吃辣椒也能得諾獎

瞻云

2021年10月4日，2021年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎公布現(xiàn)場

2021年10月4日，瑞典卡羅琳醫(yī)學(xué)院宣布，將2021年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎頒給了美國的兩位科學(xué)家—戴維·朱利葉斯（David Julius）和阿德姆·帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian），以獎勵他們對溫度感知與觸覺之受體的發(fā)現(xiàn)。

那么，兩位科學(xué)家研究的溫度感知與觸覺之受體究竟是什么，讓他們可以獲得如此高的榮譽？

要回答這個問題，我們需要先弄清楚人體的感官究竟是怎么產(chǎn)生的。

人的大腦類似于電腦的核心處理器，它處于頭顱之中，對外界的任何信息都不能第一時間獲悉。它必須通過眾多的神經(jīng)連接到感覺器官，才能獲取外部信息。

例如，我們通過眼睛、耳朵、鼻子、舌頭以及皮膚，分別獲取視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺以及溫度感知等信息。

17世紀，法國哲學(xué)家笛卡爾猜想，我們身體內(nèi)一定是有什么線性結(jié)構(gòu)把皮膚和我們的大腦連接在一起—當我們的手腳碰到火焰的時候，它就會發(fā)送相應(yīng)的信號，讓我們產(chǎn)生痛覺。

不得不說，笛卡爾的直覺相當敏銳。200多年后的19世紀末，西班牙神經(jīng)組織學(xué)家圣地亞哥·拉蒙-卡哈爾，通過高爾基染色法成功發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)元的完整結(jié)構(gòu)，從而揭示了人體的組織和器官的確是通過神經(jīng)纖維這種線性結(jié)構(gòu)和大腦鏈接起來的。

而和圣地亞哥·拉蒙-卡哈爾生活在同一時代的俄國生理學(xué)家巴甫洛夫，同樣在19世紀末，通過對狗進行的一系列實驗，發(fā)現(xiàn)了著名的神經(jīng)反射活動，奠基了高級神經(jīng)活動生理學(xué)。

雖然巴甫洛夫之后，人們已經(jīng)知道了大腦獲取和發(fā)送信息，都是通過感受器轉(zhuǎn)化成電信號，然后傳導(dǎo)給大腦，但對外界的各種信息是如何轉(zhuǎn)化成神經(jīng)信號的，人們卻知之甚少。

直到幾十年后，相關(guān)的研究才有所進展。1944年，美國科學(xué)家厄爾蘭格（Joseph Erlanger）和加塞（Herbert S. Gasser）因發(fā)現(xiàn)單一神經(jīng)纖維的高度機能分化，共獲諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。不同類型神經(jīng)纖維的發(fā)現(xiàn)，對人類感覺的傳播機制有著一定的啟示作用。

戴維使用辣椒素來鑒定TRPV

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突破：破譯感官神經(jīng)機制

本質(zhì)上，人體獲取外部信息，和電腦十分相似，都是需要先把聲、光、熱等信號，通過傳感器（感受器）轉(zhuǎn)化成電磁信號，然后傳輸?shù)教幚砥鳎ǜ呒壷袠校┻M行分析，才能獲取外部信息。

從某種意義上來說，就像電腦傳感器的基本感知功能分成熱敏元件、光敏元件、氣敏元件等十大類型，人體要傳輸視、聽、嗅、味、觸等感覺，就必須有相應(yīng)的受體來進行轉(zhuǎn)化。

例如，眼睛中的視桿細胞和視錐細胞，便是依靠不同的光受體蛋白來感知不同的光覺和色覺。

然而和電腦不同的是，人體感受器內(nèi)，需要經(jīng)歷復(fù)雜的生化反應(yīng)，才能把光、聲、氣味分子、壓力、溫度等物理化學(xué)信號轉(zhuǎn)化成電信號。

通俗來講，一般會發(fā)生如下過程：當受到外界信號的刺激時，相應(yīng)的受體蛋白的結(jié)構(gòu)就會發(fā)生改變;隨著信號刺激的消失，受體蛋白的結(jié)構(gòu)又會恢復(fù)。在不斷改變和恢復(fù)的過程中，產(chǎn)生的衍生物會進一步發(fā)生一系列的生化反應(yīng)，然后激活離子通道，改變感受器的細胞膜電位，引起神經(jīng)脈沖。

這些受體蛋白，很像離子通道的開關(guān)。它們產(chǎn)生的脈沖信號，和外界刺激是一一對應(yīng)的，就像網(wǎng)絡(luò)光纜中傳導(dǎo)的音視信號一樣，包含了我們感受到的任何信息。

這些信息通過神經(jīng)纖維到達大腦后，經(jīng)過相應(yīng)的感覺中樞分析處理，于是我們的感官就誕生了。

由于細胞內(nèi)的生化反應(yīng)相當復(fù)雜，要了解具體的感官到神經(jīng)信號的轉(zhuǎn)變機制是相當困難的，所以，哪怕經(jīng)過了長達50年的不斷突破，我們依舊沒有徹底破譯所有的感官神經(jīng)機制。

最開始的突破是在1969年，英國愛丁堡大學(xué)的研究人員科曾斯（Cosens）和曼寧（Manning），利用甲基磺酸乙酯對果蠅進行人工誘變，發(fā)現(xiàn)了一個具有異常趨光性和視網(wǎng)膜電位的突變個體。

他們在對這種黑腹果蠅突變體進行研究后發(fā)現(xiàn)，通過連續(xù)光刺激，果蠅的光感受器細胞只會出現(xiàn)短暫的視網(wǎng)膜負電位變化，而通常情況下會出現(xiàn)長期的膜電位變化。

雖然科曾斯等人認為，果蠅的變異基因表達了一種光受體，但他們并沒有條件進行進一步的研究。

直到1975年，隨著電生理技術(shù)的發(fā)展，美國加州大學(xué)伯克利分校的克雷格·蒙特爾（Craig Montell）教授，發(fā)現(xiàn)這是一種離子通道蛋白突變所引起的現(xiàn)象，并率先克隆出了相關(guān)基因。

由于突變體對光反應(yīng)產(chǎn)生的電位變化是瞬時的，所以他把這一種蛋白通道命名為“瞬時受體電位”，簡稱TRP。