为什么吃火锅会辣得嘴巴疼？诺贝尔首个大奖揭晓！两位科学家给出终极答案

    一年一度的诺贝尔奖颁奖时间到了。

    北京时间10月4日下午5点30分，2021诺贝尔生理学或医学奖评选结果揭晓。

    据央视新闻报道，当地时间10月4日，在瑞典首都斯德哥尔摩卡罗琳医学院，诺贝尔奖委员会总秘书长托马斯·佩尔曼宣布，2021年诺贝尔生理学或医学奖授予戴维·朱利叶斯和阿登·帕塔普蒂安，以表彰他们在“发现温度和触觉感受器”方面作出的贡献，两位获奖者将分享1000万瑞典克朗奖金（约合736万元人民币）。

    他们为什么获奖？

    评奖委员会说，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。

    微信公众号“原理”进一步解释道，提到辣的东西，我们都会有一种“热”的感觉，红辣椒会让你嘴巴感觉灼烧，吃完辣椒第二天“身体末端”很有可能也会经历火辣辣地疼。

    神奇的是，还有一些东西会让我们觉得“冷”，比如薄荷。

    辣椒中的辣味来自一种叫辣椒素的物质。

    早先，一些科学研究表明，在辣椒素和高温的刺激下，一部分感觉神经元变得活跃。

    然而，关于其作用的具体机制一直存在争议。

    直到1997年，朱利叶斯在感受疼痛的神经元上识别出了受体分子TRPV1，并证明它能被高温和辣椒素激活，才揭开了答案。

    而这也解释了辣总是和热联系在一起的原因。

    TRPV1属于一个离子通道家族，它位于细胞膜上，一旦激活就会打开，让带电离子（如钠和钙）流入细胞。

    它广泛地分布在我们身上，这就是为什么辛辣的食物在进出身体的过程中都会带来灼热的感觉。

    TRPV1是第一个在脊椎动物身上被确认生理功能的TRP通道，可以说是理解触觉和痛觉的分子基础的一个里程碑，让我们认识到物理力激活神经元的机制。

    David Julius 使用辣椒素来鉴定 TRPV1，这是一种由热痛激活的离子通道，使得我们了解温度变化如何在神经系统中诱导电信号。

    随后，TRP通道在温度感知中的作用得到进一步确认。

    朱利叶斯和帕塔普蒂安分别独立确认了TRPM8是一种会对薄荷醇和寒冷产生反应的分子。

    现在越来越多发现表明，TRP家族在进化史上是一个非常古老的体系。

    人们也认识了更多家族成员，包括“芥末感受器”TRPA1、会被百里香等香料激活的TRPA3等等。

    朱利叶斯的进一步研究还揭示了，TRPV1对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开辟了新的潜在途径。

    然而，帕塔普蒂安在开始思考我们如何感受外部环境刺激时，他选择了一个不同的研究方向。

    2010年，他的团队发现了两个新的离子通道，它们会被机械压力（用细棒轻轻戳）激活，产生电活动。

    这两个离子通道被命名为PIEZO1和PIEZO2。

    这个名字来自希腊语中的“piezi”，意为“压力”。

    这项突破同样开启了一片全新的领域。

    在感觉神经元和其他细胞上发现的PIEZO1和PIEZO2，引领了大量新研究，让人们逐渐认识这些离子通道在触觉、疼痛、血压调节和本体感觉等各方面压力感知中的作用。

    其中或许最令人感到新奇的要数与本体感觉相关的研究。

    本体感觉是指我们感知身体在空间中位置的能力。

    这种感觉让我们能够站立和行走，甚至闭上眼睛或蒙上眼睛后依旧能行走自如，它依赖的是那些向大脑发出肌肉伸展信号的神经元。

    帕塔普蒂安的团队和其他研究已经证明，PIEZO2是本体感觉相关的关键分子。

    有研究称，罕见的PIEZO2缺乏的人，在黑暗中站立和行走都有困难。

    帕塔普蒂安更近期的研究，在人类遗传学和小鼠模型上已经证明，PIEZO1在控制红细胞体积中会发挥作用。

    他发现了一种PIEZO1基因的变异，似乎可以防止疟原虫感染。

    Patapoutian 使用培养的机械敏感细胞来识别由机械力激活的离子通道。

    经过艰苦的工作，他们发现了 Piezo1 和 Piezo2。

     帕塔普蒂安在接受采访时曾表示，他的研究生涯中也曾经历过很长一段时间进展缓慢的阶段，他甚至曾经想过转行。

    但幸好他坚持了下来。

    “这是一段非常迷人的旅程，PIEZO带我们从生物学和病理生理学，接下来又会带着我们前往新的未知的领域。

    ”评奖委员会表示，TRP通道是人体感知温度的核心，Piezo2通道赋予我们触觉和感知身体位置和运动的能力，TRP和Piezo通道也有助于许多额外的感测温度或机械刺激的生理功能。

    目前，还有很多正在进行中的研究侧重于阐明这些通道在各种生理过程中的功能，这些知识被用于开发多种疾病的治疗方法，包括慢性疼痛。

    今年的诺奖获得者的开创性发现解释了热、冷和触摸如何在我们的神经系统中引发信号，这些离子通道对许多生理过程和疾病发生来说非常重要获奖者其人据诺贝尔官网介绍，戴维·朱利叶斯1955年出生于美国纽约。

    1984年，他在加州大学伯克利分校获得博士学位，并在纽约哥伦比亚大学成为博士后。

    戴维·朱利叶斯于1989年受聘于加州大学旧金山分校，目前是该校的教授。

    图片来源：央视新闻朱利叶斯2004年入选美国科学院院士，2010年因“皮肤感知疼痛刺激和温度并产生疼痛超敏反应的分子机制的开创性发现”获邵逸夫奖，同年也获得阿斯图里亚斯亲王奖科学技术奖。

    2017年获加拿大盖尔德纳国际奖。

    朱利叶斯的研究工作主要集中在了解感官系统如何让我们感知我们的世界。

    其中一个代表性方面是利用天然物质的力量来阐明触觉和痛觉的分子机制。

    例如，辣椒中的主要辛辣成分辣椒素如何引起灼痛，以及薄荷叶中的清凉剂薄荷醇如何唤起冰冷的清凉感。

    使用这些和其他药物作为药理探针，他带领团队在感觉神经纤维上发现了被热、冷或化学刺激物激活的离子通道，提供了对热感觉、疼痛和瘙痒过程的分子级洞察。

    在遗传、电生理、结构和行为方法的帮助下，他的小组正在寻找如何调节这些离子通道以应对肿瘤生长、感染或产生炎症和疼痛超敏反应等形式的损伤。

    这些基础科学研究有助于为新型镇痛药物的发现和开发奠定基础。

    另一位获奖者阿登·帕塔普蒂安1967年出生于黎巴嫩贝鲁特。

    年轻时，他从饱受战争蹂躏的贝鲁特搬到美国洛杉矶，并于1996年获得了美国帕萨迪纳加州理工学院的博士学位。

    他是加州大学旧金山分校的博士后研究员。

    自2000年以来，他任职于加州拉霍亚的斯克里普斯研究中心，目前是该中心的教授。

    2014年以来，他也是霍华德·休斯医学研究所的研究员。

    帕塔普蒂安的主要研究方向是传感器的信号转导。

    在对于那些由于温度、机械力或细胞体积增加而被激活的新离子通道和受体的识别方面，帕塔普蒂安做出了重要贡献。

    mRNA意外落选值得注意的是，此前外界普遍认为，mRNA技术研究背后的两位科学家卡塔林·考里科（Katalin Karikó）和德鲁·魏斯曼（Drew Weissman），会是今年诺贝尔奖获奖者的最有力人选，这一mRNA技术研究是目前多款新冠疫苗的制造基础。

    这两位科学家此前已获得今年的拉斯克奖（Lasker Awards）和突破奖（Breakthrough Prizes），以往这两项医学领域大奖的获奖者中，很多都会继而获得当年的诺贝尔奖。

     未来几天，还有5项奖项将揭晓：诺贝尔物理学奖将于北京时间10月5日17时45分公布；诺贝尔化学奖将于北京时间10月6日17时45分公布；诺贝尔文学奖将于北京时间10月7日19时公布；诺贝尔和平奖将于北京时间10月8日17时公布；瑞典央行纪念阿尔弗雷德·诺贝尔经济学奖将于北京时间10月11日17时45分公布。

    过去6年诺贝尔生理学或医学奖得主名单：2020年——美英三位科学家Harvey J. Alter、Michael Houghton、Charles M. Rice获奖，获奖理由是“发现丙型肝炎病毒”。

    2019年——美英三位科学家William G. Kaelin Jr、Peter J. Ratcliffe和Gregg L. Semenza获奖，获奖理由是“发现了细胞如何感知和适应氧气的可用性”。

    2018年——美国科学家James P. Allision和日本科学家Tasuku Honjo获奖，获奖理由是“发现了抑制负面免疫调节的癌症疗法”。

    2017年——三位美国科学家Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash和Michael W. Young获奖，获奖理由是“发现了调控昼夜节律的分子机制”。

    2016年——日本科学家Yoshinori Ohsumi获奖，获奖理由是“发现了细胞自噬机制”。

    2015年——中国科学家屠呦呦获奖，获奖理由是“有关疟疾新疗法的发现”；另外两位获奖科学家为爱尔兰的William C. Campbell和日本的Satoshi Omura，获奖理由是“有关蛔虫寄生虫感染新疗法的发现”。

    来源：每日经济新闻、央视新闻、科学网、“原理”、DeepTech深科技等