2021 諾貝爾生理醫學獎：從溫度到觸覺，人如何感知外在環境 ... | 諾貝爾獎醫學獎2021
2021 年諾貝爾生理醫學獎於10 月4 日出爐，由兩位美國學者David Julius、Ardem PRead More.繁體简体NavigateYouareat:Home»科技新知»2021諾貝爾生理醫學獎：從溫度到觸覺，人如何感知外在環境刺激？2021年諾貝爾生理醫學獎於10月4日出爐，由兩位美國學者DavidJulius、ArdemPatapoutian共同獲獎，他們因提出人類神經系統如何感知溫度與觸覺兩種外界刺激，獲得此屆諾貝爾獎殊榮。
DavidJulius是加利福尼亞大學舊金山分校（UCSF）生理學教授，ArdemPatapoutian則是任職加州斯克里普斯研究所（ScrippsResearch）神經科學教授。
「灼熱」辣椒素到「涼感」薄荷，溫度怎麼引發觸覺感受？外在環境刺激轉如何轉換成人體可以解讀的訊號，向來是神經科學領域的重要問題，1944年生理學家JosephErlanger、HerbertGasser即因發現神經細胞動作電位的機制獲得諾貝爾獎。
此次獲獎人之一DavidJulius博士從1990年代開始研究辣椒素（capsaicin）如何引發痛覺感受。
他的研究團隊建立了數百萬個DNA片段資料庫，這些基因能對應到神經細胞引發痛覺、觸覺、溫度感受的功能。
其中他們發現一組基因會產生辣椒素的受體，也就是TRPV1離子通道。
TRPV1是鑲嵌在細胞膜上、對高溫敏感的離子通道，當接觸到43度C以上高溫時，離子通道會開啟，並轉換成引發痛覺感受的神經電訊號。
TRPV1離子通道的熱反應示意圖，圖片來源：THENOBELPRIZEDavidJulius研究團隊後續也延伸溫度受器的研究主題，他們以薄荷醇（menthol）刺激能感知「冷」的離子通道TRPM8，這一系列研究解釋了外在溫度刺激如何轉換成人體的觸覺訊號。
機械壓力如何產生觸覺感受？另一位得獎者ArdemPatapoutian博士則從「機械壓力」的角度，解答人體如何感知觸覺刺激。
過去科學家已經知道細菌如何感知外在機械壓力的刺激，但這項機制在脊椎動物的作用仍不清楚。
ArdemPatapoutian研究團隊找出一種細胞株，當其接受微量吸管擠壓的刺激時會產生電訊號。
接著他們從細胞中篩選出72組產生相關離子通道的基因，並用基因靜默的方式確認哪些基因實際參與機械壓力的訊號傳遞。
研究團隊發現了一個從來沒有被提出過的離子通道，他們將其以希臘文「壓力」（í;píesi）命名為Piezo1，透過基因相似性比對，他們也發現另一個離子通道Piezo2。
Piezo1、Piezo2在細胞接受到機械壓力時會被活化，後續研究也指出兩者在人體中扮演調節壓力的重要功能，例如控制血壓、肺部呼吸、以及膀胱收縮。
觸覺離子通道示意圖，圖片來源：THENOBELPRIZEItallmakessense!兩位學者DavidJulius與ArdemPatapoutian各自從「溫度」與「機械壓力」兩種外在刺激因子，提出人體對應產生觸覺訊號的離子通道：TRPM1、TRPM8掌管與溫度有關的訊號傳遞；Piezo1、Piezo2則主導細胞在接收到機械壓力時神經訊號，這些發現共同解釋了人體多樣的感知系統。
圖片來源：THENOBELPRIZE人類觸覺神經訊號的分子機制也具有應用疾病治療的潛力，舉例來說，開發止痛藥物可以標靶細胞膜上引發痛覺的通道蛋白，藉此緩解慢性疼痛等症狀。
儘管感官離子通道在人體許多組織器官都有表現，目前還很難做到標靶單一蛋白而不產生其他副作用。
另外離子通道也與能量代謝、神經發育等功能有關，這些都是未來可以著力的臨床應用方向。
延伸閱讀：驅逐難纏的慢性疼痛，先抑制兇手TRPC5作用！參考資料：1. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2021/press-release/2.https://www.science.org/content/article/hot-and-cool-research-wins-nobel-prize-physiology-or-medicine?fbclid=IwAR2gJlGoPVIomHspLfLHk_K2QHCw0esM75AX5O4jdRdFq5uFJFGwq_Uz5S0&3.https://www.geneonline.com/discoverers-of-temperature-and-touch-receptors-win-2021-no
DavidJulius是加利福尼亞大學舊金山分校（UCSF）生理學教授，ArdemPatapoutian則是任職加州斯克里普斯研究所（ScrippsResearch）神經科學教授。
「灼熱」辣椒素到「涼感」薄荷，溫度怎麼引發觸覺感受？外在環境刺激轉如何轉換成人體可以解讀的訊號，向來是神經科學領域的重要問題，1944年生理學家JosephErlanger、HerbertGasser即因發現神經細胞動作電位的機制獲得諾貝爾獎。
此次獲獎人之一DavidJulius博士從1990年代開始研究辣椒素（capsaicin）如何引發痛覺感受。
他的研究團隊建立了數百萬個DNA片段資料庫，這些基因能對應到神經細胞引發痛覺、觸覺、溫度感受的功能。
其中他們發現一組基因會產生辣椒素的受體，也就是TRPV1離子通道。
TRPV1是鑲嵌在細胞膜上、對高溫敏感的離子通道，當接觸到43度C以上高溫時，離子通道會開啟，並轉換成引發痛覺感受的神經電訊號。
TRPV1離子通道的熱反應示意圖，圖片來源：THENOBELPRIZEDavidJulius研究團隊後續也延伸溫度受器的研究主題，他們以薄荷醇（menthol）刺激能感知「冷」的離子通道TRPM8，這一系列研究解釋了外在溫度刺激如何轉換成人體的觸覺訊號。
機械壓力如何產生觸覺感受？另一位得獎者ArdemPatapoutian博士則從「機械壓力」的角度，解答人體如何感知觸覺刺激。
過去科學家已經知道細菌如何感知外在機械壓力的刺激，但這項機制在脊椎動物的作用仍不清楚。
ArdemPatapoutian研究團隊找出一種細胞株，當其接受微量吸管擠壓的刺激時會產生電訊號。
接著他們從細胞中篩選出72組產生相關離子通道的基因，並用基因靜默的方式確認哪些基因實際參與機械壓力的訊號傳遞。
研究團隊發現了一個從來沒有被提出過的離子通道，他們將其以希臘文「壓力」（í;píesi）命名為Piezo1，透過基因相似性比對，他們也發現另一個離子通道Piezo2。
Piezo1、Piezo2在細胞接受到機械壓力時會被活化，後續研究也指出兩者在人體中扮演調節壓力的重要功能，例如控制血壓、肺部呼吸、以及膀胱收縮。
觸覺離子通道示意圖，圖片來源：THENOBELPRIZEItallmakessense!兩位學者DavidJulius與ArdemPatapoutian各自從「溫度」與「機械壓力」兩種外在刺激因子，提出人體對應產生觸覺訊號的離子通道：TRPM1、TRPM8掌管與溫度有關的訊號傳遞；Piezo1、Piezo2則主導細胞在接收到機械壓力時神經訊號，這些發現共同解釋了人體多樣的感知系統。
圖片來源：THENOBELPRIZE人類觸覺神經訊號的分子機制也具有應用疾病治療的潛力，舉例來說，開發止痛藥物可以標靶細胞膜上引發痛覺的通道蛋白，藉此緩解慢性疼痛等症狀。
儘管感官離子通道在人體許多組織器官都有表現，目前還很難做到標靶單一蛋白而不產生其他副作用。
另外離子通道也與能量代謝、神經發育等功能有關，這些都是未來可以著力的臨床應用方向。
延伸閱讀：驅逐難纏的慢性疼痛，先抑制兇手TRPC5作用！參考資料：1. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2021/press-release/2.https://www.science.org/content/article/hot-and-cool-research-wins-nobel-prize-physiology-or-medicine?fbclid=IwAR2gJlGoPVIomHspLfLHk_K2QHCw0esM75AX5O4jdRdFq5uFJFGwq_Uz5S0&3.https://www.geneonline.com/discoverers-of-temperature-and-touch-receptors-win-2021-no