科普:神經細胞如何感知温度和觸碰——2021年諾貝爾生理學或醫學獎成果解讀
人類對温度和觸碰的感知能力對生存至關重要,這種能力支撐了人類與周圍世界的互動。能夠感知温度和觸碰的神經脈衝是如何產生的?2021年諾貝爾生理學或醫學獎得主戴維·朱利葉斯和阿德姆·帕塔普蒂安的工作幫助人類洞悉了其中的機理。

科普:神經細胞如何感知温度和觸碰——2021年諾貝爾生理學或醫學獎成果解讀

來源:新華社2021-10-05

新華社北京10月4日電(記者張瑩)人類對温度和觸碰的感知能力對生存至關重要,這種能力支撐了人類與周圍世界的互動。能夠感知温度和觸碰的神經脈衝是如何產生的?2021年諾貝爾生理學或醫學獎得主戴維·朱利葉斯和阿德姆·帕塔普蒂安的工作幫助人類洞悉了其中的機理。

長久以來,人類對感知能力背後的機理充滿好奇心,並提出過各種假説。約瑟夫·厄蘭格和赫伯特·加瑟兩位科學家曾發現,不同類型的感覺神經纖維可以對不同的刺激——例如對疼痛和非疼痛觸碰——做出反應,兩人因此獲得1944年諾貝爾生理學或醫學獎。自那時起,科學家發現神經細胞是高度專業化的,不同分工的神經細胞可以探測和轉導不同類型刺激,並使人類能感知到周圍環境的細微差別。

然而,在朱利葉斯和帕塔普蒂安的發現之前,人類對神經系統如何感知環境的理解仍然存在一片空白區域:温度和觸碰如何在神經系統中轉化為電脈衝?

20世紀90年代後期,在美國加利福尼亞大學舊金山分校工作的戴維·朱利葉斯通過分析辣椒素如何使人產生灼熱感而取得重大進展。朱利葉斯和他的同事創建了一個由數百萬個DNA(脱氧核糖核酸)片段組成的基因庫,這些DNA片段與能對疼痛、熱和觸碰做出反應的感覺神經元中表達的基因相對應。朱利葉斯和他的同事推測,該基因庫中應該包含一個DNA片段,它能編碼一種可以對辣椒素做出反應的蛋白質。

經過艱苦的搜索,朱利葉斯和他的同事終於發現了一個能夠使細胞對辣椒素敏感的基因。該基因編碼了一種新的離子通道蛋白,這種對辣椒素敏感的蛋白被命名為TRPV1。當朱利葉斯進一步研究TRPV1蛋白對熱的反應能力時,他意識到自己發現了一種對熱敏感的受體,這種受體在機體感覺到疼痛的温度下能被激活。

TRPV1的發現使人們瞭解到温度差異如何在神經系統中誘發電信號,該發現還引領了其他對温度敏感受體的研究之路。此後,朱利葉斯和帕塔普蒂安分別獨立利用化學物質薄荷醇發現了一種能被寒冷激活的受體TRPM8。

為了解釋機械刺激如何轉為觸覺,在美國斯克裏普斯研究所工作的帕塔普蒂安希望找出被機械刺激激活的受體。帕塔普蒂安和他的同事首先發現了一種細胞系,當其中單個細胞被微管戳到時,該細胞系會發出可測量的電信號。他們隨後篩選並鑑定出72個候選基因,通過將這些基因逐個關閉,成功識別出一個對機械刺激敏感的基因。當該基因關閉後,細胞對被微管戳到的壓力不再敏感。

帕塔普蒂安和他的同事發現的是一種全新的壓力敏感離子通道,他們將其命名為Piezo1。這個詞來源於希臘語中的“壓力”一詞。根據與Piezo1的相似性,帕塔普蒂安和他的同事還發現了第二種與壓力感知相關的離子通道,並將其命名為Piezo2。研究還發現,通過對細胞膜施加壓力,Piezo1和Piezo2離子通道可以被直接激活。帕塔普蒂安以及其他團隊在此基礎上發表了一系列論文,證明了Piezo2離子通道對觸覺至關重要,此外還在身體位置和運動感知方面發揮着關鍵作用。

朱利葉斯和帕塔普蒂安的工作還有助於理解與感知温度或機械刺激相關的許多其他的生理功能。例如,Piezo1和Piezo2通道可以調節血壓、呼吸和膀胱控制等重要生理過程。相關成果正在被用於開發治療慢性疼痛等疾病的療法。(完)

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科普:神經細胞如何感知温度和觸碰——2021年諾貝爾生理學或醫學獎成果解讀

2021-10-05 07:54:12 來源: 0 條評論

新華社北京10月4日電(記者張瑩)人類對温度和觸碰的感知能力對生存至關重要,這種能力支撐了人類與周圍世界的互動。能夠感知温度和觸碰的神經脈衝是如何產生的?2021年諾貝爾生理學或醫學獎得主戴維·朱利葉斯和阿德姆·帕塔普蒂安的工作幫助人類洞悉了其中的機理。

長久以來,人類對感知能力背後的機理充滿好奇心,並提出過各種假説。約瑟夫·厄蘭格和赫伯特·加瑟兩位科學家曾發現,不同類型的感覺神經纖維可以對不同的刺激——例如對疼痛和非疼痛觸碰——做出反應,兩人因此獲得1944年諾貝爾生理學或醫學獎。自那時起,科學家發現神經細胞是高度專業化的,不同分工的神經細胞可以探測和轉導不同類型刺激,並使人類能感知到周圍環境的細微差別。

然而,在朱利葉斯和帕塔普蒂安的發現之前,人類對神經系統如何感知環境的理解仍然存在一片空白區域:温度和觸碰如何在神經系統中轉化為電脈衝?

20世紀90年代後期,在美國加利福尼亞大學舊金山分校工作的戴維·朱利葉斯通過分析辣椒素如何使人產生灼熱感而取得重大進展。朱利葉斯和他的同事創建了一個由數百萬個DNA(脱氧核糖核酸)片段組成的基因庫,這些DNA片段與能對疼痛、熱和觸碰做出反應的感覺神經元中表達的基因相對應。朱利葉斯和他的同事推測,該基因庫中應該包含一個DNA片段,它能編碼一種可以對辣椒素做出反應的蛋白質。

經過艱苦的搜索,朱利葉斯和他的同事終於發現了一個能夠使細胞對辣椒素敏感的基因。該基因編碼了一種新的離子通道蛋白,這種對辣椒素敏感的蛋白被命名為TRPV1。當朱利葉斯進一步研究TRPV1蛋白對熱的反應能力時,他意識到自己發現了一種對熱敏感的受體,這種受體在機體感覺到疼痛的温度下能被激活。

TRPV1的發現使人們瞭解到温度差異如何在神經系統中誘發電信號,該發現還引領了其他對温度敏感受體的研究之路。此後,朱利葉斯和帕塔普蒂安分別獨立利用化學物質薄荷醇發現了一種能被寒冷激活的受體TRPM8。

為了解釋機械刺激如何轉為觸覺,在美國斯克裏普斯研究所工作的帕塔普蒂安希望找出被機械刺激激活的受體。帕塔普蒂安和他的同事首先發現了一種細胞系,當其中單個細胞被微管戳到時,該細胞系會發出可測量的電信號。他們隨後篩選並鑑定出72個候選基因,通過將這些基因逐個關閉,成功識別出一個對機械刺激敏感的基因。當該基因關閉後,細胞對被微管戳到的壓力不再敏感。

帕塔普蒂安和他的同事發現的是一種全新的壓力敏感離子通道,他們將其命名為Piezo1。這個詞來源於希臘語中的“壓力”一詞。根據與Piezo1的相似性,帕塔普蒂安和他的同事還發現了第二種與壓力感知相關的離子通道,並將其命名為Piezo2。研究還發現,通過對細胞膜施加壓力,Piezo1和Piezo2離子通道可以被直接激活。帕塔普蒂安以及其他團隊在此基礎上發表了一系列論文,證明了Piezo2離子通道對觸覺至關重要,此外還在身體位置和運動感知方面發揮着關鍵作用。

朱利葉斯和帕塔普蒂安的工作還有助於理解與感知温度或機械刺激相關的許多其他的生理功能。例如,Piezo1和Piezo2通道可以調節血壓、呼吸和膀胱控制等重要生理過程。相關成果正在被用於開發治療慢性疼痛等疾病的療法。(完)

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