<legend id="icvhz"><i id="icvhz"></i></legend>

    <span id="icvhz"><blockquote id="icvhz"></blockquote></span>

    <span id="icvhz"><output id="icvhz"></output></span>

    <span id="icvhz"></span>
    <span id="icvhz"></span>
  • <strong id="icvhz"></strong>
  • 教學科組生物學科前沿

    2021諾貝爾生理學或醫學獎剛剛揭曉 他們讓我們理解身體如何感知世界

    時間:2021年10月18日 作者:本站原創 瀏覽:

    北京時間10月4日下午,2021年諾貝爾生理學或醫學獎揭曉。加州大學舊金山分校(UCSF)的David Julius教授與斯克里普斯研究所的Ardem Patapoutian教授因在“發現感知溫度和觸覺的受體”上的突出貢獻,斬獲殊榮。正如諾獎委員會所說的那樣,他們的工作,不僅讓我們理解身體如何感知這個世界,更為我們帶來了多款治療疼痛的藥物,造福人類。


    一、我們如何感知世界?

    我們如何感知周圍環境,這是人類面臨的一大謎題。感覺背后的機理,數千年來一直在激發我們的好奇。比如,眼睛如何感受光線,聲音如何影響內耳,不同的化合物又如何與我們鼻腔和口腔中的受體相互作用、產生嗅覺和味覺。我們還用其他方式感受著周圍的世界。試想你在一個炎熱的夏日光腳走過一片草坪。你能感到太陽的熱氣、風的吹拂、還有腳底的那一片片草葉。溫度、觸覺和運動產生的印象,對于我們適應周圍這個不斷變遷的世界至關重要。

     

     

     

     

     

     

     

     

     



     

    ▲笛卡爾的理論(圖片來源:參考資料[1])
    十七世紀,哲學家勒內·笛卡爾提出皮膚的不同部位上有線條與大腦相連。于是,一只腳接觸了明火,就會向大腦發送一個機械信號。之后的發現揭示了特化的感覺神經元,專門記錄周圍環境中的變化。1944年,Joseph Erlanger教授和Herbert Gasser教授獲得了諾貝爾生理學或醫學獎,他們的成就是發現了不同類型的感覺神經纖維,它們各自能對不同的刺激做出反應,比如疼痛的觸覺和不痛的觸覺。在那之后,研究又指出神經細胞在感受和傳導不同的刺激方面是高度特化的,由此使我們產生對環境的細微知覺,比如,我們的指尖能感受不同質地的區別,我們的皮膚還能區分使人愉悅的溫暖和令人疼痛的高溫。
    在今日兩名諾獎得主的突破性發現之前,對于神經系統如何感覺并分析周圍環境,我們的理解還包含一個根本的未解之謎:溫度刺激和機械刺激,是如何在神經系統內轉化為電脈沖的?

     

    二、冷暖自知

    20世紀90年代末,美國加州大學舊金山分校的David Julius教授試圖分析化合物辣椒素如何在我們接觸辣椒時引發灼燒感。在這個過程中,他看到了取得重大發現的可能性。
    當時人們已經知道,辣椒素可以激活引起痛覺的神經元,但它發揮作用的機制一直是一個未解之謎。Julius教授和同事創建了一個包含數百萬個DNA片段的數據庫,這些DNA片段對應的是在感覺神經元中表達的基因,它們可以對疼痛、熱、觸覺作出反應。
    Julius團隊提出假說認為,這個數據庫中就包含了編碼能對辣椒素作出響應的蛋白質的DNA片段。他們在通常不與辣椒素反應的細胞中表達了這個庫中的單個基因。經過漫長而艱辛的搜尋,Julius教授團隊終于找到了一個能夠使細胞對辣椒素敏感的基因。也就是說,能感知辣椒素的基因被發現了!隨后的進一步研究表明,這種新發現的基因能編碼一種全新的離子通道蛋白,這個新發現的辣椒素受體隨后被命名為TRPV1。當Julius教授在研究這種蛋白質如何感知熱量時,他意識到,他無意間發現了一種熱敏受體——在感受痛覺的溫度下,受體被激活了。 

    ▲Julius教授使用辣椒中的辣椒素找到了TRPV1,這是一種能被疼痛時的熱量激活的離子通道。此后,更多相關的離子通道陸續被找到?,F在,我們能夠理解不同的溫度如何在神經系統中誘導產生電信號。(圖片來源:參考資料[1]) 
    TRPV1的發現無疑是一項重大突破,它也為揭示其他溫度感應受體提供了線索。Julius教授和Patapoutian教授后來分別獨立地使用薄荷醇鑒別出TRPM8,這是一種在寒冷時能被激活的受體。其他與TRPV1和TRPM8相關的離子通道也陸續被發現,它們能在一系列不同的溫度下被激活。大量實驗室繼續相關研究,研究人員使用經過基因編輯刪去上述新發現基因的小鼠,來研究這些通道在熱感知中的作用。TRPV1的發現是一項重大突破,使我們能夠了解溫度差異如何在神經系統中產生電信號。

     

    三、壓力山大

    盡管感受溫度的機制在科學家們的探索下逐漸明晰,但是機械性刺激能如何轉換成觸覺和壓力,仍然是個不解之謎。之前,研究者們已經發現了細菌里的機械性感受器,但脊椎動物中的機制卻始終沒有得到闡明。斯克里普斯研究所工作的Ardem Patapoutian教授決心在這一領域上做出突破。
    Patapoutian教授和合作者首先發現了能夠在被微針穿刺時釋放電信號的細胞系。他們推測能被機械性外力刺激的受體是離子通道,接下來他們一共篩選出72種編碼受體的候選基因,然后挨個對其進行激活,用于找到真正和機械性感受相關的基因。在大量的工作后, Patapoutian教授和同事終于找到了他們的答案:這個基因被沉默時,會使得細胞不再對微針的刺激具備敏感度。

     

    ▲Patapoutian教授通過培養對機械壓力敏感的細胞找到了會被機械力激活的離子通道。這些工作帶來了Piezo1和Piezo2的發現(圖片來源:參考資料[1])
    一個全新的離子通道被發現了,并被命名為Piezo1,以希臘語中的壓力為名。通過與Piezo1的相似性比對,第二個相關基因也被發現了,被命名為Piezo2。感受神經元會表達高水平的Piezo2,而后續的研究進一步證實了兩者都是離子通道,可以被細胞膜表面的壓力給激活。
    Patapoutian教授的發現帶來了一系列的論文發表工作,他們證明了Piezo2離子通道對觸覺感受至關重要。另外,Piezo2對身體姿勢和運動的感受也非常關鍵。在未來的工作中,Piezo1和Piezo2還被證明對生理過程有很大作用,包括血壓、呼吸和膀胱控制等。

     

    四、總結

     

     

     

     

     

     










     

    ▲今日發現的意義(圖片來源:參考資料[1])

    諾獎委員會指出,這兩位諾獎得主在TRPV1、TRPM8、以及Piezo通道上的突破性貢獻,不僅讓我們知道人體如何感知冷熱,感知觸覺,從而理解身邊的世界,后續的研究還為我們帶來了更多生理上的洞見,也被用于開發多種治療疾病的藥物,實實在在將科學轉化為了造福病患的工具。能收獲今年的諾貝爾生理學或醫學獎,正是對他們所做貢獻的最好認可!

     

    參考資料:[1] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2021, Retrieved October 4, 2021, from https://www.nobelprize.org/uploads/2021/10/press-medicineprize2021.pdf

     

    文章引用:學術經緯

    又粗又黄又硬又爽的免费视频