截至今年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)共頒發(fā)112次，有224人獲獎(jiǎng)。該獎(jiǎng)項(xiàng)的獎(jiǎng)?wù)律峡讨@樣一句話：“新的發(fā)現(xiàn)使生命更美好。”
|作者：長(zhǎng)夏東月
|編審：勞靈格
北京時(shí)間10月4日，瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院宣布了2021年諾貝爾獎(jiǎng)生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的結(jié)果。
來自美國(guó)的科學(xué)家戴維·朱利葉斯（David Julius）和阿代姆·帕塔博蒂安（Ardem Patapoutian），因?yàn)?ldquo;發(fā)現(xiàn)溫度和觸覺感受器”獲獎(jiǎng)。
·北京時(shí)間10月4日，2021年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)揭曉，戴維·朱利葉斯（左）和阿代姆·帕塔博蒂安共同獲獎(jiǎng)。
評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)說，人類對(duì)熱、冷和觸覺的感知能力對(duì)生存至關(guān)重要，且鞏固了我們與周圍世界的互動(dòng)。在日常生活中，我們認(rèn)為這些感覺是理所當(dāng)然的，但神經(jīng)沖動(dòng)是如何產(chǎn)生的，從而使溫度和壓力可以被感知的呢？
今年的諾貝爾獎(jiǎng)得主解決了這個(gè)問題。
但對(duì)于“吃貨”們來說，或許會(huì)感興趣的是，兩位科學(xué)家在研究中還用到了辣椒素——據(jù)說，朱利葉斯最早萌生研究辣椒素的想法，是在超市“買買買”的時(shí)候。
辣椒涂抹皮膚，為何會(huì)火辣辣地疼？
朱利葉斯是一位生理學(xué)家，今年66歲，現(xiàn)任加州大學(xué)舊金山分校醫(yī)學(xué)院的生理學(xué)教授與系主任。他的實(shí)驗(yàn)室所研究的領(lǐng)域與我們的生活息息相關(guān)。比如，他們研究了皮膚對(duì)加熱和冷卻做出反應(yīng)的通道，讓我們對(duì)身體如何感知溫度有了更廣泛的了解。此外，他們還對(duì)疼痛的感覺以及炎癥如何影響疼痛敏感性，等等，這些方面做了深度研究。
·戴維·朱利葉斯。
朱利葉斯的學(xué)術(shù)之路，是妥妥的學(xué)霸之路。
1955年，他出生于美國(guó)紐約布魯克林，祖父母是東歐人，當(dāng)年為了逃離當(dāng)?shù)氐姆椽q太主義而移民美國(guó)。朱利葉斯從小就勤奮好學(xué)，而且頭腦聰明，在科學(xué)方面表現(xiàn)出濃厚的興趣。19歲那年，他考入麻省理工學(xué)院就讀本科，22歲畢業(yè)。之后，他到加州大學(xué)伯克利分校讀博士，畢業(yè)后又到哥倫比亞大學(xué)做博士后。有資料顯示，自上世紀(jì)80年代起，他就開始用當(dāng)時(shí)比較新的方法尋找五羥色胺的受體——這些受體同時(shí)調(diào)節(jié)興奮性和抑制性神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)的傳遞。
從神經(jīng)層面來看，人類的大多感官接受感應(yīng)的過程可以簡(jiǎn)化為：接受刺激-傳遞信號(hào)-大腦接收，并做出反應(yīng)。這一過程中，需要一種被稱為“感受器”的結(jié)構(gòu)的幫助。通俗地說，這種感受器類似于“鎖”或者“門”，他們只有在特定的情況喜愛才能被激活，就像鎖需要特定鑰匙才能打開一樣。
以味覺為例，我們?yōu)楹螘?huì)品嘗出苦味？原理是這樣的：當(dāng)負(fù)責(zé)苦味的味覺感受器在遇到形狀和化學(xué)成分都符合要求的分子時(shí)，它們就會(huì)打開，然后經(jīng)由一條通路向大腦傳遞信號(hào)，這時(shí)大腦就收到信息，感受到“好苦啊”。
目前，在味覺上，通過科學(xué)家的努力，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了5種基本味道的感受器，分別負(fù)責(zé)咸、甜、酸、苦、鮮。在這些味道中，有一種味道與眾不同，那就是辣。更嚴(yán)格來說，辣并不是一種“味道”。這就與朱利葉斯的突破性發(fā)現(xiàn)密不可分。
到底為什么用辣椒涂抹皮膚，會(huì)覺得火辣辣地疼？朱利葉斯近些年一直在研究的問題。
1989年，朱利葉斯加入加州大學(xué)舊金山分校，擔(dān)任該校教授。此間，他開始尋找辣椒素的受體，辣椒素是辣椒中的一種化合物，可以引發(fā)疼痛感。
據(jù)說，朱利葉斯最早是在超市購(gòu)物時(shí)有了研究辣椒素的想法。他說：“我看著這些貨架和上到處都是辣椒和辣椒提取物（辣醬），并想，這是一個(gè)如此重要和如此有趣的問題。我真的必須認(rèn)真對(duì)待這件事（指研究辣椒素的作用）。”當(dāng)時(shí)，她的科學(xué)家妻子站在過道上，看著他說：“你在做什么？”他回答：“我真的很沮喪。我真的需要弄清楚這個(gè)問題。”妻子有些生氣，勸他“別胡鬧了”，兩人離開超市。
后來，朱利葉斯一直放不下這個(gè)問題，把自己的想法告訴實(shí)驗(yàn)室同事，同事接受了他提出的挑戰(zhàn)。于是，研究就這樣開始了。“這就是科學(xué)的方式：在正確的時(shí)刻，正確的東西聚在一起。”朱利葉斯說。
1997年，經(jīng)過多年努力，朱利葉斯的小組終于有了新發(fā)現(xiàn)——找到了一個(gè)辣椒素激活的蛋白質(zhì)分子TRPV1，并發(fā)現(xiàn)TRPV1經(jīng)加熱后會(huì)被激活。這一發(fā)現(xiàn)，揭開了溫度感受的機(jī)理和痛覺的外周感受的部分機(jī)理。TRPV1在人體身上的分布很廣泛，所以辛辣的食物進(jìn)出身體時(shí)（比如吃完火鍋第二天拉肚子時(shí)），我們都會(huì)感受到灼熱和疼痛。
與此同時(shí)，他還確認(rèn)了一件事，那就是TRPV1屬于TRP通道家族。事實(shí)上，早在1969年，就有科學(xué)家在果蠅中發(fā)現(xiàn)過TRP基因，但是并沒有人知道它的功能所在。
·朱利葉斯利使用辣椒中的辣椒素來識(shí)別TRPV1，這是一種由痛苦的高溫激活的離子通道。
（圖片來源：nobelprize.org）
這些年，因?yàn)樵谶@一領(lǐng)域的研究，朱利葉斯屢獲大獎(jiǎng)。2010年，因?qū)Ρ嬲J(rèn)涉及傷害性作用的離子通道的研究，他獲得邵逸夫獎(jiǎng)。同年，他也獲得阿斯圖里亞斯親王獎(jiǎng)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。
“朱利葉斯的小組后來還陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了這個(gè)家族的其它受體，譬如涼爽受體以及芥末油受體。這一新發(fā)現(xiàn)的TRPV1及相關(guān)通道目前已成為新型止痛藥研發(fā)關(guān)注的靶點(diǎn)。”清華大學(xué)藥學(xué)院研究員肖百龍?jiān)诮邮堋吨R(shí)分子》采訪時(shí)說。
朱利葉斯研究“痛苦”，但收獲了不少快樂。2019年他因“發(fā)現(xiàn)了痛覺背后的分子、細(xì)胞和機(jī)制”而獲得突破獎(jiǎng)—生命科學(xué)獎(jiǎng)，獎(jiǎng)金是300萬美元。關(guān)于獎(jiǎng)金，當(dāng)時(shí)他曾說自己喜歡給社區(qū)捐款，“我真的很喜歡支持藝術(shù)、音樂和科學(xué)教育，所以我會(huì)繼續(xù)做這些事情”。
這一次，朱利葉斯和阿代姆·帕塔博蒂安將獲得1000萬瑞典克朗（約合人民幣740.9萬元），他們會(huì)如何處理，目前不得而知。
至于今年為何將生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)共同頒給朱利葉斯和阿代姆·帕塔博蒂安，饒毅的解釋是：“因?yàn)樗麄冊(cè)趬毫Ω杏X都有貢獻(xiàn)。其中對(duì)于長(zhǎng)期懸而未決的聽覺，他們和其他人都有直接或間接貢獻(xiàn)。”
或?qū)⑼七M(jìn)慢性疼痛及多種疾病的治療
帕塔博蒂安和朱利葉斯的研究不謀而合。
TRPV1的發(fā)現(xiàn)是一項(xiàng)重大突破，為揭開其他溫度感受器的神秘面紗開辟了道路。在此基礎(chǔ)上，朱利葉斯和帕塔博蒂安分別獨(dú)立確認(rèn)了TRPM8分子的存在，這種分子會(huì)對(duì)薄荷醇和寒冷產(chǎn)生反應(yīng)。
除了溫度的感受機(jī)制之外，人類也一直不太清楚機(jī)械刺激如何轉(zhuǎn)化為觸覺和壓力感。
帕塔博蒂安把這方面的認(rèn)知向前推進(jìn)了一大步。他發(fā)現(xiàn)了能對(duì)皮膚和內(nèi)部器官的機(jī)械刺激作出反應(yīng)的新型感受器PIEZO1和PIEZO2——在給它們命名時(shí)，帕塔博蒂安使用了古希臘語里的“壓力”一詞，“piezi”。
·帕塔博蒂安發(fā)現(xiàn)了PIEZO1和PIEZO2。
帕塔博蒂安于1967年出生在黎巴嫩。他在戰(zhàn)火中經(jīng)歷了動(dòng)蕩的童年，19歲時(shí)到了美國(guó)洛杉磯定居，后來獲得美國(guó)帕薩迪納加州理工學(xué)院的博士學(xué)位。2000年之后，他來到加州斯克里普斯研究中心任職。
帕塔博蒂安的研究生涯并非一帆風(fēng)順。他曾在接受采訪時(shí)透露，很長(zhǎng)一段時(shí)間他的研究一直沒什么進(jìn)展，搞得自己都想轉(zhuǎn)行了，好在最后還是堅(jiān)持了下來。
值得注意的是，帕塔博蒂安的實(shí)驗(yàn)室里有不少亞裔研究人員。不久前，他和多位亞裔學(xué)生發(fā)表了一項(xiàng)研究成果，發(fā)現(xiàn)一種與觸覺蛋白密切相關(guān)的傳感器蛋白。
·阿代姆·帕塔博蒂安和亞裔同事們?cè)谝黄稹?/span>
發(fā)現(xiàn)溫度和觸覺感受器為何如此重要？諾貝爾獎(jiǎng)生理學(xué)獎(jiǎng)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)項(xiàng)委員會(huì)表示：“這些知識(shí)正在被用于開發(fā)多種疾病的治療方法，包括慢性疼痛的治療。”
TRPV1與身體的慢性疼痛及核心溫度調(diào)節(jié)等有關(guān)，并且對(duì)炎癥過程中產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)很敏感，這為癌癥疼痛和其他疾病的治療開辟了新的潛在途徑。
PIEZO1和PIEZO2則參與到了血壓、呼吸和膀胱控制等多項(xiàng)身體機(jī)能中，還有研究顯示，PIEZO2缺乏的人，在黑暗中站立和行走都有困難。有關(guān)它們的研究，也將把我們導(dǎo)向全新的未知領(lǐng)域。
在帕塔博蒂安家，率先得知他獲得諾貝爾獎(jiǎng)的并不是他本人，而是他94歲的父親——在瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院打來電話的晚上，帕塔博蒂安把手機(jī)調(diào)節(jié)到了勿擾模式，所以相關(guān)信息轉(zhuǎn)到了他父親那里。帕塔博蒂安開玩笑道：“最后還是被打擾到了。”
雖然兩位科學(xué)家是一起獲的獎(jiǎng)，但他們的研究是各自獨(dú)立進(jìn)行。帕塔博蒂安坦言，他們之間存在良性的競(jìng)爭(zhēng)。“與偉大的科學(xué)家一起工作和競(jìng)爭(zhēng)總是好的，戴維當(dāng)然是其中之一。”
·溫度和觸覺感受器的發(fā)現(xiàn)，對(duì)我們了解許多生理過程和疾病狀況非常重要。
新的發(fā)現(xiàn)使生命更美好
截至今年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)共頒發(fā)112次，有224人獲獎(jiǎng)。該獎(jiǎng)項(xiàng)的獎(jiǎng)?wù)律峡讨@樣一句話：“新的發(fā)現(xiàn)使生命更美好。”
事實(shí)上，跟經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)、文學(xué)獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)相比，諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)總是顯得有些“高冷”，相關(guān)的成果似乎很難為我們普通人所真正理解。
但正如獎(jiǎng)?wù)律线@句話所描述的，在該獎(jiǎng)項(xiàng)的背后，是無數(shù)科學(xué)家為了對(duì)抗疾病和死亡所做的孜孜不倦的努力。
回顧這一獎(jiǎng)項(xiàng)120年的歷史可以看到，人類如今能應(yīng)對(duì)各種歷史上的“疑難雜癥”、享受到很多健康保障，與一代代科學(xué)家的積淀密不可分——
1901年，德國(guó)生理學(xué)家貝林因其在血清療法及白喉疫苗等方面作出的貢獻(xiàn)，首次獲頒該獎(jiǎng)項(xiàng)。
20世紀(jì)之前被視為“不治之癥”的糖尿病，因?yàn)橐葝u素的發(fā)現(xiàn)逐漸被攻克。1921年，加拿大醫(yī)學(xué)家弗雷德里克·班廷因?yàn)閺膭?dòng)物胰腺中提得可供臨床應(yīng)用的胰島素而獲獎(jiǎng)。
中國(guó)科學(xué)家屠呦呦2015年獲獎(jiǎng)的故事，中國(guó)人就更為熟悉了：屠呦呦團(tuán)隊(duì)從中藥中分離出抗瘧藥物青蒿素，以此為基礎(chǔ)的瘧疾療法，拯救了數(shù)百萬人的生命。
·當(dāng)?shù)貢r(shí)間2015年12月10日，瑞典斯德哥爾摩舉行諾貝爾頒獎(jiǎng)典禮，瑞典國(guó)王為屠呦呦頒獎(jiǎng)。
再看看最近5年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的得主情況：
受新冠疫情影響，近兩年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)格外令人關(guān)注，與新冠有關(guān)的領(lǐng)域也成為各方押注的熱門。甚至在2020年時(shí)，就有預(yù)測(cè)稱，諾貝爾獎(jiǎng)或頒給研究新冠病毒的科學(xué)家們。但業(yè)內(nèi)人士表示，諾貝爾科學(xué)類獎(jiǎng)項(xiàng)一般會(huì)頒給那些經(jīng)受住時(shí)間考驗(yàn)的成就?；诖?，關(guān)于新冠的科學(xué)研究要在近年摘得諾獎(jiǎng)，可能性非常小。
值得一提的是，2020年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的得主之一加拿大病毒學(xué)家邁克爾·霍頓，在新冠肺炎疫情暴發(fā)后的第一時(shí)間，就率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)投入了新冠病毒疫苗的研發(fā)。
感謝這些科學(xué)家，讓我們的生命更加美好。
資料來源：諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)、《大眾科學(xué)》等
