温度和触觉如何被感知？诺贝尔生理学或医学奖得主揭晓

当地时间本周一(10月4日)，2021年诺贝尔生理学或医学奖揭晓，科学家大卫·朱利叶斯(David Julius)和阿登·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian)因在“发现温度和触觉感受器”方面的卓越贡献而喜获这一殊荣，两位获奖者将分享1000万瑞典克朗(约合736万元人民币)的奖金。

大卫·朱利叶斯出生于1955年，美国生理学家。1977年本科毕业于麻省理工学院，1984年在加州大学伯克利分校获得博士学位。现任加利福尼亚大学旧金山分校教授，曾获邵逸夫生命科学及医学奖。

阿登·帕塔普蒂安，1967年出生于黎巴嫩，美籍亚美尼亚裔分子生物学家和神经科学家。在美国加利福尼亚州拉霍亚斯克里普斯研究所工作。

诺贝尔奖官方表示，人类面临的最大谜团之一是我们如何感知环境的问题。

几千年来，我们的感官机制一直在激发着我们的好奇心，例如，眼睛是如何感知光的，声波是如何影响我们的内耳的，以及不同的化合物是如何与我们鼻子和嘴中的感受器相互作用，产生嗅觉和味觉的？我们也有其他方式来感知我们周围的世界。想象一下在炎热的夏天赤脚走过一片草坪：你可以感受到太阳的热量，风的爱抚，还有脚下的草叶。

在日常生活中，我们常认为这些感觉是理所当然的，但与此相关的神经冲动究竟是如何产生，从而使温度和压力可以被感知？今年的两位诺贝尔奖得主解决了这个问题。

这些我们对热、冷和触觉的感知能力，对生存至关重要，并且支撑着我们与周围世界的互动。

早在17世纪，哲学家笛卡尔(René Descartes)就设想过皮肤的不同部位与大脑间存在连接起来的“线”。通过这种方式，接触明火的脚会向大脑发送机械信号。后来的发现揭示了记录我们环境变化的特殊感觉神经元的存在。但在大卫·朱利叶斯和阿登·帕塔普蒂安的发现之前，人类对神经系统如何感知和解释我们的环境的理解仍然包含一个未能解决的基础问题：温度和机械刺激如何在神经系统中转换为电脉冲？

终于在上世纪90年代，大卫·朱利叶斯通过分析辣椒素如何引起灼烧感，从而为识别皮肤神经末梢中对热有反应的传感器打开了新的大门。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，当时仍是一个未解之谜。朱利叶斯和他的同事们创建了一个由数百万个DNA片段组成的库，这些DNA片段与表达在能对疼痛、热和触摸做出反应的感觉神经元中的基因相对应。

通过摸索，朱利叶斯确定了一个能够使细胞对辣椒素敏感的单一基因，进一步的实验显示，所确定的基因编码了一个新的离子通道蛋白，这个新发现的辣椒素受体分子后来被命名为TRPV1。它能被高温和辣椒素激活，而这也解释了辣为何总是和热联系在一起的原因。

TRPV1属于一个离子通道家族，它位于细胞膜上，一旦激活就会打开，让带电离子(如钠和钙)流入细胞。在此基础上，人们又发现了其他相关的离子通道，从而了解了不同的温度是如何在神经系统中诱发电脉冲信号的。毫无疑问，TRPV1的发现是一个重大突破，堪称是理解触觉和痛觉分子基础的一个里程碑，从此以后人们更深入地认识到物理力激活神经元的机制。

此后，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，并发现它们可以被一系列不同的温度激活。

虽然温度感觉的机制谜团正在逐步被破解，但机械刺激(例如用细棒轻轻戳)如何转化为我们的触觉和压力感仍不清楚。对此，帕塔普蒂安领导的团队在2010年首先发现了一种细胞系，当单个细胞被微管戳到时，它会发出可测量的电信号。据推测，由机械力激活的受体是一个离子通道，并在下一步确定了72个编码可能受体的候选基因。这些基因被逐一灭活，以发现负责研究细胞中机械敏感的基因。

经过艰苦的摸索，帕塔普蒂安和他的同事们成功地确定了一个单一的基因，该基因的沉默使细胞对微吸管的戳刺不敏感。一个新的、此前完全未知的机械敏感离子通道被发现了，并被命名为Piezo1，取自希腊语中的压力（í；píesi）。通过与Piezo1的相似性，第二个离子通道被发现并命名为Piezo2。

这项研究的突破同样开启了一片全新的领域。在感觉神经元和其他细胞上发现的Piezo1和Piezo2，引领了大量新研究，让人们逐渐认识这些离子通道在触觉、疼痛、血压调节和本体感觉等各方面压力感知中的作用。

值得一提的是，由于疫情原因，今年诺贝尔奖官方依旧取消了传统的颁奖典礼和晚宴。之前诺贝尔生理学或医学奖的大热门——mRNA相关技术并未获得该奖。

按照日程安排，在生理学或医学奖率先出炉后，未来一周时间里还将陆续有多项诺贝尔奖公布，包括：10月5日，诺贝尔物理学奖颁布；10月6日，诺贝尔化学奖颁布；10月7日，诺贝尔文学奖颁布；10月11日，诺贝尔经济学奖颁布。