感受器|2021年诺贝尔生理学或医学奖——破解人类感知之谜

想象一下，在炎热的夏日，当你赤脚走过草坪，你可以感受太阳的热力，风的抚摸，以及脚下的每一片草叶。这些对于温度、触摸和运动的印象，是几乎每个人都可以感受得到的。
不过，这些热或冷，硬或软，疼痛或压迫，是怎么来的？这些感知是哪些神经导致的，它又是如何启动的？人类却不得而知。
2021年诺贝尔生理学或医学奖获得者要解决的，就是这个问题。北京时间10月4日，这一奖项揭晓，授予美国科学家大卫·朱利叶斯（David Julius）和阿登·帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian），以表彰他们在“发现温度和触觉感受器”方面的贡献。
来自诺贝尔奖委员会的说法是：两位科学家的突破性发现，引领了一系列密集的研究活动，让人们对神经系统如何感知热、冷和机械刺激的理解迅速加快。
眼睛如何检测光线，声波如何影响我们的内耳，不同的化合物如何与我们鼻子和嘴巴中的感受器相互作用，产生嗅觉和味觉？几千年来，人类面临的一大谜题，就是我们如何感知所处的环境。
在17世纪，哲学家勒内·笛卡尔设想，可以将皮肤的不同部分与大脑连接起来。通过这种机制，接触明火的脚，会向大脑发送机械信号。后来的发现表明，人体存在特化的感觉神经元，能记录我们周围环境的变化。
科学家约瑟夫·厄兰格和赫伯特·加瑟因发现，机体存在不同类型的感觉神经纤维，能对不同刺激作出反应，例如对疼痛和非疼痛触摸的反应，他们二人因此获得了1944年诺贝尔生理学或医学奖。
从那时起，科学家已经证明，神经细胞已经高度特化，以检测和转导不同类型的刺激，人类因此能够对周围的环境进行细微地感知。例如，人们通过指尖，可以感受表面纹理的差异，也能辨别令人愉悦的温暖和令人痛苦的灼烧。
不过，科学家仍有一个尚未解决的基本问题：温度和机械刺激，如何在神经系统中被转化为电脉冲？
在20世纪90年代后期，大卫·朱利叶斯在美国加利福尼亚大学旧金山分校，对化合物辣椒素如何引发“接触辣椒时的灼烧感”的分析时，看到了“胜利的曙光” 。
彼时，科学家已经知道，辣椒素可以激活引起疼痛感受的神经细胞，但这种化学物质具体如何起到作用，仍是未解之谜。
朱利叶斯和同事创建了一个包含数百万个DNA片段的资料库，这些片段对应感觉神经元表达的基因，它们可以对疼痛、热和触觉作出反应。经过大量的工作和艰苦的搜索，他们确定了一个能够使细胞对辣椒素敏感的基因——机体感受辣椒素的基因，就这样被发现了！
【感受器|2021年诺贝尔生理学或医学奖——破解人类感知之谜】朱利叶斯团队进一步实验表明，他们找到的这个基因，编码了一种新的离子通道蛋白，这一辣椒素受体，后来被命名为 TRPV1 。
诺奖委员会认为， TRPV1的发现，被认为是一项重大突破，这为揭开其他温度感应感受器开辟了道路。
然而，当人体感知温度的机制被不断揭开时，科学界仍不清楚人体将机械刺激转化为触压觉的机制。
在位于美国加利福尼亚州拉霍亚的斯克里普斯研究所，帕塔普蒂安和同事们发现了一种全新的、对机械力敏感的离子通道，并以希腊语中表示“压力”的词汇，将其命名为Piezo1 。他们还发现了一个与Piezo1相似的基因，并将其命名为Piezo2 ，它在感觉神经元中处于高表达水平。通过进一步研究， Piezo1和Piezo2是离子通道感受器，对细胞膜施加压力，可直接激活这两种感受器。