人類面臨的最大謎題之一，是我們如何感知環(huán)境，例如，眼睛如何探測光、聲波如何影響我們的內耳、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生氣味和味道，還有太陽的炎熱、風的撫摸……這些對溫度、觸覺和運動的印象對于我們適應不斷變化的環(huán)境至關重要。

在日常生活中，我們認為這些感覺是理所當然的，但是神經沖動是如何啟動，從而感知溫度和壓力呢？今年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎得主已經解決了這個問題。

來自美國加州大學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，識別出了皮膚神經末梢中對熱做出反應的傳感器。美國斯克利普斯研究所的阿德姆·帕塔普蒂安使用壓敏細胞發(fā)現(xiàn)了一種新型傳感器，可以對皮膚和內臟中的機械刺激做出反應。

這些突破性的發(fā)現(xiàn)促進了我們對神經系統(tǒng)如何感知熱、冷和機械刺激的理解。兩位獲獎者在我們對感官與環(huán)境之間復雜相互作用的理解中發(fā)現(xiàn)了關鍵的缺失環(huán)節(jié)。

研究工作如辣椒般火熱

在20世紀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，看到了重大進步的可能性。已知辣椒素可以激活引起疼痛感的神經細胞，但這種化學物質如何真正發(fā)揮這種功能是一個未解之謎。

朱利葉斯和他的同事創(chuàng)建了一個包含數(shù)百萬個DNA片段的庫，這些片段對應于在感覺神經元中表達的基因，這些基因可以對疼痛、高溫和觸摸做出反應。朱利葉斯和同事們假設，該基因庫中應該包含一個DNA片段，可編碼一種能夠對辣椒素做出反應的蛋白質。

經過艱難地搜索，他們發(fā)現(xiàn)了一個能夠使細胞對辣椒素敏感的基因——辣椒素感應基因。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被激活。

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

朱利葉斯和帕塔普蒂安各自獨立地使用化學物質薄荷醇來鑒定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”

雖然溫度感覺的機制被發(fā)現(xiàn)了，但機械刺激如何轉化為觸覺和壓力感仍不清楚。帕塔普蒂安希望確定被機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胞系，當用微量移液管戳單個細胞時，該細胞系會發(fā)出可測量的電信號。他們識別出72個編碼可能受體的候選基因，將這些基因一一滅活，以找出與機械敏感性有關的基因。

他們成功地識別出了一種基因，該基因的沉默使細胞對微量移液器的戳刺不敏感。一種全新的、完全未知的機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相似的感覺神經元表達高水平的第二個基因，命名為Piezo2。進一步的研究證實Piezo1和Piezo2是離子通道，通過對細胞膜施加壓力而直接激活。

除了對觸覺至關重要，Piezo2離子通道還在對身體位置和運動感知（即本體感覺）中發(fā)揮關鍵作用。此外，Piezo1和Piezo2通道還可以調節(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

今年的諾貝爾獎獲得者對TRPV1、TRPM8和Piezo通道的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)，讓我們了解了熱、冷和機械力如何引發(fā)神經沖動，使我們能夠感知和適應周圍的世界。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動的能力。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)的科學研究正緊鑼密鼓地展開，科學家們正專注于闡明它們在各種生理過程中的功能。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。