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為什么吃火鍋會(huì)辣得嘴巴疼?剛剛,諾貝爾首個(gè)大獎(jiǎng)揭曉!兩位科學(xué)家給出終極答案

每日經(jīng)濟(jì)新聞 2021-10-04 19:55:47

每經(jīng)編輯 何小桃    

一年一度的諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)時(shí)間到了。北京時(shí)間10月4日下午5點(diǎn)30分,2021諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)評(píng)選結(jié)果揭曉。

據(jù)央視新聞報(bào)道,當(dāng)?shù)貢r(shí)間10月4日,在瑞典首都斯德哥爾摩卡羅琳醫(yī)學(xué)院,諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)總秘書長(zhǎng)托馬斯·佩爾曼宣布,2021年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予戴維·朱利葉斯和阿登·帕塔普蒂安,以表彰他們?cè)?ldquo;發(fā)現(xiàn)溫度和觸覺感受器”方面作出的貢獻(xiàn),兩位獲獎(jiǎng)?wù)邔⒎窒?000萬瑞典克朗獎(jiǎng)金(約合736萬元人民幣)。

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他們?yōu)槭裁传@獎(jiǎng)?

評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)說,人們對(duì)熱、冷和觸覺的感知能力對(duì)生存至關(guān)重要,支撐著我們與周圍世界的互動(dòng)。在日常生活中,我們認(rèn)為這些感覺理所當(dāng)然,但神經(jīng)沖動(dòng)是如何產(chǎn)生的,從而使溫度和壓力可以被感知?今年的諾貝爾獎(jiǎng)得主解決了這個(gè)問題。

大衛(wèi)·朱利葉斯利用辣椒素(一種從辣椒中提取的刺激性化合物,能產(chǎn)生灼燒感)來識(shí)別皮膚神經(jīng)末梢上對(duì)熱做出反應(yīng)的感應(yīng)器。阿登·帕塔普蒂安利用壓力敏感細(xì)胞發(fā)現(xiàn)了一種對(duì)皮膚和內(nèi)部器官的機(jī)械刺激作出反應(yīng)的新型感應(yīng)器。這些突破性的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了激烈的研究活動(dòng),使得人們對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)如何感知熱、冷和機(jī)械刺激的理解迅速增加。兩位獲獎(jiǎng)?wù)咧赋觯谌藗兝斫飧泄倥c環(huán)境之間復(fù)雜的相互作用時(shí),存在著關(guān)鍵的缺失環(huán)節(jié)。

微信公眾號(hào)“原理”進(jìn)一步解釋道,提到辣的東西,我們都會(huì)有一種“熱”的感覺,紅辣椒會(huì)讓你嘴巴感覺灼燒,吃完辣椒第二天“身體末端”很有可能也會(huì)經(jīng)歷火辣辣地疼。神奇的是,還有一些東西會(huì)讓我們覺得“冷”,比如薄荷。

辣椒中的辣味來自一種叫辣椒素的物質(zhì)。早先,一些科學(xué)研究表明,在辣椒素和高溫的刺激下,一部分感覺神經(jīng)元變得活躍。然而,關(guān)于其作用的具體機(jī)制一直存在爭(zhēng)議。直到1997年,朱利葉斯在感受疼痛的神經(jīng)元上識(shí)別出了受體分子TRPV1,并證明它能被高溫和辣椒素激活,才揭開了答案。而這也解釋了辣總是和熱聯(lián)系在一起的原因。

TRPV1屬于一個(gè)離子通道家族,它位于細(xì)胞膜上,一旦激活就會(huì)打開,讓帶電離子(如鈉和鈣)流入細(xì)胞。它廣泛地分布在我們身上,這就是為什么辛辣的食物在進(jìn)出身體的過程中都會(huì)帶來灼熱的感覺。

TRPV1是第一個(gè)在脊椎動(dòng)物身上被確認(rèn)生理功能的TRP通道,可以說是理解觸覺和痛覺的分子基礎(chǔ)的一個(gè)里程碑,讓我們認(rèn)識(shí)到物理力激活神經(jīng)元的機(jī)制。

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David Julius 使用辣椒素來鑒定 TRPV1,這是一種由熱痛激活的離子通道,使得我們了解溫度變化如何在神經(jīng)系統(tǒng)中誘導(dǎo)電信號(hào)。

隨后,TRP通道在溫度感知中的作用得到進(jìn)一步確認(rèn)。朱利葉斯和帕塔普蒂安分別獨(dú)立確認(rèn)了TRPM8是一種會(huì)對(duì)薄荷醇和寒冷產(chǎn)生反應(yīng)的分子?,F(xiàn)在越來越多發(fā)現(xiàn)表明,TRP家族在進(jìn)化史上是一個(gè)非常古老的體系。人們也認(rèn)識(shí)了更多家族成員,包括“芥末感受器”TRPA1、會(huì)被百里香等香料激活的TRPA3等等。

朱利葉斯的進(jìn)一步研究還揭示了,TRPV1對(duì)炎癥過程中產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)很敏感,與炎癥相關(guān)的疼痛敏感反應(yīng)有關(guān),這為癌癥疼痛和其他疾病的治療開辟了新的潛在途徑。

然而,帕塔普蒂安在開始思考我們?nèi)绾胃惺芡獠凯h(huán)境刺激時(shí),他選擇了一個(gè)不同的研究方向。

2010年,他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)新的離子通道,它們會(huì)被機(jī)械壓力(用細(xì)棒輕輕戳)激活,產(chǎn)生電活動(dòng)。這兩個(gè)離子通道被命名為PIEZO1和PIEZO2。這個(gè)名字來自希臘語中的“piezi”,意為“壓力”。

這項(xiàng)突破同樣開啟了一片全新的領(lǐng)域。在感覺神經(jīng)元和其他細(xì)胞上發(fā)現(xiàn)的PIEZO1和PIEZO2,引領(lǐng)了大量新研究,讓人們逐漸認(rèn)識(shí)這些離子通道在觸覺、疼痛、血壓調(diào)節(jié)和本體感覺等各方面壓力感知中的作用。

其中或許最令人感到新奇的要數(shù)與本體感覺相關(guān)的研究。本體感覺是指我們感知身體在空間中位置的能力。這種感覺讓我們能夠站立和行走,甚至閉上眼睛或蒙上眼睛后依舊能行走自如,它依賴的是那些向大腦發(fā)出肌肉伸展信號(hào)的神經(jīng)元。

帕塔普蒂安的團(tuán)隊(duì)和其他研究已經(jīng)證明,PIEZO2是本體感覺相關(guān)的關(guān)鍵分子。有研究稱,罕見的PIEZO2缺乏的人,在黑暗中站立和行走都有困難。帕塔普蒂安更近期的研究,在人類遺傳學(xué)和小鼠模型上已經(jīng)證明,PIEZO1在控制紅細(xì)胞體積中會(huì)發(fā)揮作用。他發(fā)現(xiàn)了一種PIEZO1基因的變異,似乎可以防止瘧原蟲感染。

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Patapoutian 使用培養(yǎng)的機(jī)械敏感細(xì)胞來識(shí)別由機(jī)械力激活的離子通道。經(jīng)過艱苦的工作,他們發(fā)現(xiàn)了 Piezo1 和 Piezo2。 

帕塔普蒂安在接受采訪時(shí)曾表示,他的研究生涯中也曾經(jīng)歷過很長(zhǎng)一段時(shí)間進(jìn)展緩慢的階段,他甚至曾經(jīng)想過轉(zhuǎn)行。但幸好他堅(jiān)持了下來。“這是一段非常迷人的旅程,PIEZO帶我們從生物學(xué)和病理生理學(xué),接下來又會(huì)帶著我們前往新的未知的領(lǐng)域。”

評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)表示,TRP通道是人體感知溫度的核心,Piezo2通道賦予我們觸覺和感知身體位置和運(yùn)動(dòng)的能力,TRP和Piezo通道也有助于許多額外的感測(cè)溫度或機(jī)械刺激的生理功能。

目前,還有很多正在進(jìn)行中的研究側(cè)重于闡明這些通道在各種生理過程中的功能,這些知識(shí)被用于開發(fā)多種疾病的治療方法,包括慢性疼痛。

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今年的諾獎(jiǎng)獲得者的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)解釋了熱、冷和觸摸如何在我們的神經(jīng)系統(tǒng)中引發(fā)信號(hào),這些離子通道對(duì)許多生理過程和疾病發(fā)生來說非常重要

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獲獎(jiǎng)?wù)咂淙?/span>

據(jù)諾貝爾官網(wǎng)介紹,戴維·朱利葉斯1955年出生于美國紐約。1984年,他在加州大學(xué)伯克利分校獲得博士學(xué)位,并在紐約哥倫比亞大學(xué)成為博士后。戴維·朱利葉斯于1989年受聘于加州大學(xué)舊金山分校,目前是該校的教授。

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圖片來源:央視新聞

朱利葉斯2004年入選美國科學(xué)院院士,2010年因“皮膚感知疼痛刺激和溫度并產(chǎn)生疼痛超敏反應(yīng)的分子機(jī)制的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)”獲邵逸夫獎(jiǎng),同年也獲得阿斯圖里亞斯親王獎(jiǎng)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。2017年獲加拿大蓋爾德納國際獎(jiǎng)。朱利葉斯的研究工作主要集中在了解感官系統(tǒng)如何讓我們感知我們的世界。其中一個(gè)代表性方面是利用天然物質(zhì)的力量來闡明觸覺和痛覺的分子機(jī)制。例如,辣椒中的主要辛辣成分辣椒素如何引起灼痛,以及薄荷葉中的清涼劑薄荷醇如何喚起冰冷的清涼感。

使用這些和其他藥物作為藥理探針,他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在感覺神經(jīng)纖維上發(fā)現(xiàn)了被熱、冷或化學(xué)刺激物激活的離子通道,提供了對(duì)熱感覺、疼痛和瘙癢過程的分子級(jí)洞察。在遺傳、電生理、結(jié)構(gòu)和行為方法的幫助下,他的小組正在尋找如何調(diào)節(jié)這些離子通道以應(yīng)對(duì)腫瘤生長(zhǎng)、感染或產(chǎn)生炎癥和疼痛超敏反應(yīng)等形式的損傷。這些基礎(chǔ)科學(xué)研究有助于為新型鎮(zhèn)痛藥物的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

另一位獲獎(jiǎng)?wù)甙⒌?middot;帕塔普蒂安1967年出生于黎巴嫩貝魯特。年輕時(shí),他從飽受戰(zhàn)爭(zhēng)蹂躪的貝魯特搬到美國洛杉磯,并于1996年獲得了美國帕薩迪納加州理工學(xué)院的博士學(xué)位。他是加州大學(xué)舊金山分校的博士后研究員。自2000年以來,他任職于加州拉霍亞的斯克里普斯研究中心,目前是該中心的教授。2014年以來,他也是霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究員。

帕塔普蒂安的主要研究方向是傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。在對(duì)于那些由于溫度、機(jī)械力或細(xì)胞體積增加而被激活的新離子通道和受體的識(shí)別方面,帕塔普蒂安做出了重要貢獻(xiàn)。

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mRNA意外落選

值得注意的是,此前外界普遍認(rèn)為,mRNA技術(shù)研究背后的兩位科學(xué)家卡塔林·考里科(Katalin Karikó)和德魯·魏斯曼(Drew Weissman),會(huì)是今年諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)叩淖钣辛θ诉x,這一mRNA技術(shù)研究是目前多款新冠疫苗的制造基礎(chǔ)。這兩位科學(xué)家此前已獲得今年的拉斯克獎(jiǎng)(Lasker Awards)和突破獎(jiǎng)(Breakthrough Prizes),以往這兩項(xiàng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域大獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)?wù)咧校芏喽紩?huì)繼而獲得當(dāng)年的諾貝爾獎(jiǎng)。

 

未來幾天,還有5項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)將揭曉:

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)將于北京時(shí)間10月5日17時(shí)45分公布;

諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)將于北京時(shí)間10月6日17時(shí)45分公布;

諾貝爾文學(xué)獎(jiǎng)將于北京時(shí)間10月7日19時(shí)公布;

諾貝爾和平獎(jiǎng)將于北京時(shí)間10月8日17時(shí)公布;

瑞典央行紀(jì)念阿爾弗雷德·諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)將于北京時(shí)間10月11日17時(shí)45分公布。

過去6年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主名單:

2020年——美英三位科學(xué)家Harvey J. Alter、Michael Houghton、Charles M. Rice獲獎(jiǎng),獲獎(jiǎng)理由是“發(fā)現(xiàn)丙型肝炎病毒”。

2019年——美英三位科學(xué)家William G. Kaelin Jr、Peter J. Ratcliffe和Gregg L. Semenza獲獎(jiǎng),獲獎(jiǎng)理由是“發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞如何感知和適應(yīng)氧氣的可用性”。

2018年——美國科學(xué)家James P. Allision和日本科學(xué)家Tasuku Honjo獲獎(jiǎng),獲獎(jiǎng)理由是“發(fā)現(xiàn)了抑制負(fù)面免疫調(diào)節(jié)的癌癥療法”。

2017年——三位美國科學(xué)家Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash和Michael W. Young獲獎(jiǎng),獲獎(jiǎng)理由是“發(fā)現(xiàn)了調(diào)控晝夜節(jié)律的分子機(jī)制”。

2016年——日本科學(xué)家Yoshinori Ohsumi獲獎(jiǎng),獲獎(jiǎng)理由是“發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞自噬機(jī)制”。

2015年——中國科學(xué)家屠呦呦獲獎(jiǎng),獲獎(jiǎng)理由是“有關(guān)瘧疾新療法的發(fā)現(xiàn)”;另外兩位獲獎(jiǎng)科學(xué)家為愛爾蘭的William C. Campbell和日本的Satoshi Omura,獲獎(jiǎng)理由是“有關(guān)蛔蟲寄生蟲感染新療法的發(fā)現(xiàn)”。

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