原創(chuàng) 見文末 果殼 收錄于話題 #諾貝爾獎 77個內(nèi)容

2021年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎頒給了大衛(wèi)·朱利葉斯（David Julius）和阿德姆·帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian）。

朱利葉斯發(fā)現(xiàn)了一種辣椒素受體蛋白TRPV1，這種受體對溫度敏感，當(dāng)溫度達(dá)到令人疼痛的程度時，這種受體就會被激活。帕塔普蒂安則發(fā)現(xiàn)了一類機(jī)械敏感離子通道Piezo，當(dāng)收到壓力時，這種離子通道就會被激活。他們倆還各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了另一種受體——TRPM8，這一受體可以被寒冷激活。

這些看起來很難？實際上，他們發(fā)現(xiàn)的這些蛋白質(zhì)，不僅已經(jīng)在化妝品里有應(yīng)用，甚至跟膀胱憋尿、切洋蔥流淚這些現(xiàn)象有關(guān)。

感受憋尿

PIEZO2蛋白是PIEZO蛋白家族中的一個，它負(fù)責(zé)感知觸摸、振動、疼痛，以及給自己身體在空間中定位的“本體感覺”。

阿德姆·帕塔普蒂安發(fā)現(xiàn)，能感覺到“憋尿”，也和PIEZO2蛋白也有關(guān)。

對普通人來說，排尿不但令人愉悅，而且對健康也至關(guān)重要。

圖 | pixabay

不幸的是，那些因為基因突變而沒法正常制造PIEZO2蛋白的人，大多有排尿問題。他們感覺不到“膀胱充盈”，沒有尿意，每天小便次數(shù)比正常人少5~6次；有的人甚至一整天都沒有小便的沖動，不得不按著自己的小腹來引發(fā)排尿。因為排尿不夠及時，他們也更容易尿褲子或尿床。

抗敏感化妝品

手碰到辣椒會覺得痛痛的，烤火時候覺得熱熱的，這是因為皮膚中大量存在著TRPV1受體。一般人可以耐受生活中微小的刺激。但是有一類人，在別人一切安好的時候，卻容易感受到皮膚灼燒、發(fā)痛，乃至發(fā)紅、癢。在皮膚醫(yī)學(xué)中，會把這類人歸為“敏感性皮膚”。皮膚屏障受損，激活了他們的TRPV1，引起皮膚血管、神經(jīng)高的反應(yīng)性，促進(jìn)炎癥與免疫反應(yīng)，又導(dǎo)致了上述臨床癥狀。

如果讓他們的TRPV1“安靜”下來，問題是不是就解決了呢？相關(guān)的思路已經(jīng)被證實有效。4-叔丁基環(huán)己醇，一種TRPV1受體拮抗劑，已經(jīng)被添加在了許多抗敏感化妝品中。

一張過敏的臉 | pixabay

另外，紅外線促進(jìn)皮膚衰老，也與TRPV1有關(guān)。紅外線通過熱誘導(dǎo)等使TRPV1活化，加速使鈣離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，促進(jìn)MMP-1（基質(zhì)金屬蛋白酶）的表達(dá)，會加速膠原蛋白降解和皮膚衰老。

對“冷”過敏

TRPM8這種能被寒冷激活的受體，則與薄荷醇和冷誘導(dǎo)的過敏反應(yīng)有關(guān)。這個受體是大衛(wèi)·朱利葉斯和阿德姆·帕塔普蒂安利各自用薄荷醇識別出來的，位于神經(jīng)末梢，可以檢測到低溫以及薄荷醇和其他因素引起的冷感。

把薄荷花露水涂滿全身，感受身臨北極丨pixabay

薄荷味的牙膏、清涼感的衛(wèi)生巾可能會帶來冰冰涼涼的清新體驗，這種清涼感通常是由薄荷醇產(chǎn)生的。但是，對于一些人來說，薄荷醇和冷感會引起蕁麻疹、哮喘和鼻炎。研究人員發(fā)現(xiàn)，TRPM8 介導(dǎo)了肥大細(xì)胞的薄荷醇和冷誘導(dǎo)的過敏反應(yīng)；也就是說， TRPM8 拮抗劑有望用于治療這類過敏。

切洋蔥流淚

來給下面的東西找共同點(diǎn)：刺激性煙霧、剛切好的洋蔥、芥末、大蒜、甲醛。

外行的答案是，它們都讓人淚眼婆娑；內(nèi)行的答案是，它們都通過激活黏膜神經(jīng)細(xì)胞中的單個感受器分子，來釋放眼淚以保護(hù)人體。

讓人潸然淚下的一張照片丨pixabay

感受器是感覺神經(jīng)的神經(jīng)末梢，能夠?qū)⑽锢憝h(huán)境中的刺激轉(zhuǎn)變?yōu)樯窠?jīng)沖動，大多數(shù)感受器只會與特定的分子結(jié)合，就像是一把鎖只能由特定性狀的鑰匙打開一樣。

但大衛(wèi)·朱利葉斯與合作者程亦凡發(fā)現(xiàn)，TRPA1（TRP受體蛋白家族里的一個成員）則不同：它有一個精妙的結(jié)構(gòu)，能夠檢測任何可能對敏感組織造成損害的化學(xué)分子，其中就包括芥末和洋蔥中的刺激性分子，于是它也被命名“芥末受體”。

這些分子需要觸發(fā)一個復(fù)雜的兩步過程才能激活 TRPA1，這保證了傳感器的激烈反應(yīng)只有在真正的威脅下才會被激活 —— 這讓我們對多種化學(xué)刺激保持了合適的敏感度。（順便說一句，這個研究是通過冷凍電鏡發(fā)現(xiàn)的，這個技術(shù)讓它的研究者在2017年獲得了諾獎。）

數(shù)百份毒液

這種芥末受體，還會被蝎子的毒液激活。

大衛(wèi)·朱利葉斯的團(tuán)隊，從蝎子毒液中分離出一種毒素。這是一個很小的蛋白質(zhì)，可以直接進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，激活芥末受體。也就是說，不管是動物還是植物，它們都有相似的防御策略——辣椒產(chǎn)生辣椒素，蝎子產(chǎn)生毒液，但這些物質(zhì)最后都能激活芥末受體。毒液激活受體后，會引發(fā)急性疼痛，但不會引發(fā)炎癥。

朱利葉斯團(tuán)隊做了很多毒液研究。為此，他們實驗室的-80℃冰箱里放了數(shù)百份毒液樣本，包括蜘蛛、蛇、蝎子，甚至偶爾還有鴨嘴獸。他們試圖用這些毒素，找到疼痛的作用方式。

雄性鴨嘴獸爪子上的一根尖刺可以分泌毒液丨 Justine E. Hausheer

鳥不怕辣

這次諾獎的研究，還能解釋辣椒怎樣“欽定”鳥類作為獨(dú)家種子傳播者。成熟美麗的果子，能吸引動物吃它們，搭便車傳播種子?？墒抢苯纺敲蠢?、動物不想吃它，它還怎么傳種呢？關(guān)鍵就在這些感受熱覺的受體上。

在哺乳動物中，熱覺受體不但能被較高的溫度激活，也會對辣椒素產(chǎn)生反應(yīng)。但是鳥類的熱覺受體功能少了點(diǎn)——它們也有類似TRP家族的受體，這些受體無法被辣椒素激活。也就是說，它們嘗不出辣。

辣嗎？沒有啊 | 站酷海洛

對辣椒來說，被哺乳動物吃掉種子，并不是什么好事。這群在演化出了一口好牙的家伙們，可以把種子統(tǒng)統(tǒng)嚼碎；鳥類則恰恰相反，無法有效咀嚼，它們只好讓種子穿腸而過，而且又能飛，將種子帶到更遠(yuǎn)的地方。

于是，辣椒素讓種子更辣，就能阻止無法有效給辣椒傳種的哺乳動物，而把種子留給鳥類，讓它們跟著鳥類遠(yuǎn)走高飛。

能給辣椒傳種的褐矢嘲鶇（Toxostoma rufum）。研究者發(fā)現(xiàn)，有的辣椒甚至出現(xiàn)了有不辣的變種，但它們的果實被嚙齒類吃掉后，種子都被嚼碎而無法發(fā)芽；被褐矢嘲鶇吃掉時，種子發(fā)芽率則沒什么變化 | Peterwchen / Wikimedia Commons

至于兩腳獸——唉唉唉！兩腳獸怎么回事？！都這么辣了還要吃！不過話說回來，人類因為喜歡吃辣，倒也用另一種方式讓辣椒分散到了世界各地。

彩蛋——以清華命名

PIEZO2受體的一個基本結(jié)構(gòu)，是以清華命名的。

PIEZO2的結(jié)構(gòu)里，長得像“螺旋槳”的部分是由3個“葉”組成的，每個葉是一個蛋白質(zhì)，長200埃；蛋白質(zhì)反復(fù)穿過細(xì)胞膜（跨膜），3個葉共跨膜114次。

PIEZO2的結(jié)構(gòu) | Ardem Patapoutian/Twitter

每個蛋白中含有38次跨膜螺旋區(qū)，其中1-36次是9組類似的重復(fù)。這個由4個跨膜螺旋區(qū)所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元，被命名為THU (Transmembrane Helical Unit，跨膜螺旋單元)，也就是研究者單位清華大學(xué)的英文縮寫。

9個THU首尾相連，組成了彎曲的“槳葉”。3個槳葉圍合成“穹頂”，穹頂直徑28 nm、深10 nm。凹面是細(xì)胞內(nèi)，凸面是細(xì)胞外方向。

明后兩天，2021年諾貝爾獎還將公布物理學(xué)獎和化學(xué)獎。果殼依然會跟你一起等待諾獎的結(jié)果，并在第一時間發(fā)布最靠譜的諾獎解讀。

快來關(guān)注，不要錯過！

作者：luna，游識猷，田野婧，蘇七年，麥麥，核桃苗

編輯：麥麥

參考文獻(xiàn)

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[10]http://www.sps.tsinghua.edu.cn/cn/news/achievement/2019/0823/597.html

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1505-8

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