我要發文
張紅茶
新奇・2021.10.05・6 次觀看

追蹤

為什麼會辣得“菊花痛”?剛公佈的諾獎給你答案



我們對熱、冷和触覺的感知能力對生存至關重要,這些感知鞏固了我們與周圍世界的互動。或許我們早已將這些感受視作理所當然,但在分子水平上,我們對軀體感覺了解不深——神經衝動是如何產生的,從而使溫度和壓力可以被感知?


獲得了2021年諾貝爾獎生理學或醫學獎的兩位科學家,戴維·朱利葉斯



 戴維·朱利葉斯利(左)用辣椒素來識別皮膚神經末梢上對熱做出反應的感受器;阿代姆·帕塔博蒂安(右)利用壓力敏感細胞發現了一種能夠對皮膚和內部器官的機械刺激作出反應的新型感受器。朱利葉斯和帕塔博蒂安身上有一些相似之處。嚴格說來他們都有移民背景。帕塔博蒂安於1967年出生在黎巴嫩,他的童年經歷戰火和動盪,19歲時來到美國定居洛杉磯。朱利葉斯的祖父母當年為了逃離東歐的反猶太主義,從東歐移民美國,朱利葉斯於1955年在紐約出生。圖片來源:nobelprize.org



溫度、壓力等物理屬性,究竟是如何被探測並轉化為大腦可處理的信號,一直是個神秘的問題。它吸引著許多生物學家和神經科學家,朱利葉斯和帕塔博蒂安就是其中傑出的代表。在過去的20多年間,他們分別獨立發現了溫度感受器和壓力感受器,


從神經層面來看,我們的大多感官可以簡化地理解成“接受刺激- 傳遞信號- 大腦接收並做出反應”。比如,我們的嗅覺和味覺都是種化學檢測系統,視覺則是通過感受光的刺激來形成信號。觸覺、疼痛等軀體感覺也在外部環境的刺激下產生反應。


這個過程需要一類被稱為感受器 我們可以把感受器理解成“鎖”或者“門”,它們在特定情況下才會被激活,就像鎖需要特定鑰匙才能打開一樣。


我們能嘗出苦味,是因為負責苦味的味覺感受器在遇到形狀和化學成分都符合要求的分子時,它們就會打開,經由一條通路向大腦傳遞信號,因此大腦就收到了“好苦啊”的信息。


在味覺上,我們已經發現了負責咸、甜、酸、苦、鮮5種基本味道的感受器,也有一些更前沿的研究暗示了更多基本味道的可能。然而在所有味道中,有一種絕對與眾不同,那就是辣味。嚴格說來,辣並不是一種“味”。這就與朱利葉斯的突破性發現密不可分。



由今年的諾獎得主作出的開創性研究,解釋了熱、冷和触摸是如何在我們的神經系統中啟動信號。他們所確定的離子通道對許多生理過程和疾病都有著至關重要的作用。圖片來源:nobelprize.org



提到辣的東西,我們都會有一種“熱”的感覺,紅辣椒會讓你嘴巴感覺灼燒,吃完辣椒第二天“身體末端”很有可能也會經歷火辣辣地疼。神奇的是,還有一些東西會讓我們覺得“冷”,比如薄荷。


辣椒中的辣味來自一種叫辣椒素的物質。早先,一些科學研究表明,在辣椒素和高溫的刺激下,一部分感覺神經元變得活躍。然而,關於其作用的具體機制一直存在爭議。直到1997年,朱利葉斯在感受疼痛的神經元上識別出了受體分子TRPV1,並證明它能被高溫和辣椒素激活,才揭開了答案。而這也解釋了辣總是和熱聯繫在一起的原因。



朱利葉斯利使用辣椒中的辣椒素來識別TRPV1,這是一種由痛苦的高溫激活的離子通道。現在,已經有其他相關的離子通道被識別,科學家了解到不同的溫度是如何在神經系統中誘發電信號的。圖片來源:nobelprize.org


TRPV1屬於一個離子通道家族,它位於細胞膜上,一旦激活就會打開,讓帶電離子 它廣泛地分佈在我們身上,這就是為什麼辛辣的食物在進出身體的過程中都會帶來灼熱的感覺。


TRPV1是第一個在脊椎動物身上被確認生理功能的TRP通道,可以說是理解觸覺和痛覺的分子基礎的一個里程碑,讓我們認識到物理力激活神經元的機制。


隨後,TRP通道在溫度感知中的作用得到進一步確認。朱利葉斯和帕塔博蒂安分別獨立確認了TRPM8是一種會對薄荷醇和寒冷產生反應的分子。現在越來越多發現表明,TRP家族在進化史上是一個非常古老的體系。人們也認識了更多家族成員,包括“芥末感受器”TRPA1、會被百里香等香料激活的TRPA3等等。


朱利葉斯的進一步研究還揭示了,TRPV1對炎症過程中產生的化學物質很敏感,與炎症相關的疼痛敏感反應有關,這為癌症疼痛和其他疾病的治療開闢了新的潛在途徑。



然而,帕塔博蒂安在開始思考我們如何感受外部環境刺激時,他選擇了一個不同的研究方向。


2010年,他的團隊發現了兩個新的離子通道,它們會被機械壓力 這兩個離子通道被命名為PIEZO1和PIEZO2。這個名字來自希臘語中的“piezi”,意為“壓力”。



帕塔博蒂安使用培養的機械力敏感細胞來識別由機械力激活的離子通道。經過艱苦的工作後,他確定了PIEZO1。基於與PIEZO1,又發現了第二個離子通道PIEZO2。圖片來源:nobelprize.org


這項突破同樣開啟了一片全新的領域。在感覺神經元和其他細胞上發現的PIEZO1和PIEZO2,引領了大量新研究,讓人們逐漸認識這些離子通道在觸覺、疼痛、血壓調節和本體感覺等各方面壓力感知中的作用。


其中或許最令人感到新奇的要數與本體感覺相關的研究。本體感覺是指我們感知身體在空間中位置的能力。這種感覺讓我們能夠站立和行走,甚至閉上眼睛或蒙上眼睛後依舊能行走自如,它依賴的是那些向大腦發出肌肉伸展信號的神經元。


帕塔博蒂安的團隊和其他研究已經證明,PIEZO2是本體感覺相關的關鍵分子。有研究稱,罕見的PIEZO2缺乏的人,在黑暗中站立和行走都有困難。帕塔博蒂安更近期的研究,在人類遺傳學和小鼠模型上已經證明,PIEZO1在控制紅細胞體積中會發揮作用。他發現了一種PIEZO1基因的變異,似乎可以防止瘧原蟲感染。


帕塔博蒂安在接受采訪時曾表示,他的研究生涯中也曾經歷過很長一段時間進展緩慢的階段,他甚至曾經想過轉行。但幸好他堅持了下來。“這是一段非常迷人的旅程,PIEZO帶我們從生物學和病理生理學出發,接下來又會帶著我們前往新的未知的領域。”


簡單說:辣手摧花....


參考資料:

https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2021/summary/

http://kavliprize.org/prizes-and-laureates/prizes/2020-kavli-prize-neuroscience

喬納森·西爾弗頓,《與達爾文共進晚餐》

新奇
日常
留言
全部留言
最新留言
對此貼文留言

送出