使細胞對辣椒素敏感的基因——機體感受辣椒素的基因,就這樣被發現了!

朱利葉斯團隊進一步實驗表明,他們找到的這個基因,編碼了一種新的離子通道蛋白,這一辣椒素受體,後來被命名為 TRPV1。

諾獎委員會認為,TRPV1的發現,被認為是一項重大突破,這為揭開其他溫度感應感受器開闢了道路。

然而,當人體感知溫度的機制被不斷揭開時,科學界仍不清楚人體將機械刺激轉化為觸壓覺的機制。

在位於美國加利福尼亞州拉霍亞的斯克里普斯研究所,帕塔普蒂安和同事們發現了一種全新的、對機械力敏感的離子通道,並以希臘語中表示“壓力”的詞彙,將其命名為Piezo1。他們還發現了一個與Piezo1相似的基因,並將其命名為Piezo2,它在感覺神經元中處於高表達水平。通過進一步研究,Piezo1和Piezo2是離子通道感受器,對細胞膜施加壓力,可直接激活這兩種感受器。

諾獎委員會給出這樣的評價:今年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者的突破性發現,讓人們理解了冷、熱、機械作用力如何觸發神經衝動,以及人類感知並適應外界刺激的機制。當然,基於該發現的眾多研究,還正在進行之中,研究者正致力於闡明它們在各種生理過程中的功能,這些有望大範圍應用在眾多疾病的治療之中。

中青報·中青網記者 邱晨輝 來源:中國青年報

2021年10月12日 12 版

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