众望所归？饶毅教授评2021年诺贝尔生理学或医学奖结果

北京时间10月4日下午5点34分许，2021年诺贝尔生理学或医学奖揭晓。 美国科学家David Julies、Ardem Patapoutian获奖 ，以表彰他们“ 发现温度和触觉的受体 ”。

2021年的诺贝尔奖单项奖金为1000万瑞典克朗 （约合人民币740.9万元） 。

Ardem Patapoutian 和David Julius是美国的生物学家。在过去15年开拓性的研究中，两位科学家和他们的同时发现了人类感知疼痛和温度的机制，揭示了那些隐藏在疼痛过敏现象背后的机理。他们的研究工作让我们了解触觉的基础机制，更为设计针对慢性痛症的药物开启了大门。

David Julius 教授就职于加州大学旧金山分校，发现了产生痛觉的细胞信号机制。在其他研究中，他还发现红辣椒和薄荷醇能激活神经系统中对热和冷产生反应的感觉受体。尽管大多数痛觉是身体的一种预警信号，但慢性疼痛会令人身心俱疲。朱利叶斯鉴定出了在肠易激综合征 （IBS） 、关节炎和癌症等疾病中，与慢性疼痛相关的特定细胞靶点。他的团队为研发新一代非阿片类精准止痛药创造了坚实的理论基础。很早之前瑞典《每日新闻》预测，朱利叶斯将因发现痛觉感受器对痛苦、温度、辣椒的辣素有同样反应，而获得诺贝尔医学奖。

Ardem Patapoutian 教授就职于Scripps研究所，确认了PIEZOs基因的压力感应。PIEZOs可形成离子通道，负责皮肤内默克尔细胞 （Merkel cells） 和触觉终端，本体感受器的压力。

饶毅教授点评此次生理学奖结果，提到：David Julius的工作，是1997年的突破。2013年，我认为有一种颁奖方式是组合Julius和程亦凡。Ardem Patapoutian获奖有点出人意料。因为，感受压力的分子有几种，Patapoutian只是发现其中一种，而且不是第一种。

其中对于David Julius的工作，饶毅教授早在2018年就提到。

离子通道再显神奇：感觉的分子机理

2018年8月23日

人类常见的感觉，是如何发生的？这是人们长期感兴趣的问题。

常见的感觉有：视觉、听觉、嗅觉、味觉，痛觉、温觉、触觉，和人类至关重要但一般人不知道自己有的本体感觉。研究发现，温觉的热觉和冷觉是分开的。痒觉和情感性触觉与其他感觉不同而独立存在，是最近二十年的研究结果。

一般来说，感觉需要多层次的传递和分析，从最外周的神经末梢，到脑内的中枢神经系统。没有感觉神经末梢的身体部分，不可能出现感觉，例如，一旦开颅之后，直接刺激脑，在绝大多数区域不会导致痛，因为脑只管分析外周来的信息，脑内并没有感觉神经末梢。中枢出现问题，也不能正确分析传来的感觉。

视觉的第一级细胞是眼睛里面视网膜上的视杆细胞 （rods） 和视锥细胞 （cones） ，它们分别检测明暗和颜色。视细胞 （photoreceptor） 的细胞膜上有视蛋白（ 如视杆细胞上有视紫红质，rodopsins） ，光子作用是导致视蛋白构象变化，从而改变细胞内信号，影响细胞活性。视细胞活性变化后，传递到第二级的细胞 （双极细胞） ，后者再传递到第三级细胞 （视神经节母细胞 ） ，后者的纤维组成视神经，将视网膜内初步加工的信息传到脑内，脑内再有多级传递和加工，最后才形成我们感觉到的视觉。

其他感觉也类似，有多级加工。

第一级是什么？感觉神经末梢通过分子来探测外界信息。视觉的第一级细胞的第一个参与感觉的分子是视蛋白，它是一种特殊类别的蛋白质，有七重跨膜区，因为可以与G蛋白偶联而是GPCRs （G蛋白偶联蛋白） 。人类视网膜有4、5种视觉和光感相关的GPCRs，特别是一种感明暗的视紫红质，和三种感颜色的视锥蛋白。第一个视紫红质，是德国科学家在19世纪发现的。视紫红质蛋白质的完全序列是美国和俄国科学家在1980年代初所确定。其后在斯坦福读研究生的Jeremy Nathans发现三种视锥蛋白的基因。1991年，美国哥伦比亚大学的Richard Axel和Linda Buck依赖前人推论嗅觉也是用GPCRs而设计实验，发现嗅觉系统的分子，其后被证明确实是嗅觉受体。美国圣迭戈加州大学的Charles Zuker其后按类似方法找到味觉第一级也用GPCRs。头上的四种特殊感官 （眼耳鼻舌） ，其中三种都用GPCRs。

但是，听觉的第一级是用什么分子？痛、温、冷、压是用什么分子？长期不得其解。

1997年，加州大学旧金山校区的David Julius发现第一个对热敏感的分子，结果是Trp离子通道家族的成员之一。Trp家族以前就被发现，但作用不清楚。2002年，Julius实验室在通过功能筛选找到冷敏感的分子，也是Trp家族成员。其后，还有人发现Trp家族有成员对机械压力有反应，还有些对痛觉有反应。一时大家认为可能其他感觉都是Trp家族所介导。

但是，虽然听觉也是机械压力感受，其第一级分子到底是什么，却有很多争议。分别有实验支持TMC和Piezo等另外两类的离子通道可能参与听觉。今天出版的Neuron （《神经元》） 杂志刊登一篇文章，支持TMC是参与听觉的离子通道。目前共识：TMC组成的离子通道，负责听觉系统第一级细胞 （耳蜗毛细胞） 对声波的反应。

Julius的工作，与诺奖工作不相上下。他会独得，还是和谁共享？与研究Trp的其他人共享、还是与研究Piezo和TMC的科学家共享？

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