科普：神經(jīng)細胞如何感知溫度和觸碰——2021年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎成果解讀

　　新華社北京10月4日電(記者張瑩)人類對溫度和觸碰的感知能力對生存至關重要，這種能力支撐了人類與周圍世界的互動。能夠感知溫度和觸碰的神經(jīng)脈沖是如何產生的？2021年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎得主戴維·朱利葉斯和阿德姆·帕塔普蒂安的工作幫助人類洞悉了其中的機理。

　　長久以來，人類對感知能力背后的機理充滿好奇心，并提出過各種假說。約瑟夫·厄蘭格和赫伯特·加瑟兩位科學家曾發(fā)現(xiàn)，不同類型的感覺神經(jīng)纖維可以對不同的刺激——例如對疼痛和非疼痛觸碰——做出反應，兩人因此獲得1944年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。自那時起，科學家發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細胞是高度專業(yè)化的，不同分工的神經(jīng)細胞可以探測和轉導不同類型刺激，并使人類能感知到周圍環(huán)境的細微差別。

　　然而，在朱利葉斯和帕塔普蒂安的發(fā)現(xiàn)之前，人類對神經(jīng)系統(tǒng)如何感知環(huán)境的理解仍然存在一片空白區(qū)域：溫度和觸碰如何在神經(jīng)系統(tǒng)中轉化為電脈沖？

　　20世紀90年代后期，在美國加利福尼亞大學舊金山分校工作的戴維·朱利葉斯通過分析辣椒素如何使人產生灼熱感而取得重大進展。朱利葉斯和他的同事創(chuàng)建了一個由數(shù)百萬個DNA(脫氧核糖核酸)片段組成的基因庫，這些DNA片段與能對疼痛、熱和觸碰做出反應的感覺神經(jīng)元中表達的基因相對應。朱利葉斯和他的同事推測，該基因庫中應該包含一個DNA片段，它能編碼一種可以對辣椒素做出反應的蛋白質。

　　經(jīng)過艱苦的搜索，朱利葉斯和他的同事終于發(fā)現(xiàn)了一個能夠使細胞對辣椒素敏感的基因。該基因編碼了一種新的離子通道蛋白，這種對辣椒素敏感的蛋白被命名為TRPV1。當朱利葉斯進一步研究TRPV1蛋白對熱的反應能力時，他意識到自己發(fā)現(xiàn)了一種對熱敏感的受體，這種受體在機體感覺到疼痛的溫度下能被激活。

　　TRPV1的發(fā)現(xiàn)使人們了解到溫度差異如何在神經(jīng)系統(tǒng)中誘發(fā)電信號，該發(fā)現(xiàn)還引領了其他對溫度敏感受體的研究之路。此后，朱利葉斯和帕塔普蒂安分別獨立利用化學物質薄荷醇發(fā)現(xiàn)了一種能被寒冷激活的受體TRPM8。

　　為了解釋機械刺激如何轉為觸覺，在美國斯克里普斯研究所工作的帕塔普蒂安希望找出被機械刺激激活的受體。帕塔普蒂安和他的同事首先發(fā)現(xiàn)了一種細胞系，當其中單個細胞被微管戳到時，該細胞系會發(fā)出可測量的電信號。他們隨后篩選并鑒定出72個候選基因，通過將這些基因逐個關閉，成功識別出一個對機械刺激敏感的基因。當該基因關閉后，細胞對被微管戳到的壓力不再敏感。

　　帕塔普蒂安和他的同事發(fā)現(xiàn)的是一種全新的壓力敏感離子通道，他們將其命名為Piezo1。這個詞來源于希臘語中的“壓力”一詞。根據(jù)與Piezo1的相似性，帕塔普蒂安和他的同事還發(fā)現(xiàn)了第二種與壓力感知相關的離子通道，并將其命名為Piezo2。研究還發(fā)現(xiàn)，通過對細胞膜施加壓力，Piezo1和Piezo2離子通道可以被直接激活。帕塔普蒂安以及其他團隊在此基礎上發(fā)表了一系列論文，證明了Piezo2離子通道對觸覺至關重要，此外還在身體位置和運動感知方面發(fā)揮著關鍵作用。

　　朱利葉斯和帕塔普蒂安的工作還有助于理解與感知溫度或機械刺激相關的許多其他的生理功能。例如，Piezo1和Piezo2通道可以調節(jié)血壓、呼吸和膀胱控制等重要生理過程。相關成果正在被用于開發(fā)治療慢性疼痛等疾病的療法。