人是如何感知外部世界的——2021年诺贝尔生理学或医学奖简介

　　美国科学家大卫·朱利叶斯和阿登·帕塔普蒂安因在“发现温度和触觉感受器”方面做出的贡献而获得2021年诺贝尔生理学或医学奖。

　　人是如何感知外部世界的？传统理论认为，是靠眼、耳、鼻、舌、身等感官来感知的，如眼睛能看到光，鼻子能闻到气味，耳朵能感知声波，皮肤能感受到触动和压力。甚至连哲学家都在按这样的方式证明人的感觉。17世纪，法国哲学家勒内·笛卡尔设计将皮肤的不同部分与大脑连接起来的线，试图通过这种方式证明接触明火的脚会向大脑发送机械信号。

　　用生理学实验来揭示人的感觉机理并非始于朱利叶斯和帕塔普蒂安，但他们的贡献无疑是突出的。他们的研究揭示了两类与人们生活密切相关的感觉，即冷暖感觉和触觉、压觉（触觉和压觉由机械刺激转化而成）。

　　朱利叶斯的贡献

　　朱利叶斯利用辣椒素（一种来自辣椒的刺激性化合物，可引起灼热感）识别皮肤神经末梢中对热有反应的传感器，而帕塔普蒂安使用压敏细胞发现了一类新型传感器，可以让皮肤和内部器官对机械刺激做出反应。他们的创造性发现启动了后来大量的研究，让人们对神经系统如何感知热、冷和机械刺激的理解逐步加深和全面。

　　20世纪90年代后期，朱利叶斯和同事创建了一个包含数百万个DNA片段的库，以探索哪些基因可以对疼痛、热痛和触摸做出反应。最后，他们发现了一个能够使细胞对辣椒素敏感的基因，这个基因编码了一种新的离子通道蛋白，能感受辣椒素受体。这种新发现的辣椒素受体后来被命名为TRPV1。

　　TRPV1中V代表香草酸（vanilloid），香草酸受体是瞬时受体电位离子通道家族中的成员。TRPV1广泛存在于哺乳动物的感觉神经纤维中，在介导多种疼痛和炎症等方面发挥作用。

　　朱利叶斯等人在测试该基因编码的离子通道蛋白对热的反应时，发现TRPV1受体不仅是热感受受体，也是疼痛感受受体。而且，这个热感受受体在温度上升到43℃以上时就会被激活，引起疼痛。这一发现揭开了人和动物感受热和痛觉的一个新的神经通道，也为进一步揭开人们感受温度的秘密和揭示其他温度感受受体提供了线索。

　　帕塔普蒂安的贡献

　　研究人员已经发现，细菌体内有触觉感受器，但是，脊椎动物的触觉刺激机制一直未能阐明。帕塔普蒂安等人的贡献在于，发现了脊椎动物感受机械刺激的基因和离子通道。

　　此前，帕塔普蒂安和同事发现，一种胶质瘤细胞系可以通过电流信号感受压力变化，于是，他们以这种细胞系来筛选细胞中感受机械刺激的基因。当单个细胞被微管戳到时，会发出可测量的电信号。帕塔普蒂安等人假设机械力激活的受体是一个离子通道，然后筛选出72种编码受体的候选基因，并一个接一个地对这些基因进行激活。最后，帕塔普蒂安等人终于找到一个关键基因。当这个基因沉默或被敲除时，细胞对微管的戳碰刺激不再敏感，失去感应生物电流的能力。他们后来发现，这个基因在动物体内编码表达的蛋白质可以形成压力敏感离子通道，感受各种机械力的变化。

　　帕塔普蒂安等人以希腊语中表示压力的词来命名这个基因，称为Piezo1，后来发现了与Piezo1相似的第二个基因Piezo2。因此，由Piezo1和Piezo2这两个基因组成的离子通道可以感受机械刺激转化成的触觉和压觉，后者在感受触觉和压觉方面表现更为出色。而且，Piezo2通道被证明在重要的身体位置和运动感知，即本体感觉中发挥着关键作用。此后的研究进一步证明，Piezo1和Piezo2通道可以调节其他重要的生理功能，包括控制血压、呼吸和膀胱。

　　基础研究的意义

　　概括地讲，朱利叶斯发现了TRP通道，是身体感受冷热的机制；帕塔普蒂安发现了Piezo1和Piezo2通道，是身体感受机械刺激（触摸）、本体感觉（运动或静止）的机制，因此他们获得今年的诺贝尔生理学或医学奖。

　　他们的发现既解释了人感知外部世界的生理和物理基础，也为哲学上的认知和感知提供了科学事实和证据，同时也能基于这些发现开发出治疗多种疾病的方法。

　　可以预期的是，以他们的研究结果为基础可以研发一些治疗疼痛的药物，解除人们的痛苦。流行病学数据显示，全球有超过20%的人口罹患慢性疼痛，长期的疼痛会导致患者焦虑、抑郁，严重影响患者的生活质量。尽管治疗疼痛要找到疼痛的根源才能斩草除根，但TRP通道和Piezo2通道的发现有助于研发各种止痛药，为患者解除痛苦，从而提高人们的生活质量。比如，通过超声这样的新技术产生的压力可以治疗神经痛，骨、关节、肌肉及其他软组织的创伤。目前一个重要的发现是，由于剖宫产的孩子没有经过产道的挤压，缺少本体感觉，因此，一方面提倡自然分娩，另一方面要对剖宫产的孩子在未来接受压力和本体感觉的训练。

　　今年诺贝尔生理学或医学奖的颁发也表明，诺贝尔奖一直是重视基础研究的，大约60%以上的自然科学奖项都授予了基础研究。在此之前，1944年的诺贝尔生理学或医学奖授予了美国的约瑟夫·厄兰格和赫伯特·加瑟，他们发现了不同类型的感觉神经纤维，这些纤维对不同的刺激有不同的反应，如对疼痛和非疼痛触摸的反应。从那时起，研究人员就证明神经细胞高度专门用于检测和转导不同类型的刺激，从而可以让人对周围的环境产生细微的感知，如通过指尖可以感受不同物体表面的纹理差异，或者能让人辨别令人愉悦的温暖和痛苦的热烫。

　　同样，2004年的诺贝尔生理学或医学奖授予了美国两位神经科学家理查德·阿克塞尔和琳达·巴克，他们发现了包含1000个不同基因的嗅觉细胞基因家族，它们使人能够嗅闻到自然界中无数的物质，尤其是食物和花朵的香味。

　　今年的诺贝尔生理学或医学奖无疑使人们对人是如何感知外部世界的认识进一步　深化。同时也证明了一个常识，只有基础牢固，才能盖出各种高楼大厦。合抱之木，生于毫末；九层之台，起于垒土。

　　【责任编辑】庞 云

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