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破解人类感知之谜!今年首个诺奖和你我都有关

   日期:2022-06-05     来源:www.afyushou.com    作者:未知    浏览:248    评论:0    
核心提示:中青报中青网记者邱晨辉想象一下,在炎热的夏日,当你赤脚走过草坪,你可以感受太阳的热力,风的爱抚,与脚下的每一片草叶。这类对于温度、触摸和运动的印象,是几乎每一个人都可以感受得到的。

中青报·中青网记者 邱晨辉

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,风的爱抚,与脚下的每一片草叶。这类对于温度、触摸和运动的印象,是几乎每一个人都可以感受得到的。

不过,这类热或冷,硬或软,疼痛或压迫,是如何来的?这类感知是什么神经致使的,它又是怎么样启动的?人类却不能而知。

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。北京时间十月4日,这一奖项揭晓,授与美国科学家大卫·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。

今年诺贝尔奖获得者的开创性发现,讲解了热、冷和触觉怎么样在大家的神经系统中触发信号。获奖者发现的离子通道对很多生理过程和疾病至关要紧。图片来自诺奖官方网站

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,被人们对神经系统怎么样感知热、冷和机械刺激的理解飞速加快。

此前呼声较高的mRNA(信使核糖核酸)技术,则今年与诺贝尔生理学或医学奖无缘。mRNA技术在抗击新冠肺炎疫情中发挥了强大力量。在刚刚过去的9月,该技术还先后摘得两大重量级奖项,分别为科学突破奖的生命科学奖,与被誉为“诺奖风向标”的拉斯克奖临床医学研究奖。

不过,今年诺贝尔生理学或医学奖所研究的范围,好像和人类存活关系更为紧密:双眼怎么样测试光线,声波怎么样影响大家的内耳,不一样的化合物怎么样与大家鼻子和嘴巴中的感受器相互用途,产生嗅觉和味觉?几千年来,人类面临的一大谜题,就是大家怎么样感知所处的环境。

描绘哲学家勒内·笛卡尔设想中热量怎么样向大脑发送机械信号的插图。图片来自诺奖官方网站

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,能记录大家周围环境的变化。

科学家约瑟夫·厄兰格和赫伯特·加瑟因发现,机体存在不相同种类型的感觉神经纤维,能对不同刺激作出反应,比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,以测试和转导不相同种类型的刺激,人类因此可以对周围的环境进行细微地感知。比如,大家通过指尖,可以感受表面纹理的差异,也能分辨让人愉悦的温暖和让人痛苦的灼烧。

不过,在大卫·朱利叶斯和阿登·帕塔普蒂安的重大发现之前,科学家仍有一个尚未解决的基本问题:温度和机械刺激,怎么样在神经系统中被转化为电脉冲?

在20世纪90年代后期,大卫·朱利叶斯在美国加州大学旧金山分校,对化合物辣椒素怎么样引发“接触辣椒时的灼烧感”的剖析时,看到了“胜利的希望”。

彼时,科学家已经了解,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怎么样起到用途,仍是未解之谜。

朱利叶斯和同事创建了一个包括数百万个DNA片段的资料库,这类片段对应感觉神经元表达的基因,它们可以对疼痛、热和触觉做出反应。

朱利叶斯和同事假定,这个DNA库中包括了编码与辣椒素反应的DNA片段。经过很多的工作和艰苦的搜索,他们确定了一个可以使细胞对辣椒素敏锐的基因——机体感受辣椒素的基因,就如此被发现了!

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。

朱利叶斯用辣椒中的辣椒素鉴别出了TRPV1,这是一种由伤害性温度激活的离子通道。科学家随后还鉴别出了其他有关的离子通道,大家目前了解了不一样的温度在神经系统中诱发电信号的机制。图片来自诺奖官方网站

当朱利叶斯探索这种蛋白质对“热”的反应能力时,他意识到这是一种热敏受体,它能在让人感到疼痛的温度下被激活。

诺奖委员会觉得,TRPV1的发现,被觉得是一项重大突破,这为揭开其他温度感应感受器开辟了道路。

朱利叶斯和帕塔普蒂安各自独立地用化合物薄荷醇,鉴别出TRPM8——一种被证明会被寒冷激活的感受器。

随后,大家发现了能被一系列不同温度激活的、与TRPV1和TRPM8有关的其他离子通道。全球很多实验室拓展了有关研究项目,他们借助没这类新基因的基因工程小鼠,来研究这类通道在“热”感觉中有哪些用途。

诺奖委员会觉得,正是朱利叶斯对TRPV1的发现,被人们得以知道不同温度在神经系统中诱发电信号的机制。

然而,当人体感知温度的机制被不断揭开时,科学界仍不了解人体将机械刺激转化为触压觉的机制。此前,研究职员曾在细菌中发现了能感知机械力的受体,但脊椎动物的触觉机制仍然未知。

在坐落于美国加利福尼亚州拉霍亚的斯克里普斯研究所,帕塔普蒂安期望能鉴别出人体中“尚未被发现的”“能被机械刺激激活”的感受器。

帕塔普蒂安与合作者们第一鉴别出了一种细胞系,当用“微量移液头”戳中单个细胞时,它们都会发出一个可测量的电信号。

研究职员第一假设,被机械力激活的感受器,是一种离子通道受体,随后辨别编码该感受器的72个候选基因。他们通过将细胞中这类基因一一“沉默”,以探寻在这个细胞系中负责感知机械力的基因。

经过一段艰苦的研究过程,帕塔普蒂安和同事们成功地确定了一个基因,当它被“沉默”之后,细胞对“微量移液头”的戳刺,不再敏锐。自此,他们发现了一种全新的、对机械力敏锐的离子通道,并以希腊语中表示“重压”的词语,将其命名为 Piezo1。他们还发现了一个与Piezo1一样的基因,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,帕塔普蒂安和同事们证实Piezo1和Piezo2是离子通道感受器,对细胞膜施加重压,可直接激活这两种感受器。

帕塔普蒂安用体外培养的、对机械力敏锐的细胞来辨别能被机械力激活的离子通道。经过艰苦的研究工作,他们确定了第一个编码感知机械力离子通道的基因 Piezo1。基于与Piezo1的相似性,他们发现了第二个相同种类基因Piezo2。图片来自诺奖官方网站

基于这类突破性研究,帕塔普蒂安团队与其他研究团队发表了一系列论文,证明 Piezo2离子通道对触觉至关要紧。有关研究还证明,Piezo2在感知身体地方和运动中发挥着重要用途。

除此之外,机械力感知蛋白Piezo1和Piezo2,已被证明参与调控血压、呼吸和排尿等其他要紧的生理过程。

诺奖委员会给出如此的评价:今年诺贝尔奖获得者的突破性发现,被人们理解了冷、热、机械用途力怎么样触发神经冲动,与人类感知并适应外面刺激的机制。当然,基于该发现的海量研究,还正在进行之中,研究者正致力于阐明它们在各种生理过程中的功能,这类有望大范围应用在海量疾病的治疗之中。


 
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