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兵在掌上阅 亮剑弹指间

走近2021年诺贝尔生理学或医学奖——

探索人体感觉的奥秘


■黄武星 王孝文 刘骥

图为戴维·朱利叶斯(左)和阿德姆·帕塔普蒂安(右)。

阳光的温暖、沙滩的柔软、食物的美味……对这些美好事物的感知,是每个人与生俱来的本能。那么,身体是如何实现这些功能的呢?

今年的诺贝尔生理学或医学奖,颁给了两位在“发现温度和触觉感受器”方面作出贡献的科学家——戴维·朱利叶斯和阿德姆·帕塔普蒂安。前者用辣椒素,识别出皮肤神经末梢上对热作出反应的感受器;后者利用压力敏感细胞,发现一种对皮肤和内部器官的机械刺激作出反应的感受器。

两位科学家的突破性发现,让人们加深了对神经系统如何感知冷热和机械刺激的理解。

在探索人体奥秘的道路上,他们并非先行者。早在17世纪,就有人提出设想:人体皮肤连接着大脑,皮肤受到刺激,就会将信号传递给大脑。科学家在这一设想基础上,发现了身体存在感觉神经纤维。

初步拨开迷雾后,科学家又向新的问题发起冲击,开始探索“外界刺激如何转换成神经细胞间传递的神经电流”。

1961年,科学家发现了耳蜗感声的物理机制:外界声波使内耳基底膜振动,使毛细胞电位发生变化,激发耳蜗神经产生冲动,传至大脑而产生听觉;1967年,科学家在视觉生理和化学过程方面有所突破;2004年,科学家发现1000种基因构成不同的嗅觉受体,解开了嗅觉之谜。

在听觉、视觉、嗅觉的研究相继进入分子领域后,对疼痛或触碰等感觉的研究却没有突破。原来,不同于其他感知,疼痛或触碰等感觉并不局限于身体的某个部位,这让科学家们一时无从下手。正如朱利叶斯在获奖后感慨:“这是最后一个进入分子分析领域的感觉系统。”

凭借对感觉系统浓厚的兴趣,朱利叶斯带领团队潜心研究,并筛选、创建了一个包含百万个DNA片段的基因库。为把感受“热”的基因选出来,他们采用能引起灼热感的辣椒素作为刺激源,将这些DNA片段逐个导入通常不会对辣椒素作出反应的细胞。1997年,在无数次实验后,其中一个细胞对辣椒素的刺激作出了反应。该细胞注入的DNA片段所编码的蛋白质,就成了感受热的受体,被命名为TRPV1。

发现触觉感受器的帕塔普蒂安遇到的情况有些类似。他也不得不筛选大量可能的基因,因此所采用的方法与朱利叶斯有异曲同工之妙:他和同事选定一种对压力较为敏感的细胞,这种细胞用微量移液管刺激就能产生可测量的电信号。随后,帕塔普蒂安对初步筛选出的DNA片段分别进行灭活,发现细胞被刺激后不作反应,即确认该细胞中被灭活的DNA片段就是负责机械敏感性的基因。实验证明,该基因所表达的离子通道蛋白,不仅在身体运动感知中发挥关键作用,而且可调节其他重要的生理过程,包括血压、呼吸和膀胱控制等。

朱利叶斯和帕塔普蒂安的突破性发现,揭开了温度及机械力触发神经元神经冲动的谜题,为探索人体感觉系统打开一扇新的大门。

在他们研究基础上,科学家正致力于研究各种感觉发生时的化学变化。一旦取得这些研究成果,有可能对众多疾病的治疗带来革命性转变。

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