生理学或医学奖: 他们发现温度和触觉感受器

业界 | 2021-10-08 14:03:13
时间:2021-10-08 14:03:13   /   来源: 科技日报      /   点击数:()

人类面临的最大谜题之一,是我们如何感知环境,例如,眼睛如何探测光、声波如何影响我们的内耳、不同的化合物如何与鼻子和嘴巴中的感受器相互作用并产生气味和味道,还有太阳的炎热、风的抚摸……这些对温度、触觉和运动的印象对于我们适应不断变化的环境至关重要。

在日常生活中,我们认为这些感觉是理所当然的,但是神经冲动是如何启动,从而感知温度和压力呢?今年的诺贝尔生理学或医学奖得主已经解决了这个问题。

来自美国加州大学旧金山分校的教授戴维·朱利叶斯利用从辣椒中提取的辣椒素,识别出了皮肤神经末梢中对热做出反应的传感器。美国斯克利普斯研究所的阿德姆·帕塔普蒂安使用压敏细胞发现了一种新型传感器,可以对皮肤和内脏中的机械刺激做出反应。

这些突破性的发现促进了我们对神经系统如何感知热、冷和机械刺激的理解。两位获奖者在我们对感官与环境之间复杂相互作用的理解中发现了关键的缺失环节。

研究工作如辣椒般火热

在20世纪90年代后期,朱利叶斯通过分析辣椒素如何引起身体的灼热感,看到了重大进步的可能性。已知辣椒素可以激活引起疼痛感的神经细胞,但这种化学物质如何真正发挥这种功能是一个未解之谜。

朱利叶斯和他的同事创建了一个包含数百万个DNA片段的库,这些片段对应于在感觉神经元中表达的基因,这些基因可以对疼痛、高温和触摸做出反应。朱利叶斯和同事们假设,该基因库中应该包含一个DNA片段,可编码一种能够对辣椒素做出反应的蛋白质。

经过艰难地搜索,他们发现了一个能够使细胞对辣椒素敏感的基因——辣椒素感应基因。该基因编码了一种新的离子通道蛋白,这种新发现的辣椒素受体后来被命名为TRPV1,是一种热敏受体,在令人感觉疼痛的温度下会被激活。

TRPV1的发现是一项重大突破,为发现其他温度感应受体开辟了道路。

朱利叶斯和帕塔普蒂安各自独立地使用化学物质薄荷醇来鉴定TRPM8,这是一种被证明可以被寒冷激活的受体。与TRPV1和TRPM8相关的其他离子通道被鉴定出来,它们可以在不同的温度范围被激活。

在压力下研究“压力”

虽然温度感觉的机制被发现了,但机械刺激如何转化为触觉和压力感仍不清楚。帕塔普蒂安希望确定被机械刺激激活的受体到底是什么。

他与合作者首先确定了一种细胞系,当用微量移液管戳单个细胞时,该细胞系会发出可测量的电信号。他们识别出72个编码可能受体的候选基因,将这些基因一一灭活,以找出与机械敏感性有关的基因。

他们成功地识别出了一种基因,该基因的沉默使细胞对微量移液器的戳刺不敏感。一种全新的、完全未知的机械敏感离子通道被发现,并被命名为Piezo1,取自希腊语中“压力”一词。接着,他们发现了与Piezo1相似的感觉神经元表达高水平的第二个基因,命名为Piezo2。进一步的研究证实Piezo1和Piezo2是离子通道,通过对细胞膜施加压力而直接激活。

除了对触觉至关重要,Piezo2离子通道还在对身体位置和运动感知(即本体感觉)中发挥关键作用。此外,Piezo1和Piezo2通道还可以调节其他重要的生理过程,包括血压、呼吸和膀胱控制。

一切发现都是值得的

今年的诺贝尔奖获得者对TRPV1、TRPM8和Piezo通道的开创性发现,让我们了解了热、冷和机械力如何引发神经冲动,使我们能够感知和适应周围的世界。TRP通道是我们感知温度能力的核心;Piezo2通道赋予我们触觉和感知身体部位位置和运动的能力。TRP和Piezo通道还有助于许多额外的生理功能,这些功能依赖于感知温度或机械刺激。

由朱利叶斯和帕塔普蒂安的发现而引发的科学研究正紧锣密鼓地展开,科学家们正专注于阐明它们在各种生理过程中的功能。这一发现也正被用于开发治疗各种疾病如慢性疼痛的方法。

标签:Lucid

最近更新