|
闡明了溫度和觸感得到結(jié)構(gòu)的美國2位教授獲得了今年的諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎(jiǎng) 瑞典卡羅林斯卡研究所4日宣布，將2021年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予美國加州大學(xué)舊金山分校教授大衛(wèi)·朱利葉斯和美國斯克里普斯研究所教授阿德姆·帕特森，他闡明了獲得溫度和疼痛等各種觸感的機(jī)制。 頒獎(jiǎng)理由是“溫度和觸覺受體的發(fā)現(xiàn)”。 日本人沒有獲獎(jiǎng)。 獎(jiǎng)金1000萬瑞典克朗(約1億2700萬日元)將贈(zèng)送給2位。 頒獎(jiǎng)儀式每年于12月10日在瑞典舉行，但今年也繼去年之后，為了防止新型冠狀病毒肺炎，獲獎(jiǎng)?wù)哳A(yù)定不出席而在居住國接受表彰。 據(jù)卡羅林斯卡研究所稱，朱利葉斯發(fā)現(xiàn)了一種皮膚細(xì)胞傳感器，利用辣椒的刺激性化合物辣椒素這種物質(zhì)，產(chǎn)生熱、痛等感覺。 保羅·陶坦通過感受到壓力的細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)了皮膚和內(nèi)臟對(duì)各種刺激做出反應(yīng)的傳感器。 2的發(fā)現(xiàn)明確了人類神經(jīng)系統(tǒng)除了熱量和冷氣等溫度外，還會(huì)如何感知疼痛等各種刺激。 并且據(jù)說在環(huán)境中生活的人在理解環(huán)境和感覺的相互作用方面給予了很大的見解。
獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的大衛(wèi)·朱利葉斯(左)、阿德姆·帕特森的插圖(尼克拉斯·埃爾默黑德、諾貝爾基金會(huì)提供) 相關(guān)鏈接 諾貝爾基金會(huì)新聞發(fā)布會(huì)(英譯中) 新聞稿:2021年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 英語 英語(pdf) 瑞典的 瑞典語(pdf) 諾貝爾大會(huì)標(biāo)志 新聞稿 2021-10-04 卡羅林斯卡學(xué)院的諾貝爾大會(huì) 今天決定授予 2021年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 聯(lián)合到 大衛(wèi)·朱利葉斯和阿得姆·帕塔普廷 因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)了溫度和觸覺感受器 我們感知熱、冷和觸覺的能力對(duì)生存至關(guān)重要，也是我們與周圍世界互動(dòng)的基礎(chǔ)。在我們的日常生活中，我們認(rèn)為這些感覺是理所當(dāng)然的，但是神經(jīng)沖動(dòng)是如何啟動(dòng)的，從而可以感知溫度和壓力？這個(gè)問題已經(jīng)被今年的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者解決了。 大衛(wèi)·朱利葉斯利用辣椒素來識(shí)別皮膚神經(jīng)末梢中對(duì)熱有反應(yīng)的傳感器，辣椒素是一種來自辣椒的刺激性化合物，能引起燒灼感。Ardem Patapoutian利用壓力敏感細(xì)胞發(fā)現(xiàn)了一類新型傳感器，可以對(duì)皮膚和內(nèi)臟的機(jī)械刺激做出反應(yīng)。這些突破性的發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)了緊張的研究活動(dòng)，導(dǎo)致我們對(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。獲獎(jiǎng)?wù)甙l(fā)現(xiàn)了我們理解感官和環(huán)境之間復(fù)雜相互作用的關(guān)鍵缺失環(huán)節(jié)。 我們?nèi)绾慰创@個(gè)世界？ 人類面臨的最大謎團(tuán)之一是我們?nèi)绾胃兄h(huán)境的問題。幾千年來，我們感官背后的機(jī)制引發(fā)了我們的好奇心，例如，眼睛是如何檢測到光的，聲波是如何影響我們的內(nèi)耳的，以及不同的化合物是如何與我們鼻子和嘴巴中的受體相互作用產(chǎn)生氣味和味道的。我們也有其他方式來感知我們周圍的世界。想象一下，在炎熱的夏天，赤腳走過草坪。你可以感受到太陽的熱量，風(fēng)的愛撫，以及你腳下一片片的草。這些對(duì)溫度、觸覺和運(yùn)動(dòng)的印象對(duì)于我們適應(yīng)不斷變化的環(huán)境至關(guān)重要。 17世紀(jì)，哲學(xué)家勒內(nèi)·笛卡爾設(shè)想用線將皮膚的不同部分與大腦連接起來。這樣，一只腳接觸明火就會(huì)向大腦發(fā)出機(jī)械信號(hào)(圖1)。后來的發(fā)現(xiàn)揭示了記錄我們環(huán)境變化的特殊感覺神經(jīng)元的存在。約瑟夫·厄爾蘭格和赫伯特·加塞因發(fā)現(xiàn)不同類型的感覺神經(jīng)纖維而獲得1944年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，這些感覺神經(jīng)纖維對(duì)不同的刺激做出反應(yīng)，例如，對(duì)疼痛和非疼痛觸摸的反應(yīng)。從那時(shí)起，已經(jīng)證明了神經(jīng)細(xì)胞在檢測和轉(zhuǎn)換不同類型的刺激方面高度專業(yè)化，允許我們對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行細(xì)致入微的感知；例如，我們通過指尖感受表面紋理差異的能力，或者我們辨別令人愉悅的溫暖和令人痛苦的熱量的能力。 在大衛(wèi)·朱利葉斯(David Julius)和阿德姆·帕塔普提安(Ardem Patapoutian)的發(fā)現(xiàn)之前，我們對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)如何感知和解釋我們的環(huán)境的理解仍然包含一個(gè)基本的未解決問題:溫度和機(jī)械刺激是如何在神經(jīng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化為電脈沖的？。
圖1描述哲學(xué)家勒內(nèi)·笛卡爾如何想象熱量如何向大腦發(fā)送機(jī)械信號(hào)的插圖。 科學(xué)熱起來了！ 在20世紀(jì)90年代后期，美國舊金山加州大學(xué)的大衛(wèi)·朱利葉斯通過分析化合物辣椒素如何引起我們接觸辣椒時(shí)的灼熱感，看到了重大進(jìn)展的可能性。人們已經(jīng)知道辣椒素能激活引起痛覺的神經(jīng)細(xì)胞，但是這種化學(xué)物質(zhì)實(shí)際上是如何發(fā)揮這種功能的還是一個(gè)未解之謎。朱利葉斯和他的同事創(chuàng)建了一個(gè)由數(shù)百萬個(gè)與基因相對(duì)應(yīng)的脫氧核糖核酸片段組成的文庫，這些基因在對(duì)疼痛、熱量和觸摸有反應(yīng)的感覺神經(jīng)元中表達(dá)。朱利葉斯和他的同事假設(shè)該文庫將包含一個(gè)編碼能夠?qū)苯匪仄鸱磻?yīng)的蛋白質(zhì)的脫氧核糖核酸片段。他們?cè)谂囵B(yǎng)細(xì)胞中表達(dá)了這個(gè)集合的單個(gè)基因，這些細(xì)胞通常對(duì)辣椒素沒有反應(yīng)。經(jīng)過艱苦的搜索，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)能夠使細(xì)胞對(duì)辣椒素敏感的基因(圖2)。辣椒素感應(yīng)基因被發(fā)現(xiàn)了！進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，所鑒定的基因編碼一種新的離子通道蛋白，這種新發(fā)現(xiàn)的辣椒素受體后來被命名為TRPV1。當(dāng)朱利葉斯研究蛋白質(zhì)對(duì)熱的反應(yīng)能力時(shí)，他意識(shí)到他發(fā)現(xiàn)了一種熱感應(yīng)受體，這種受體在被認(rèn)為是疼痛的溫度下被激活(圖2)。  圖2大衛(wèi)·朱利葉斯用紅辣椒中的辣椒素來鑒定TRPV1，一種被疼痛的熱量激活的離子通道。額外的相關(guān)離子通道被發(fā)現(xiàn)，我們現(xiàn)在了解不同的溫度如何在神經(jīng)系統(tǒng)中誘發(fā)電信號(hào)。 TRPV1的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)重大突破，它導(dǎo)致了額外的溫度感應(yīng)受體的解開。大衛(wèi)·朱利葉斯和阿德姆·帕塔普廷都使用化學(xué)物質(zhì)薄荷醇來識(shí)別TRPM8，這是一種被證明會(huì)被寒冷激活的受體。確定了與TRPV1和TRPM8相關(guān)的額外離子通道，發(fā)現(xiàn)它們被一系列不同的溫度激活。許多實(shí)驗(yàn)室開展了研究項(xiàng)目，通過使用缺乏這些新發(fā)現(xiàn)基因的轉(zhuǎn)基因小鼠來研究這些通道在熱感覺中的作用。大衛(wèi)·朱利葉斯對(duì)TRPV1的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)突破，使我們能夠理解溫度差異如何在神經(jīng)系統(tǒng)中誘發(fā)電信號(hào)。 壓力下的研究！ 雖然溫度感覺的機(jī)制正在展開，但機(jī)械刺激如何轉(zhuǎn)化為我們的觸覺和壓力感覺仍不清楚。研究人員此前在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了機(jī)械傳感器，但脊椎動(dòng)物觸摸的潛在機(jī)制仍然未知。在美國加州拉荷亞斯克里普斯研究中心工作的Ardem Patapoutian希望找出那些被機(jī)械刺激激活的難以捉摸的受體。 Patapoutian和他的合作者首先確定了一種細(xì)胞系，當(dāng)用微量吸管戳單個(gè)細(xì)胞時(shí)，該細(xì)胞系會(huì)發(fā)出可測量的電信號(hào)。假設(shè)由機(jī)械力激活的受體是離子通道，在下一步中，鑒定了72個(gè)編碼可能受體的候選基因。這些基因被一個(gè)接一個(gè)地滅活，以發(fā)現(xiàn)研究細(xì)胞中負(fù)責(zé)機(jī)械敏感性的基因。經(jīng)過艱苦的研究，帕塔普廷和他的同事成功地鑒定出一種基因，這種基因的沉默使細(xì)胞對(duì)用微管戳不敏感。一種全新的、完全未知的機(jī)械敏感離子通道被發(fā)現(xiàn)，并以希臘語單詞壓力(í；píesi)。通過與壓電1的相似性，第二個(gè)基因被發(fā)現(xiàn)并命名為壓電2。感覺神經(jīng)元被發(fā)現(xiàn)表達(dá)高水平的壓電蛋白2，進(jìn)一步的研究確定壓電蛋白1和壓電蛋白2是通過對(duì)細(xì)胞膜施加壓力直接激活的離子通道(圖3)。
|
|
|
