2021年诺贝尔生理学或医学奖的研究成果，与普通人有什么关系？

作者：格拉斯哥大学 Maggie Zhao  | 审校：摩西

前言 /               

距离今年诺奖公布已经过去一周，小编非常激动今年有一位诺奖获得者是小编校友！！！希望小编也能够沾沾大佬欧气，做出精彩的研究哈哈！校友诺奖得主先不给大家介绍了，这次给大家介绍一下今年的生理学或医学奖的得主David J. Julius和Ardem Patapoutian，他们因为发现了温度和触摸受体而获得表彰。

为什么发现温度和触摸受体这样一件看起来很基本的研究竟然能获得诺奖？诺奖给的致奖词中提到TRPV1、TRPM8和Piezo通道的突破性发现使我们了解了冷热和机械力是如何启动的神经冲动。虽然大家都知道什么样是冷，什么样是热，以及皮肤接触到其他物体时能够感知到这个物体存在等这些非常普遍的自然现象。但是至于这个自然现象背后的机理，一直没有人能够解释得通，到底是什么在背后指使着我们感知温度，感知物体的存在。而David和Ardem两位科学家通过自己数年的研究揭示了这一现象的背后运行机理。

2021年诺贝尔生理学或医学奖获奖者

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来源：诺贝尔大会官网

那么可能又会有人觉得，揭示这些现象能有什么用呢？还至于获了诺奖？可千万别这么想，这一突破性发现意义可太大了，当我们知道是什么在我们身体中赋予我们触觉温度感应的能力，医学领域的科学家就可以针对这一发现，将其应用在慢性疼痛等各种相关疾病疗法的研发。已识别的TRPV1、TRPM8和Piezo离子通道对许多生理过程和疾病状况都很重要。目前人类仍有许多疾病尚未寻到有效的治疗方法，这些研究的发现会给医学领域带来很大的推动，给人类带来疾病治愈的希望。

TRPM8和Piezo离子通道的发现意义

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来源：诺贝尔奖官网

接下来就给大家介绍一下这两位诺奖得主是如何发现了这些感知受体的。简单来说就是，David Julius教授利用辣椒中的刺激性化合物辣椒素诱发灼热感，发现了皮肤神经末梢对热量有反应的传感器。Ardem Patapoutian教授使用压力感应细胞发现了一种对皮肤和内脏中的机械刺激作出反应的传感器。他们解释了温度和机械刺激是如何转化为神经系统中的电脉冲。

两位杰出的科学家

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来源：诺贝尔奖官网

90年代后期，美国旧金山加州大学的David Julius通过分析化合物辣椒素如何引起我们接触辣椒时的灼热。我们知道辣椒素可以刺激我们的皮肤表面引起疼痛感，但辣椒素实际上如何发挥这一功能一直不得而知。David和他的同事创建了一个DNA数据库，数据库中包含与感官神经元中表达的基因，这些基因被证实可以对疼痛、发热和触摸做出反应。

Julius和他的同事先假设一个DNA片段可以翻译对辣椒素有反应的蛋白质，然后他们在对辣椒素没有反应的细胞中表达这个基因。经过他们不懈研究，最后终于发现了一个能够使细胞对辣椒素敏感的一个基因，这就是辣椒素传感基因。随后他们通过进一步实验表明，这个基因编码了一种新的离子通道蛋白，而这种新发现的可以识别辣椒素的受体被命名为TRPV1。这个发现于2003年发表在《Science》上。

2003年Science刊登的TRPV1的研究报道

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来源：Science

David Julius对TRPV1的开创性发现为分子对热敏的理解打开了大门。很巧的是随后David Julius和Ardem Patapoutian相继独立地发现了冷敏受体TRPM8，二人也都是用薄荷醇发现的这一受体。不过Ardem的文章发表时间要早一些David的研究，他关于TRPM8的研究在2002年发表在《Cell》上，而David在2004年才报道了TRPM8的相关研究。他们当时应该也没有想到自己的研究在数十年后会得到诺奖表彰。

两位获奖者关于TRPM8的相关报道

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来源：网络

在TRP家族被报道了之后，大家已经知道热敏冷敏受体，但是那个时候还不清楚机械刺激是如何转化为我们的触觉和压力感。此前有报道在细菌中发现了机械传感器，但是脊椎动物触觉感受的背后机制仍然未知。Ardem Patapoutian希望能够找到识别机械刺激的受体。他使用机械敏感细胞系中表达的候选基因来识别机械刺激激活的离子通道。最后确定了两个机械激活的离子通道，即PIEZO1和PIEZO2，并且表示它们是一类作为机械传感器的全新离子通道。

Ardem和他的同事首先发现了一个细胞株，单个细胞被微管戳破时它发出可测量的电信号。他们随后假设机械力激活的受体是一个离子通道，并选出72个可能编码受体的候选基因。在这些基因被逐一被试验之后，最终Ardem发现了那条与细胞机械敏性的基因，knock down这条基因后细胞表现出对微管戳刺不敏感。Ardem以希腊语的压力词（í; píesi）命名这个基因为Piezo1。

随后他们团队又发现了第二个相关基因，命名为Piezo2后来有报道发现感官神经元可以表达高水平的Piezo2，因此可以进一步明确Piezo1和Piezo2就是通过对细胞膜施加压力直接激活的离子通道。Ardem还证明了PIEZO2是躯体神经中的主要机械传感器，是我们感知触摸和本体感知所必需的。在后面的工作中他也揭示了PIEZO1和PIEZO2在许多其他生理功能方面的核心作用。

PIEZO1和PIEZO2的报道

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来源：NIH Public Access

David J. Julius和Ardem Patapoutian的研究通过解释感应热、冷和机械力的分子基础，揭示了自然界的秘密之一，这是我们感知人体内部和外部环境互动能力的本质。他们的发现也为医学界和其他领域带去了重要信息，推动这些领域的相关研究进展，两位诺奖得主实至名归！

参考文献

1. Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2021. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2021. Mon. 11 Oct 2021. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2021/press-release/

2. Advanced information. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2021. Mon. 11 Oct 2021. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2021/advanced-information/.

3. Prescott ED, Julius D. A modular PIP2 binding site as a determinant of capsaicin receptor sensitivity. Science. 2003 May 23;300(5623):1284-8. doi: 10.1126/science.1083646. PMID: 12764195.

4. Peier AM, Moqrich A, Hergarden AC, Reeve AJ, Andersson DA, Story GM, Earley TJ, Dragoni I, McIntyre P, Bevan S, Patapoutian A. A TRP channel that senses cold stimuli and menthol. Cell. 2002 Mar 8;108(5):705-15. doi: 10.1016/s0092-8674(02)00652-9. PMID: 11893340.

5. Chuang HH, Neuhausser WM, Julius D. The super-cooling agent icilin reveals a mechanism of coincidence detection by a temperature-sensitive TRP channel. Neuron. 2004 Sep 16;43(6):859-69. doi: 10.1016/j.neuron.2004.08.038. PMID: 15363396.

6. Coste B, Mathur J, Schmidt M, Earley TJ, Ranade S, Petrus MJ, Dubin AE, Patapoutian A. Piezo1 and Piezo2 are essential components of distinct mechanically activated cation channels. Science. 2010 Oct 1;330(6000):55-60. doi: 10.1126/science.1193270. Epub 2010 Sep 2. PMID: 20813920; PMCID: PMC3062430.

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