2021 诺贝尔生理或医学奖公布,告诉你为什么会被辣到「菊花痛」

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10-04 22:00

经常吃火锅辣到冒汗、辣到「菊花疼」,你可曾想过是什么身体机制带来这样的反应吗?

今天,2021 年诺贝尔生理或医学奖公布,或许能告诉你答案。获奖的是两位美国科学家 David Julius 和 Ardem Patapoutian,以表彰他们发现了人体对温度和触觉的「受体(receptor)」。

诺贝尔委员会认为,这两位科学家的研究揭开了自然的秘密,从分子水平上解释了这些刺激如何转化为神经信号,是一个重要而深刻的发现:

我们感知热、冷和触觉的能力对生存至关重要,这是我们与周围世界互动的基础。

为什么你会被辣到「菊花疼」?

今年 65 岁的 Julius,是美国加州大学旧金山分校的教授。他研究的主要是温度和疼痛受体,揭示我们如何感受冷暖和化学物质的刺激。

▲ David Julius

从神经层面来看,我们的大多数感官都在进行「接受刺激 – 传递信号 – 大脑接收并作出反应」,这一过程少不了受体的参与。

以苦味为例,当你豪情壮志干下一杯广东凉茶,负责苦味的味觉受体遇到相关分子后被激活打开,马上向大脑传递信号告诉它「好苦啊!」

1990 年代后期,Julius 开始埋头研究辣椒素如何引起我们的灼热和疼痛感,他跟同事创建了一个有几百万 DNA 片段的数据库,最终在感受疼痛的神经元中识别出受体分子 TRPV1。

TRPV1 是位于神经细胞膜上的一类离子通道,能被高温和辣椒素激活打开,这也解释了为什么你每次吃辣总是满头大汗,并热出火辣辣的疼。

除了 TRPV1,Julius 和 Patapoutian 后来都各自通过化学物质薄荷醇,识别出受体分子 TRPM8——它会对薄荷醇和低温产生反应,比如说,能让你吃薄荷糖的时候感受到「透心凉」。

TRPV1 的发现被视为一项重大突破,为其他温度受体的发现开辟了道路,也让人们意识到不同的温度能如何诱导神经信号。TRP 通道在我们感知温度中的作用,也得到了进一步确认。

为什么容嬷嬷扎你会痛?

54 岁的 Patapoutian,是一位黎巴嫩裔的分子生物学家和神经学家,在 1986 年移居美国,目前是 Scripps 研究所的教授。

Patapoutian 几乎跟 Julius 同时开始研究人体触觉。除了温度受体,他决定寻找更有挑战性的机械力受体。

▲ Ardem Patapoutian

他和团队首先确定了一种适合用于实验的细胞系,当受到压力刺激(用极细的吸管轻戳)时,细胞会产生可测量的电信号来响应变化。经过长时间测试,Patapoutian 选出 72 个可能是受体的候选编码基因,最终发现第 72 号基因的缺失时,细胞不会产生感应电流。

这个受体被称为 Piezo1——Piezo 在希腊语里是「压力」的意思,后来他们又发现了另一个相似受体 Piezo2。

后续的研究中,Patapoutian 团队发现 Piezo2 在身体位置和运动感知中发挥关键作用,如果缺乏这种分子,在黑暗中站立和行走都会变得相当困难。另外,Piezo1 和 Piezo2 离子通道都被证明对其他生理现象有调节作用,包括血压、呼吸和膀胱控制。

小小的分子,告诉我们如何感知世界

两位科学家对温度和触觉的突破性发现,让我们能够了解冷暖和机械力如何刺激神经冲动,也揭示了我们如何感知和适应世界。

耳边的微风、咖啡的滚烫、踩在沙滩上的颗粒感和拥抱恋人时的亲密,都是世界通过受体分子向我们的大脑传递着信号。

这些研究成果,将被用于开发各种疾病的治疗方法,包括慢性疼痛。

比如说,TRPV1 及相关通道的研究有助于开发新兴的止痛药物,对今天阿片类药物(吗啡、芬太尼和曲马多等)的副作用和成瘾情况来说,有着重要的现实意义。

诺贝尔生理学或医学奖旨在表彰在生理学或医学领域作出重要发现或发明的人。去年,Harvey J. Alter、Michael Houghton 和 Charles M. Rice 因发现丙肝病毒而获奖。

今年获奖的两位科学家 Julius 和 Patapoutian,将平分 1000 万瑞典克朗(约 114 万美元)奖金。

新的一天,当你再次在麻辣火锅桌边一边擦汗一边「菊花疼」,你会不会想起这两位诺贝尔获奖者,并感叹生命的奥妙?

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