BioArt学术解读2021年诺奖丨授予 David Julius（TRPV）和Ardem Patapoutian（PIEZO）

2010年，美国Scripps研究所的Ardem Patapoutian实验室发现一类新的机械敏感离子通道，Piezo1和Piezo2【1】，并于2014年证明Piezo2是主要的触觉受体【2,3】。

Ardem Patapoutian课题组一直非常活跃，最近也在Nature和Cell等杂志上发表关于Piezo的研究论文，详见BioArt的解读（Cell | 机械敏感离子通道蛋白PIEZO1调控铁代谢；Nature | PIEZO2是排尿功能的关键机械传感器）。

David Julius（诺奖得主Richard Axel的博后）实验室在1997年发现了TRPV1，证实这是一个可以被热和辣椒素激活从而引起痛感的离子通道【4】。程亦凡实验室则一直从事冷冻电镜的方法和应用的研究。这俩个实验室有着长期的合作，曾经在2013年利用单颗粒冷冻电镜方法第一次解析了TRPV1的原子结构，并引发了一场结构生物学的变革。

值得一提的，就在3周前，David Julius实验室和程亦凡实验合作在Cell上合作发表文章（详见BioArt解读：Cell | 痛觉感受器TRPV1如何感知多种自然界的刺激物？），借助于单颗粒冷冻电镜技术分别解析了辣椒素受体TRPV1一系列的中间态构象和激活机制，观察到多种关闭和开放状态，揭示了与多重配体作用位点偶联相关的结构元件，比较了不同大小阳离子通过时的蛋白行为，探讨了激动剂与内源脂类分子竞争结合位点的计量关系，同时也描述了酸条件下的蛋白构象重排。

TRPV1属于四聚体形式的离子通道，非特异性传输阳离子，与疼痛和炎症产生密切相关，能被多种天然存在的刺激物和细胞外酸度激活。TRPV1的天然刺激物包括辣椒的活性成分辣椒素（Capsaicin）、毒蜘蛛产生的多肽毒素（DkTx）、从树脂大戟分离的树胶脂毒素（RTX），同时也能感知温度变化（>42°C）从而参与生物体的体温调节。正因为TRPV1介导信号传递的重要性，它成为了颇具临床意义的潜在镇痛靶点。但又因为其信号整合的复杂性，靶向TRPV1的镇痛剂研发和应用依然存在损害体温调节等副作用。

参考文献

1. Coste, B. et al. Piezo1 and Piezo2 are essential components of distinct mechanically activated cation channels. Science 330, 55-60, doi:10.1126/science.1193270 (2010).

2. Woo, S. H. et al. Piezo2 is required for Merkel-cell mechanotransduction. Nature 509, 622-626, doi:10.1038/nature13251 (2014).

3. Ranade, S. S. et al. Piezo2 is the major transducer of mechanical forces for touch sensation in mice. Nature 516, 121-125, doi:10.1038/nature13980 (2014).

4. Caterina, M. J., Schumacher, M. A., Tominaga, M., Rosen, T. A., Levine, J. D., & Julius, D. (1997). The capsaicin receptor: a heat-activated ion channel in the pain pathway. Nature, 389(6653), 816-824.

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