2021年诺贝尔生理学或医学奖揭晓：他们破解了人类的痛觉和触觉

北京时间10月4日下午，2021年诺贝尔生理学或医学奖揭晓。美国科学家David Julies、Ardem Patapoutian获奖，以表彰他们“发现温度和触觉的受体”。

2021年的诺贝尔奖单项奖金为1000万瑞典克朗（约合人民币740.9万元）。

David Julius，1955年出生于美国纽约。1984年从加州大学伯克利分校获得博士学位，并曾在哥伦比亚大学做博后。1989年加入加州大学旧金山分校，目前为该校教授。

Ardem Patapoutian，1967年出生于黎巴嫩贝鲁特。1996年从加州理工学院获得博士学位，并曾在加州大学旧金山分校做博后。2000年加入斯克利普斯研究所，目前为该所教授。2014年至今，他也是霍华德休斯医学研究院的研究人员。

人们对热、冷和触觉的感知能力对生存至关重要，支撑着我们与周围世界的互动。在日常生活中，我们认为这些感觉理所当然，但神经冲动是如何产生的，从而使温度和压力可以被感知？今年的诺贝尔奖得主解决了这个问题。

大卫·朱利叶斯利用辣椒素（一种从辣椒中提取的刺激性化合物，能产生灼烧感）来识别皮肤神经末梢上对热做出反应的感应器。阿登·帕塔普蒂安利用压力敏感细胞发现了一种对皮肤和内部器官的机械刺激作出反应的新型感应器。这些突破性的发现引发了激烈的研究活动，使得人们对神经系统如何感知热、冷和机械刺激的理解迅速增加。两位获奖者指出，在人们理解感官与环境之间复杂的相互作用时，存在着关键的缺失环节。

背景介绍：

在过去的二十年里，Julius和Patapoutian独立阐述了对温度和压力以及疼痛敏感的分子机制，为人类生理和疾病研究提供新见解。

生理学家、加州大学旧金山分校教授David Julius通过一种优雅的方法，即利用某些化学物质可以模仿不同温度的性质（如辣椒的热辣感和薄荷的清凉感）从而发现了人体是如何探测高温和低温的。Julius和他的团队首先利用辣椒素鉴定出，编码首个已知温敏感受器的基因，TRPV1离子通道。Julius进一步发现，TRPV1通道也可被炎症反应中产生的高浓度质子和化学物质激活，为在受损和炎症组织中所观察到的疼痛超敏反应提供了分子基础。该离子通道作为一个分子感受器将温度的感受和炎症信号的感受整合起来。热感，无论是辛辣辣椒带来的灼热感或烫嘴咖啡造成的烧灼感，均由同一感受器编码。

Julius随后进行的基因实验表明，对于缺乏TRPV1的突变型小鼠，其热敏感性降低，并且炎性和癌性疼痛明显减轻。这一发现让他们鉴定出了一个离子通道蛋白家族，其家族成员们参与了对特定范围内的高低温的感测以及对可能导致衰弱性疼痛的刺激物和炎症过程的感测。在其他实验中，Julius和合作者们确认了这些通道是吸血蝙蝠和蛇体内的红外热感受器，同时也是蜘蛛毒素和蝎子毒素的靶标，这进一步验证了它们在整个动物界的感温和感痛中的作用。这一新发现的TRPV1及相关通道现已成为新型止痛药研发关注的领域。

Ardem Patapoutian 是斯克里普斯研究所的教授兼霍华德·休斯医学研究所的研究员，他发现了PIEZOs压敏离子通道家族，它们存在于许多远缘物种中，具有深厚的进化渊源。

Patapoutian 和他的同事们采用了来自一个神经母细胞瘤细胞系的细胞，该细胞可在实验室的培养皿中生长。这些细胞通过产生电信号来响应轻触带来的压力变化。在我们的DNA中有2万多个基因，他们从中精心挑选出300多个可能编码压敏通道的基因，而后在实验室里培养逐一缺少这些基因的细胞。Patapoutian实验室随后逐一对样本们进行测试，寻找缺失时会导致细胞失去压力感应能力的基因。最终，清单上的#72号候选基因确定具此功能。

很快，Patapoutian 确认了PIEZOs为哺乳动物体内压力感应的必需基因。他的研究表明，PIEZOs可形成离子通道，它们直接负责皮肤内默克尔细胞和触觉终端，以及本体感受器的压力感测。

PIEZOs 还能通过血管和肺部的神经末梢感知压力，并影响红细胞体积、血管生理，引发多种人类遗传疾病。PIEZOs的发现打开了力学生物学的大门，这是一个与生物学、工程学和物理学交叉的新兴科学领域，侧重于研究细胞和组织的物理作用力和力学特性的变化如何对健康和疾病造成影响。

摘自《中国科学报：2020科维理奖发给了极大、极小和极繁》

来源：科学网、中科院之声