阐明了温度和触感得到结构的美国2位教授获得了今年的诺贝尔医学生理学奖

阐明了温度和触感得到结构的美国2位教授获得了今年的诺贝尔医学生理学奖

瑞典卡罗林斯卡研究所4日宣布，将2021年的诺贝尔生理学或医学奖授予美国加州大学旧金山分校教授大卫·朱利叶斯和美国斯克里普斯研究所教授阿德姆·帕特森，他阐明了获得温度和疼痛等各种触感的机制。 颁奖理由是“温度和触觉受体的发现”。 日本人没有获奖。 奖金1000万瑞典克朗(约1亿2700万日元)将赠送给2位。 颁奖仪式每年于12月10日在瑞典举行，但今年也继去年之后，为了防止新型冠状病毒肺炎，获奖者预定不出席而在居住国接受表彰。 据卡罗林斯卡研究所称，朱利叶斯发现了一种皮肤细胞传感器，利用辣椒的刺激性化合物辣椒素这种物质，产生热、痛等感觉。 保罗·陶坦通过感受到压力的细胞，发现了皮肤和内脏对各种刺激做出反应的传感器。 2的发现明确了人类神经系统除了热量和冷气等温度外，还会如何感知疼痛等各种刺激。 并且据说在环境中生活的人在理解环境和感觉的相互作用方面给予了很大的见解。

获得诺贝尔生理学或医学奖的大卫·朱利叶斯(左)、阿德姆·帕特森的插图(尼克拉斯·埃尔默黑德、诺贝尔基金会提供)

相关链接 诺贝尔基金会新闻发布会(英译中)

新闻稿:2021年诺贝尔生理学或医学奖

英语 英语(pdf) 瑞典的 瑞典语(pdf) 诺贝尔大会标志 新闻稿 2021-10-04 卡罗林斯卡学院的诺贝尔大会 今天决定授予 2021年诺贝尔生理学或医学奖 联合到 大卫·朱利叶斯和阿得姆·帕塔普廷 因为他们发现了温度和触觉感受器

我们感知热、冷和触觉的能力对生存至关重要，也是我们与周围世界互动的基础。在我们的日常生活中，我们认为这些感觉是理所当然的，但是神经冲动是如何启动的，从而可以感知温度和压力？这个问题已经被今年的诺贝尔奖获得者解决了。 大卫·朱利叶斯利用辣椒素来识别皮肤神经末梢中对热有反应的传感器，辣椒素是一种来自辣椒的刺激性化合物，能引起烧灼感。Ardem Patapoutian利用压力敏感细胞发现了一类新型传感器，可以对皮肤和内脏的机械刺激做出反应。这些突破性的发现启动了紧张的研究活动，导致我们对神经系统如何感知热、冷和机械刺激的理解迅速增加。获奖者发现了我们理解感官和环境之间复杂相互作用的关键缺失环节。

我们如何看待这个世界？ 人类面临的最大谜团之一是我们如何感知环境的问题。几千年来，我们感官背后的机制引发了我们的好奇心，例如，眼睛是如何检测到光的，声波是如何影响我们的内耳的，以及不同的化合物是如何与我们鼻子和嘴巴中的受体相互作用产生气味和味道的。我们也有其他方式来感知我们周围的世界。想象一下，在炎热的夏天，赤脚走过草坪。你可以感受到太阳的热量，风的爱抚，以及你脚下一片片的草。这些对温度、触觉和运动的印象对于我们适应不断变化的环境至关重要。 17世纪，哲学家勒内·笛卡尔设想用线将皮肤的不同部分与大脑连接起来。这样，一只脚接触明火就会向大脑发出机械信号(图1)。后来的发现揭示了记录我们环境变化的特殊感觉神经元的存在。约瑟夫·厄尔兰格和赫伯特·加塞因发现不同类型的感觉神经纤维而获得1944年诺贝尔生理学或医学奖，这些感觉神经纤维对不同的刺激做出反应，例如，对疼痛和非疼痛触摸的反应。从那时起，已经证明了神经细胞在检测和转换不同类型的刺激方面高度专业化，允许我们对周围环境进行细致入微的感知；例如，我们通过指尖感受表面纹理差异的能力，或者我们辨别令人愉悦的温暖和令人痛苦的热量的能力。 在大卫·朱利叶斯(David Julius)和阿德姆·帕塔普提安(Ardem Patapoutian)的发现之前，我们对神经系统如何感知和解释我们的环境的理解仍然包含一个基本的未解决问题:温度和机械刺激是如何在神经系统中转化为电脉冲的？。

图1描述哲学家勒内·笛卡尔如何想象热量如何向大脑发送机械信号的插图。

科学热起来了！ 在20世纪90年代后期，美国旧金山加州大学的大卫·朱利叶斯通过分析化合物辣椒素如何引起我们接触辣椒时的灼热感，看到了重大进展的可能性。人们已经知道辣椒素能激活引起痛觉的神经细胞，但是这种化学物质实际上是如何发挥这种功能的还是一个未解之谜。朱利叶斯和他的同事创建了一个由数百万个与基因相对应的脱氧核糖核酸片段组成的文库，这些基因在对疼痛、热量和触摸有反应的感觉神经元中表达。朱利叶斯和他的同事假设该文库将包含一个编码能够对辣椒素起反应的蛋白质的脱氧核糖核酸片段。他们在培养细胞中表达了这个集合的单个基因，这些细胞通常对辣椒素没有反应。经过艰苦的搜索，发现了一个能够使细胞对辣椒素敏感的基因(图2)。辣椒素感应基因被发现了！进一步的实验表明，所鉴定的基因编码一种新的离子通道蛋白，这种新发现的辣椒素受体后来被命名为TRPV1。当朱利叶斯研究蛋白质对热的反应能力时，他意识到他发现了一种热感应受体，这种受体在被认为是疼痛的温度下被激活(图2)。

图2大卫·朱利叶斯用红辣椒中的辣椒素来鉴定TRPV1，一种被疼痛的热量激活的离子通道。额外的相关离子通道被发现，我们现在了解不同的温度如何在神经系统中诱发电信号。 TRPV1的发现是一个重大突破，它导致了额外的温度感应受体的解开。大卫·朱利叶斯和阿德姆·帕塔普廷都使用化学物质薄荷醇来识别TRPM8，这是一种被证明会被寒冷激活的受体。确定了与TRPV1和TRPM8相关的额外离子通道，发现它们被一系列不同的温度激活。许多实验室开展了研究项目，通过使用缺乏这些新发现基因的转基因小鼠来研究这些通道在热感觉中的作用。大卫·朱利叶斯对TRPV1的发现是一个突破，使我们能够理解温度差异如何在神经系统中诱发电信号。 压力下的研究！ 虽然温度感觉的机制正在展开，但机械刺激如何转化为我们的触觉和压力感觉仍不清楚。研究人员此前在细菌中发现了机械传感器，但脊椎动物触摸的潜在机制仍然未知。在美国加州拉荷亚斯克里普斯研究中心工作的Ardem Patapoutian希望找出那些被机械刺激激活的难以捉摸的受体。 Patapoutian和他的合作者首先确定了一种细胞系，当用微量吸管戳单个细胞时，该细胞系会发出可测量的电信号。假设由机械力激活的受体是离子通道，在下一步中，鉴定了72个编码可能受体的候选基因。这些基因被一个接一个地灭活，以发现研究细胞中负责机械敏感性的基因。经过艰苦的研究，帕塔普廷和他的同事成功地鉴定出一种基因，这种基因的沉默使细胞对用微管戳不敏感。一种全新的、完全未知的机械敏感离子通道被发现，并以希腊语单词压力(í；píesi)。通过与压电1的相似性，第二个基因被发现并命名为压电2。感觉神经元被发现表达高水平的压电蛋白2，进一步的研究确定压电蛋白1和压电蛋白2是通过对细胞膜施加压力直接激活的离子通道(图3)。

图3 Patapoutian使用培养的机械敏感细胞来鉴定离子 机械力激活的通道。经过艰苦的工作，压电1 确定了。基于其与压电1的相似性，发现了第二个离子通道 (压电2)。 Patapoutian的突破导致了他和其他团队的一系列论文，证明了压电离子通道对触觉至关重要。此外，压电2被证明在身体位置和运动的至关重要的感知中起着关键作用，被称为本体感受。在进一步的工作中，压电1和压电2通道被证明可以调节额外的重要生理过程，包括血压、呼吸和膀胱控制。 这一切都有道理！ 今年诺贝尔奖得主对TRPV1、TRPM8和Piezo通道的开创性发现，让我们了解了热、冷和机械力是如何启动神经冲动，让我们感知和适应周围的世界。色氨酸通道对我们感知温度的能力至关重要。压电2通道赋予我们触觉和感受身体部位位置和运动的能力。色氨酸和压电通道也有助于许多额外的生理功能，这些功能依赖于感知温度或机械刺激。源于今年诺贝尔奖的深入研究集中于阐明它们在各种生理过程中的功能。这些知识正被用于开发各种疾病的治疗方法，包括慢性疼痛(图4)。

图4今年诺贝尔奖得主的开创性发现解释了热、冷和触摸如何在我们的神经系统中启动信号。所鉴定的离子通道对于许多生理过程和疾病状况是重要的。 主要出版物 辣椒素受体:疼痛通路中的热激活离子通道。自然1997:389:816-824。 克隆的辣椒素受体整合了多种产生疼痛的刺激。神经元1998:21:531-543。 缺乏辣椒素受体的小鼠伤害感受和痛觉受损。科学2000:288:306-313 冷受体的鉴定揭示了TRP通道在热代偿中的一般作用。2002年自然:416:52-58 感知寒冷刺激和薄荷醇的TRP通道。牢房2002:108:705-715 Coste B，Mathur J，Schmidt M，Earley TJ，Ranade S，Petrus MJ，杜宾AE，Patapoutian A .压电1和压电2是不同的机械激活阳离子通道的基本组成部分。科学2010:330: 55-60 Ranade SS、Woo SH、杜宾AE、Moshourab RA、Wetzel C、Petrus M、Mathur J、Bégay V、Coste B、Mainquist J、Wilson AJ、Francisco AG、Reddy K、Qiu Z、Wood JN、Lewin GR、Patapoutian A .压电2是小鼠触觉的主要机械力传感器。2014年自然:516:121-125 Woo S-H，Lukacs V，de Nooij JC，Zaytseva D，Criddle CR，Francisco A，Jessell TM，Wilkinson KA，Patapoutian A .压电2是本体感受的主要机制转导通道。自然神经科学2015:18:1756-1762 大卫·朱利叶斯1955年出生于美国纽约。他于1984年获得加州大学伯克利分校的博士学位，是纽约哥伦比亚大学的博士后研究员。大卫·朱利叶斯于1989年被加州大学旧金山分校录取，现在是该校的教授。 ardem Patapoutian 1967年出生于黎巴嫩贝鲁特。年轻时，他从饱受战争蹂躏的贝鲁特搬到美国洛杉矶，并于1996年获得美国帕萨迪纳加州理工学院的博士学位。他是旧金山加州大学的博士后研究员。自2000年以来，他是加州拉荷亚斯克里普斯研究所的科学家，现在是那里的教授。他自2014年起担任霍华德·休斯医学研究所研究员。 插图:诺贝尔生理学或医学奖委员会。插画师:马蒂亚斯·卡伦 由卡罗林斯卡学院50名教授组成的诺贝尔大会颁发诺贝尔生理学或医学奖。诺贝尔委员会对提名进行评估。自1901年以来，诺贝尔奖一直授予那些为人类利益做出最重要发现的科学家。 诺贝尔奖是诺贝尔基金会的注册商标 引用这一节 MLA风格:新闻稿:2021年诺贝尔生理学或医学奖。NobelPrize.org。诺贝尔奖外联AB 2021。星期三2021年10月6日。< https://www . nobel prize . org/prices/medicine/2021/press-release/> 回到顶部 观看2021年诺贝尔奖公告