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2021年诺贝尔生理学或医学奖——破解人类感知之谜
2021/10/12 21:37:05 来源: 中国青年报
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想象一下,在炎热的夏日,当你赤脚走过草坪,你可以感受太阳的热力,风的抚摸,以及脚下的每一片草叶。这些对于温度、触摸和运动的印象,是几乎每个人都可以感受得到的。

  不过,这些热或冷,硬或软,疼痛或压迫,是怎么来的?这些感知是哪些神经导致的,它又是如何启动的?人类却不得而知。

  2021年诺贝尔生理学或医学奖获得者要解决的,就是这个问题。北京时间10月4日,这一奖项揭晓,授予美国科学家大卫·朱利叶斯(David Julius)和阿登·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian),以表彰他们在“发现温度和触觉感受器”方面的贡献。

  来自诺贝尔奖委员会的说法是:两位科学家的突破性发现,引领了一系列密集的研究活动,让人们对神经系统如何感知热、冷和机械刺激的理解迅速加快。

  眼睛如何检测光线,声波如何影响我们的内耳,不同的化合物如何与我们鼻子和嘴巴中的感受器相互作用,产生嗅觉和味觉?几千年来,人类面临的一大谜题,就是我们如何感知所处的环境。

  在17世纪,哲学家勒内·笛卡尔设想,可以将皮肤的不同部分与大脑连接起来。通过这种机制,接触明火的脚,会向大脑发送机械信号。后来的发现表明,人体存在特化的感觉神经元,能记录我们周围环境的变化。

  科学家约瑟夫·厄兰格和赫伯特·加瑟因发现,机体存在不同类型的感觉神经纤维,能对不同刺激作出反应,例如对疼痛和非疼痛触摸的反应,他们二人因此获得了1944年诺贝尔生理学或医学奖。

  从那时起,科学家已经证明,神经细胞已经高度特化,以检测和转导不同类型的刺激,人类因此能够对周围的环境进行细微地感知。例如,人们通过指尖,可以感受表面纹理的差异,也能辨别令人愉悦的温暖和令人痛苦的灼烧。

  不过,科学家仍有一个尚未解决的基本问题:温度和机械刺激,如何在神经系统中被转化为电脉冲?

  在20世纪90年代后期,大卫·朱利叶斯在美国加利福尼亚大学旧金山分校,对化合物辣椒素如何引发“接触辣椒时的灼烧感”的分析时,看到了“胜利的曙光”。

  彼时,科学家已经知道,辣椒素可以激活引起疼痛感受的神经细胞,但这种化学物质具体如何起到作用,仍是未解之谜。

  朱利叶斯和同事创建了一个包含数百万个DNA片段的资料库,这些片段对应感觉神经元表达的基因,它们可以对疼痛、热和触觉作出反应。经过大量的工作和艰苦的搜索,他们确定了一个能够使细胞对辣椒素敏感的基因——机体感受辣椒素的基因,就这样被发现了!

  朱利叶斯团队进一步实验表明,他们找到的这个基因,编码了一种新的离子通道蛋白,这一辣椒素受体,后来被命名为 TRPV1。

  诺奖委员会认为,TRPV1的发现,被认为是一项重大突破,这为揭开其他温度感应感受器开辟了道路。

  然而,当人体感知温度的机制被不断揭开时,科学界仍不清楚人体将机械刺激转化为触压觉的机制。

  在位于美国加利福尼亚州拉霍亚的斯克里普斯研究所,帕塔普蒂安和同事们发现了一种全新的、对机械力敏感的离子通道,并以希腊语中表示“压力”的词汇,将其命名为Piezo1。他们还发现了一个与Piezo1相似的基因,并将其命名为Piezo2,它在感觉神经元中处于高表达水平。通过进一步研究,Piezo1和Piezo2是离子通道感受器,对细胞膜施加压力,可直接激活这两种感受器。

  诺奖委员会给出这样的评价:今年诺贝尔生理学或医学奖获得者的突破性发现,让人们理解了冷、热、机械作用力如何触发神经冲动,以及人类感知并适应外界刺激的机制。当然,基于该发现的众多研究,还正在进行之中,研究者正致力于阐明它们在各种生理过程中的功能,这些有望大范围应用在众多疾病的治疗之中。

  中青报·中青网记者 邱晨辉 来源:中国青年报


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