10月4日，2021年諾貝爾生理學或醫學獎揭曉獲獎名單，66歲的美國生理學家大衛·朱利葉斯和54歲的美國分子生物學家和神經學家阿登·帕塔普蒂安共同獲獎。

獲獎理由是：發現了溫度和觸覺的受體。

這是有史以來第112個諾貝爾生理學或醫學獎，他倆由此成為諾貝爾生理學或醫學獎第222、223位獲獎者。

獎金為1000萬瑞典克朗（約合737萬元人民幣）。

目前，總共224位諾貝爾生理學或醫學獎得主中，有12位是女性。獲獎年份最近的一位，是2015年的屠呦呦，來自中國。

大衛·朱利葉斯生於美國紐約，29歲時從加州大學伯克利分校獲得博士學位，並曾在哥倫比亞大學做博後。34歲時，他加入加州大學舊金山分校，目前為該校教授。

阿登·帕塔普蒂安的人生經歷頗為傳奇，他生於黎巴嫩，是亞美尼亞裔。29歲時，從加州理工學院獲得博士學位，並曾在加州大學舊金山分校做博後。33歲時，他加入斯克利普斯研究所，目前為該所教授。

人類與周圍世界的互動，是靠著對熱、冷和觸覺的感知能力在支撐。可這些神經衝動是如何產生的，從而使溫度和壓力可以被感知？他們的研究，正是為了解決這個問題。

大衛·朱利葉斯利用辣椒素，來識別面板神經末梢上對熱做出反應的感應器。阿登·帕塔普蒂安則利用壓力敏感細胞，發現了一種對面板和內部器官的機械刺激作出反應的新型感應器。

這些發現，使得我們對“神經系統如何感知熱、冷和機械刺激”的理解更豐富了。兩位諾貝爾獎得主指出，在人們理解感官與環境之間複雜的相互作用時，存在著關鍵的缺失環節。

我們如何感知世界？

眼睛是如何感知光的？

聲波是如何影響內耳的？

不同的化合物是如何與鼻子和嘴中的感受器相互作用，產生嗅覺和味覺的？

此外，還有其他感知方式：在盛夏裡赤腳走過一片草坪，便可以感受到太陽的熱量、風的愛撫、還有腳下的草葉。

這些對溫度、觸覺和運動的印象，構成了人們對周圍環境的感知。

1944年，約瑟夫·厄蘭格和赫伯特·加瑟獲得了諾貝爾生理學或醫學獎，因為他們發現了不同型別的感覺神經纖維，可對不同的刺激做出反應，例如，對疼痛和非疼痛觸控的反應。

從那時起，科學家證明了神經細胞是高度專門化的，可用於識別和傳導不同型別的刺激，允許對周圍的環境有細微的感知；例如，人們透過指尖感受表面紋理的差異，或者分辨令人愉悅的溫暖和令人痛苦的灼熱。

儘管如此，在大衛·朱利葉斯和阿登·帕塔普蒂安的發現之前，人們對神經系統如何感知和解釋周圍環境的理解仍然包含一個未解決的問題：

在神經系統中，溫度和機械刺激是如何轉化為電脈衝的？

圖1 哲學家笛卡爾想象熱如何向大腦傳送機械訊號的插圖

讓人痛苦的灼熱

1990年代後期，大衛·朱利葉斯透過分析化合物辣椒素，是如何導致人們接觸辣椒時產生灼燒感的，看到了這個歷史問題下一步發展的方向。

人們已經知道辣椒素可以啟用神經細胞，引起疼痛感，但這種化學物質究竟是如何發揮這種功能的，無人知曉。

朱利葉斯和同事建立了一個由數百萬個DNA片段組成的文庫，這些片段與表達能對疼痛、熱和觸控做出反應的感覺神經元中的基因相對應。經過搜尋，他們發現了一個能夠使細胞對辣椒素敏感的基因。

辣椒素敏感基因找到了！進一步的實驗表明，該基因編碼了一種新的離子通道蛋白，這一新發現的辣椒素受體，後來被命名為TRPV1。當朱利葉斯研究這種蛋白質對熱的反應能力時，他意識到他發現了一種熱感受器，這種感受器在感覺疼痛的溫度下被啟用。

圖2 大衛·朱利葉斯使用辣椒中的辣椒素來識別TRPV1，這是一個由讓人痛苦的灼熱啟用的離子通道。

此後科學家發現了其他相關的離子通道，由此，不同的溫度是如何在神經系統中誘發電訊號的原理，不再是不解之謎。

TRPV1的發現是一個重大突破，，它讓人們瞭解了溫度差異是如何在神經系統中誘發電訊號的，並引領瞭解開其他溫度敏感受體的道路。大衛·朱利葉斯和阿登·帕塔普蒂安各自獨立地使用化學物質薄荷醇來識別TRPM8，一種被證明能被寒冷啟用的受體。另外還發現了與TRPV1和TRPM8相關的離子通道，並發現它們可被一系列不同的溫度啟用。

血壓、呼吸和膀胱控制都由它調節！

雖然溫度感覺的機制正在逐步展開，但機械刺激如何轉化為人體的觸覺和壓力感，仍不清楚。

此前，科學家們在細菌中發現了機械感測器，但在脊椎動物中，觸覺的潛在機制仍不清楚。

阿登·帕塔普蒂安希望找出由機械刺激啟用的難以捉摸的受體。他和同事識別出了一個基因，該基因的沉默使細胞對微管的戳不敏感。人們發現了一種全新的、完全未知的力敏離子通道，並將其命名為「壓電1」，這個詞來源於希臘語中的「壓力」。

透過與壓電1的相似性，人們發現了第二種基因，並將其命名為壓電2。科學家發現感覺神經元表達了高水平的壓電2，進一步的研究證實，壓電1和壓電2透過對細胞膜施加壓力，直接啟用離子通道。

圖3 帕塔普蒂安使用培養的機械敏感細胞鑑定一個被機械力啟用的離子通道，確定了壓電1。基於與壓電1的相似性，人們發現了第二個離子通道（壓電2）。

帕塔普蒂安團隊的這一突破，證明了壓電2離子通道對觸覺至關重要。此外，壓電2被證明在重要的身體位置和運動感知中發揮著關鍵作用。

在進一步的研究中，壓電1和壓電2通道被證明可以調節血壓、呼吸和膀胱控制等生理過程。

TRP通道是人體感知溫度能力的核心。壓電2通道則賦予人體觸覺和感知身體部位位置和運動的能力。

TRP 和壓電通道還有助於許多額外的生理功能，依賴於感知溫度或機械刺激。2021年諾貝爾獎得主的研究，正被用於開發各種疾病的治療方法，包括慢性疼痛。

圖4 2021年諾貝爾獎生理學或醫學獎得主的重大發現解釋了熱、冷和觸覺如何在人們的神經系統中啟動訊號。他們所確定的離子通道對許多生理過程和疾病都是重要的。

過去6年諾貝爾生理學或醫學獎得主名單：

2020年——美英三位科學家Harvey J。 Alter、Michael Houghton、Charles M。 Rice獲獎，獲獎理由是「發現丙型肝炎病毒」。

2019年——美英三位科學家William G。 Kaelin Jr、Peter J。 Ratcliffe和Gregg L。 Semenza獲獎，獲獎理由是「發現了細胞如何感知和適應氧氣的可用性」。

2018年——美國科學家James P。 Allision和日本科學家Tasuku Honjo獲獎，獲獎理由是「發現了抑制負面免疫調節的癌症療法」。

2017年——三位美國科學家Jeffrey C。 Hall、Michael Rosbash和Michael W。 Young獲獎，獲獎理由是「發現了調控晝夜節律的分子機制」。

2016年——日本科學家Yoshinori Ohsumi獲獎，獲獎理由是「發現了細胞自噬機制。」

2015年——中國科學家屠呦呦獲獎，獲獎理由是「有關瘧疾新療法的發現」；另外兩位獲獎科學家為愛爾蘭的William C。 Campbell和日本的Satoshi Omura，獲獎理由是「有關蛔蟲寄生蟲感染新療法的發現」。

目前，總共224位諾貝爾生理學或醫學獎得主中，有12位是女性。獲獎年份最近的一位，是2015年的屠呦呦。

屠呦呦

屠呦呦多年從事中藥和中西藥結合研究，突出貢獻是創制新型抗瘧藥——-青蒿素和雙氫青蒿素。2015年10月5日獲得了諾貝爾醫學獎，成為國內第一個諾貝爾科學類獎項獲得者也是第一個獲得諾貝爾獎的中國籍女性。她也成為第一位獲得諾貝爾科學獎項的中國本土科學家、第一位獲得諾貝爾生理醫學獎的華人科學家。