◎ 科技日报实习记者 张佳欣
感知热、冷和触摸的能力对人类生存至关重要，这也是我们与周围世界互动的基础。在日常生活中，我们认为这些感觉是理所当然的，但是神经冲动是如何启动，从而可以感知温度和压力呢？
今年的诺贝尔奖生理学或医学奖得主给出了答案。
2021年诺贝尔生理学奖或医学奖得主
左：大卫·朱利叶斯（ David Julius ）右：阿登·帕塔普蒂安（ Ardem Patapoutian）
来自美国加州大学旧金山分校的教授大卫·朱利叶斯（David Julius）利用从辣椒中提取的辣椒素，来识别皮肤神经末梢中对热做出反应的传感器。美国斯克利普斯研究所的阿登·帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian）使用压敏细胞发现了一种新型的传感器，可以对皮肤和内脏中的机械刺激做出反应。
这些突破性的发现促进了我们对神经系统如何感知热、冷和机械刺激的理解。两位获奖者在我们对感官与环境之间复杂相互作用的理解中发现了关键的缺失环节。
我们如何感知世界
人类面临的最大谜团之一是我们如何感知环境。几千年来，人类感官背后的机制一直激发着我们的好奇心，例如，眼睛如何探测光、声波如何影响我们的内耳，以及不同的化合物如何与我们鼻子和嘴巴中的感受器相互作用并产生气味和味道。我们也有其他的方式来感知我们周围的世界。想象一下，在炎热的夏日赤脚走过草坪。你可以感觉到太阳的炎热、风的抚摸，以及脚下的一片片草叶。这些对温度、触觉和运动的印象对于我们适应不断变化的环境至关重要。
在17世纪，哲学家勒内·笛卡尔（René Descartes）设想了将皮肤的不同部分与大脑连接起来的线。这样一来，接触明火的脚就会向大脑发出机械信号。后来的发现揭示了专门的感觉神经元的存在，它们记录了我们环境中的变化。约瑟夫·厄兰格（Joseph Erlanger）和赫伯特·加塞尔（Herbert Gasser）于1944年因发现不同类型的感觉神经纤维而获得诺贝尔生理学或医学奖。从那时起，科学家们证明，神经细胞高度专注于检测和传递不同类型的刺激，允许我们对周围环境进行细微差别的感知。例如，我们通过指尖感觉表面纹理差异的能力，或者我们辨别令人愉悦的温和令人痛苦的热的能力。
这幅插图描述了哲学家勒内·笛卡尔想象中热量是怎样向大脑发送机械信号。然而，在大卫·朱利叶斯和阿登·帕塔普蒂安的发现之前，我们对神经系统如何感知和解释环境的理解仍然有一个基本的悬而未决的问题：温度和机械刺激是如何在神经系统中转化为电脉冲的？
研究工作如辣椒般火热
在20世纪90年代后期，大卫·朱利叶斯通过分析辣椒素如何引起我们接触辣椒时的灼热感，看到了重大进步的可能性。已知辣椒素可以激活引起疼痛感的神经细胞，但这种化学物质如何真正发挥这种功能是一个未解之谜。
朱利叶斯和他的同事创建了一个包含数百万个DNA片段的库，这些片段对应于在感觉神经元中表达的基因，这些基因可以对疼痛、高温和触摸做出反应。朱利叶斯和同事们假设，该基因库中应该包含一个DNA片段，可编码一种能够对辣椒素做出反应的蛋白质。他们在通常不与辣椒素反应的培养细胞中表达了来自该集合的单个基因。
经过艰难的搜索，他们发现了一个能够使细胞对辣椒素敏感的基因。这就是辣椒素感应基因！鉴定出的基因编码了一种新的离子通道蛋白，这种新发现的辣椒素受体后来被命名为 TRPV1。当朱利叶斯研究这种蛋白质对热的反应能力时，他意识到他发现了一种热敏受体，这种受体在令人感觉疼痛的温度下会被激活。