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浙江新聞客戶端 記者 李嬌儼

圖源：諾貝爾獎官網

10月4日（2021年），美國生理學家大衛·朱利葉斯和美國分子生物學家德姆·帕塔波蒂安因發現溫度與觸覺受體，分享了2021年的諾貝爾生理學或醫學獎。記者采訪了中國科學院院士、神經生物學家段樹民教授對此進行解讀。

我們知道，感知冷、熱的能力和觸覺，對于人類的生存至關重要，這恰恰也是我們與周圍世界互動的基礎。在日常生活中，這些感覺仿佛是理所當然的。但神經沖動是如何啟動，并感受到溫度和壓力的？這個問題一直困擾著科學家們。

“腦的信息傳遞一般通過電信號。要感受到溫度或者壓力，必然存在一個轉化為電信號的機制。”段樹民說，但是我們機體中將溫度和各種機械刺激轉化為神經電信號的感受器是什么？他們是如何實現這種轉化的，仍然是一個謎。

因此，溫度與觸覺受體的發現，是一項重大的基礎研究突破，兩位科學家經過了幾十年的努力，終于找到了相關的離子通道，并將結構、機制都研究清楚。“這些離子通道分別對溫度和機械刺激敏感，當溫度變化或受到機械力刺激后，就會開放，從而使相應的神經元放電增加，產生興奮，感知冷暖、觸覺、壓力等刺激”。段樹民說。

圖源：諾貝爾獎官網

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在吃辣椒時，會感覺到熱。辣椒素，也成為了打開謎底的鑰匙。

上世紀90年代后期，在美國舊金山加利福尼亞大學任職的大衛·朱利葉斯開始分析由辣椒素引起的，接觸辣椒時的灼燒感。朱利葉斯和他的同事構建了一個包含數百萬 DNA 片段的基因庫。這些片段對應于感覺神經元中表達的基因，這些基因可對疼痛、熱和觸摸做出反應。

“我們知道機體中一定會有某些基因，能夠編碼與辣椒素反應的蛋白質的 DNA 片段。但是大家不確定是哪個基因。于是朱利葉斯通過排除法記錄信號，在系統中不斷刪除基因，當壓力刺激或者溫度刺激沒有反應時，就說明去掉的那個就是我們要找的”。段樹民說。

大衛·朱利葉斯經過艱苦的搜索，終于確定了一個能夠使細胞對辣椒素敏感的基因。進一步的實驗表明，鑒定出的基因編碼了一種新的離子通道蛋白，這種新發現的辣椒素受體后來被命名為 TRPV1。當大衛·朱利葉斯繼續研究這種蛋白質對熱的反應能力時，他意識到他發現了一種熱敏受體，能在人體感受到溫度變化時被激活。后來，大衛·朱利葉斯和德姆·帕塔波蒂安又各自獨立地使用化學物質薄荷醇識別出了 TRPM8——一種會被寒冷而激活的受體。

盡管溫度感覺的機制已經明晰，但機械刺激是如何轉化為觸覺和壓力感覺，我們仍然不清楚。

而阿德姆·帕塔波蒂安一直希望，能夠確定被機械刺激激活的受體究竟是什么。

圖源：諾貝爾獎官網

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胞系，當用微量移液管戳單個細胞時，該細胞系會發出可測量的電信號。他們假設被機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 個候選基因。這些基因被一一滅活，以此來搜索負責研究細胞機械敏感性的基因。

經過大量辛苦的搜索，兩種全新的、完全未知的機械敏感離子通道Piezo1 和 Piezo2被發現了。進一步的研究證實， Piezo1 和 Piezo2 會被施加在細胞膜上的壓力直接激活，可以調節重要的生理過程，包括血壓、呼吸和膀胱控制。

圖源：諾貝爾獎官網

“人體的很多地方都會用到壓力敏感的離子通道。當他們找到這一類通道后，就可以以此為靶點來干預呼吸道、心血管、甚至聽力等生理過程。”段樹民說，利用這項研究，中晚期腫瘤帶來的疼痛、持續的慢性疼痛，焦慮、抑郁表現的痛覺敏感等，都有可能通過這些靶點而得到有效的控制。

大衛·朱利葉斯和德姆·帕塔波蒂安對TRPV1、TRPM8 和 Piezo 通道的突破性發現，讓我們理解了熱、冷和機械力是如何引發神經沖動的，彌補了感官與環境之間復雜相互作用中缺失的關鍵環節。

想象一下，在炎熱的夏日，赤腳走過草坪，輕撫過的熾熱暖風，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到這個世界的迷人之處。