2021年诺贝尔生理学或医学奖揭晓,两位科学家揭秘“吃辣椒为何又热又痛”

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· 10月5日

诺奖委员会指出,这两位诺奖得主在TRPV1、TRPM8、以及Piezo通道上的突破性贡献,不仅让我们知道人体如何感知冷热,感知触觉,从而理解身边的世界,后续的研究还为我们带来了更多生理上的洞见,也被用于开发多种治疗疾病的药物,实实在在将科学转化为了造福病患的工具。

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2021年诺贝尔生理学或医学奖揭晓,两位科学家揭秘“吃辣椒为何又热又痛”

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吃辣椒又热又痛,薄荷味是冰冰凉凉,科学家告诉你为什么会有这些感觉。

北京时间10月4日下午,2021诺贝尔生理学或医学奖率先揭晓,David Julius(戴维·朱利叶斯)和Ardem Patapoutian(阿登·帕塔普蒂安)两位科学家因为发现了温度和触觉受体荣获该奖。

David Julius于1955年11月4日出生于美国纽约,目前是UCSF(加州大学旧金山分校)的教授。Julius利用辣椒素(一种来自辣椒的刺激化合物,可引起灼热感)来识别皮肤神经末梢中对热有反应的传感器。

Ardem Patapoutian于1967年出生在黎巴嫩贝鲁特,年轻时搬到美国洛杉矶,目前是加州拉霍亚的斯克里普斯(Scripps)研究中心的教授。Patapoutian使用压敏细胞发现了一类新型受体,这类受体可以对皮肤及内脏的机械刺激做出反应。
图源自诺奖官网

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一个不太冷的知识是辣感并非味觉,而是一种痛感,而辣椒素可以激活引起痛觉神经元,但其租用机制却长期困扰着学界。

Julius和同时创建一个包含数百万个DNA片段的数据库,这些DNA片段对应的是在感觉神经元中表达的基因,它们可以对疼痛、热、触觉作出反应。

通过辣椒素刺激的方法,Julius发现了一个对辣椒素有强烈响应的基因TRPV1,在接下来的研究中,他发现这个基因编码的蛋白同样对高温有响应,这也从侧面解释了辣总伴随有热的原因。

按照类似的思路,Julius与Patapoutian又分别独立使用薄荷醇(由薄荷叶和茎中所提取的白色晶体)发现了另一个受体TRPM8——一种被证明会被寒冷激活的受体。随后,人们发现了能被一系列不同温度激活的、与TRPV1和TRPM8相关的其他离子通道。

人体温度感觉的奥秘被揭开了,Patapoutian开始着手研究广泛存在的机械感,即拥抱、触摸产生的触觉。在那之前,研究人员曾在细菌中发现了能感知机械力的受体,但对脊椎动物的触觉机制仍不清楚。

Patapoutian与合作者们首先鉴定出了一套细胞系,当刺激其中的单个细胞时就会发出可测量的电信号,研究人员可以对电信号进行测量。首先,Patapoutian团队筛选了72个候选基因,其次,通过排除法成功确定了一个基因(当它沉默时,细胞对刺激不再敏感),这一全新的、对机械力敏感的离子通道,被命名为Piezo1,来自古希腊语的“压力”一词。

他们还发现了一个与Piezo1相似的基因Piezo2,它在感觉神经元中处于高表达水平,进一步地研究证实了Piezo1和Piezo2是离子通道受体,对细胞膜施加压力可直接激活这两种受体。

根据Patapoutian及其他研究团队发表的一系列论文,Piezo2离子通道对触觉至关重要,具体来看,Piezo2在感知身体位置和运动中发挥着关键作用。此外,机械力感知蛋白(离子通道) Piezo1和Piezo2已被证明参与调控血压、呼吸和排尿等其他重要的生理过程。

总结来看,受体TRPV1与温度觉、痛觉有关,Piezo2与触觉有关。

图源自诺奖官网

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诺奖委员会指出,这两位诺奖得主在TRPV1、TRPM8、以及Piezo通道上的突破性贡献,不仅让我们知道人体如何感知冷热,感知触觉,从而理解身边的世界,后续的研究还为我们带来了更多生理上的洞见,也被用于开发多种治疗疾病的药物,实实在在将科学转化为了造福病患的工具。能收获今年的诺贝尔生理学或医学奖,正是对他们所做贡献的最好认可。

上述发现之于人们的日常生活,会有怎样的影响?

Julius进一步地研究也显示,TRPV1对于炎症过程中产生的化学物质很敏感,与炎症相关的疼痛敏感反应有关,这为癌症疼痛和其他疾病的治疗作了铺垫。

基于药物层面的研究,与温度觉、痛觉有关的高温受体TRPV1的发现,将有助于疾病治疗过程对疼痛的缓解,类似于止痛药。理论上,找到抑制TRPV1表达的拮抗剂,或许就能降低人体对疼痛的感知,达到缓解疼痛的效果。

专注科研教育的ViaX盐趣公众号文章介绍称,TRPV1一经发现就开始做起了转化研究,目前,TRPV1拮抗剂的进度比较缓慢,大部分研究仍然处在一期、二期临床阶段。相较于容易产生成瘾性的阿片类药物,TRPV1拮抗剂在止痛药领域的未来前景可期。而在心血管领域,不少研究已经发现了Piezo的作用,虽然临床使用尚不明朗,但从某种程度上来说,Piezo的出现改变了整个心血管领域的研究走向。

基础科学是临床医学等实用学科的基石,通过对基础科学的深入研究,人们才能更好地了解病理生理变化、发病机制、药物如何在疾病过程中发挥作用。

诺贝尔生理学或医学奖根据已故的瑞典化学家阿尔弗雷德·诺贝尔的遗嘱而设立,目的在于表彰在生理学或医学界做出卓越发现的人。该奖奖章图案是拿着一本打开书的医学之神,正在从岩石中收集泉水,为生病的少女解渴。奖章上刻有一句拉丁文,大致翻译为:新的发现使生命更美好。

2021年诺贝尔奖于2021年10月4日至11日陆续揭晓,由于疫情原因,2021年5项诺贝尔奖得主仍将在各自国家获颁奖项。

(钛媒体App编辑杨亚茹综合诺奖官网、药明康德、科研圈、医药魔方)

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