2021 年诺贝尔生理学或医学奖授予温度和触觉受体的发现者，如何通俗地理解这一成果？ 第1页

医学痔疮问题中，隐藏着6G时代的元宇宙密码

耐心看完本文，绝对涨知识，而且我为了方便普通人看懂，写的非常大白话。

最近诺贝尔生理学奖揭晓了，解读分析一下影响，下面开始：

有一个说法叫蝴蝶效应，意思是指在一个动力系统中，初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大的连锁反应。比如亚马逊雨林中一个蝴蝶扑腾一下翅膀，在美国西海岸可能会产生毁灭性的龙卷风。

蝴蝶效应是一种混沌现象，意思是任何事物发展均存在定数与变数，事物在发展过程中其发展轨迹有规律可循，同时也存在不可测的“变数”，往往还会适得其反，一个微小的变化能影响事物的发展，证实了事物的发展具有复杂性。

其实科学基础理论研究就是这样的，很多科学基础理论研究最开始都是完全没有用的，但是后面这个大厦都会建立在这个基础理论上的突破。

任正非就多次强调，中国要加强基础科学的研究，为什么基础科学重要？

比如今天无线电已经被广泛使用了，广播、对讲机、手机、WIFI、蓝牙、身份证、公交卡、银行卡用了无线电相关技术，无线电技术诞生至今已有120多年，培育了众多的产业形态。

而这一切产业的基础，就是这方面物理基础理论的突破，人类只有弄懂了什么是电磁波？电磁波的物理原理是什么？频率从低到高有什么变化？波动特性是怎么回事？

有了这些基础理论的突破，有了这些科学地基，才有今天的广播、对讲机、手机、WIFI、蓝牙、身份证、公交卡、银行卡等等。

美国著名教育家弗莱克斯纳曾经和柯达公司创始人伊士曼有这样一组对话，当时伊士曼有钱了，准备给自己老家做点贡献，把毕生积蓄的一大部分投入到美国高等教育事业中，双方曾经就教育问题展开了讨论，如下：

弗莱克斯纳问伊士曼：“那么，在您心目中，谁是当今最‘有用的科学家呢？”

伊士曼不假思索地说：“马可尼。”

在伊士曼看来，马可尼的发明从根本上改变了人类的沟通方式，推动了整个人类文明的发展。也正因为如此，马可尼于1909年获得了诺贝尔物理学奖。

没想到的是，弗莱克斯纳却语出惊人：“亲爱的伊士曼先生，在我看来，无论我们从广播获得怎样的快乐，无论无线电和广播为人类生活带来了什么，马可尼的贡献几乎可以忽略不计。”

弗莱克斯纳铿锵有力的回答到：“伊士曼先生，马可尼的出现是必然的，因为在此之前，已经有一位巨人为无线电的发明默默铺好了所有台阶，只待有人登上台阶去摘取桂冠，此人就是克拉克·麦克斯韦教授。正是他在1865年对电磁场展开了深奥难懂的运算，并且在1873年出版的一本专著中写下了这些抽象的方程式，才使得马可尼的工作成为可能。”

这就好比，为什么今天的中国企业对美国非常具有竞争力？如果你问我为什么，我认为中国企业的崛起是必然，因为在此之前，开国领袖那一代人，已经在朝鲜战争的长津湖战役中重挫了美军的嚣张气焰，加上随后的两弹一星，我们开国领袖那一代彻底建立了中国完善的国防基础。

对美国有“执剑人”式的威慑能力，这就是今天中国企业家，为什么比日本人、法国人更硬气的原因。

朝鲜战争、两弹一星、国防独立自主，就是中国今天经济发展的“基础理论”，理解这一点就能体会，为什么弗莱克斯说马可尼在克拉克·麦克斯韦面前，完全不值一提。

在2021年6日17时45分许，今年的诺贝尔生理学奖揭晓了，瑞典皇家科学院宣布，将该奖项授予科学家大卫和阿登，因为他们彻底帮人类搞清楚了一件事，那就是吃辣椒为什么会辣得嘴巴疼，为什么辣椒吃多了会得痔疮。

这个基础科学理论的突破，可能预示着6G时代的技术密码已经出现。也是典型的蝴蝶效应，搞懂了为什么辣椒吃多了会得痔疮，我们就可以了解如何开启元宇宙了。

①互联网前期发展

互联网发展有三个阶段，目前我们正在关键的转折点。

第一阶段是早期的PC时代，也就是电脑时代，那时候没有智能手机，只有大哥大式的电话，想进入网络世界互联互通，唯一的方法就是通过电脑联网。那时做电脑网页浏览的门户网站都赚到钱了，当时搜狐还是中国互联网企业的第一梯队。

第二阶段是移动互联网时代，自从乔布斯搞出了苹果手机以后，智能机就开始流行了，传统手机只能打电话，最多附带个计算器，或者可以打贪吃蛇。但是乔布斯开启智能机时代以后，手机就越来越像一个综合功能的小电脑了，智能手机火了以后，手机软件企业就开始火。今天我们说的巨头，企鹅、阿里、京东、拼多多、美团，都是移动互联网时代发展起来的。

因为时代变了，所以排名也变了，搜狐原来是只做电脑端门户网站，后来在移动互联网爆发的时候，搜狐缺乏重视，结果落后一步，慢慢最终就掉队了，今天说互联网巨头，搜狐已经很少被提及了，从搜狐的地位变化也能看出一件事，那就是你不抓住新技术变革，你就是传统大哥也可能落后。

目前抖音对企鹅就是这个局面，企鹅在做视频社交这一块玩不转，虽然搞了个微视和视频号，但是各方面数据都还是比不过抖音，目前抖音已经是全球短视频领域的王者了，而这几年抖音母公司字节跳动也是发展的越来越快，甚至有很多人说，在移动互联网中曾经说的三巨头：BAT（百度、阿里、腾讯），其中这个B已经不是百度是，是字节跳动（ByteDance）了。

比如据金融界网报道，在2021年3月29日收盘，TikTok的母公司字节跳动在二级市场交易中估值达到2500亿美元，而当时百度的市值为724亿美元，也就是说字节跳动的估值已经超过百度市值的近三倍！

确实有点尴尬，这个B已经不是百度了，这一切当年搜狐也经历过。

但是，以上都是第二阶段的斗争。

②互联网的第三阶段

什么是第三阶段？就是物联网+沉浸式体验。

大白话意思就是：

你家空调、冰箱、马桶、牙刷、抽油烟机，都还没有联网。把所有物体和工业生产全部联网，就会形成一个物联网，也可以称为工业互联网。工业互联网有啥用？就是收集日常生活或者工作中的数据，然后优化生产。

这个事德国称为工业4.0，中国称为中国制造2025。

在物联网逻辑下，以后生产是这样的，就是你淘宝购物，或者你看今日头条的感觉，去买产品。

在你使用物联网的各种产品生活、工作以后，大量数据就已经被存储了，然后系统就可以根据数据反推你最喜欢的需求。

现在的淘宝首页推荐，今日头条首页推荐就是这样的原理，你爱看什么，他分析你可能需求什么，就会给你推什么，然后根据你的反应优化，直到和抖音一样懂你。

这点在制造业生产上是一样的，传统企业生产是，我也不清楚客户情况，自己估计市场需要红色的衣服，我就生产一批红色的衣服，然后去卖。卖的怎么样就看运气或者销售技巧等等，反正具有很多不确定因素，同时客户选择也不丰富。

物联网后，你的喜好需求会形成详细的数据，生产端可以根据你的特殊喜好，来为你最高效的生产专属精准需求，就和今日头条、抖音的精准推荐一模一样。当然以上是宏观逻辑，微观落地可能有会出现很多变化。

以上也不是什么未来科技，而是早就在落地的事情。

这几年我国早就开始大规模物联网了，杭州提的智慧城市其实就是物联网，意思是整个城市都增加数据触点，然后整个城市物理上通网。物联网发展的巅峰，可能就和三体小说一样，最后所有物体都是电脑了。

好处就是，未来可能腐败、低级犯罪都会消失。

举例参考：一切都是有数据和痕迹的，再想掩盖腐败，就很难了。比如一个腐败分子，腐败前的老实，和腐败后紧张、惶恐到嚣张情绪，在刷短视频时候留下的数据，都会反应的非常直观。

如果有多方举报，那开始调查的时候，数据就会提供非常强大的证据链，让反腐部门很快就可以顺藤摸瓜，把坏人分析的明明白白。

这不是我开玩笑，这是现在已经开始用的技术，在2019年，中国科学报报道，我截取给大家看看：

如何从碎片化、结构化的电子政务大数据中发现疑似问题线索？

中科院计算所的研究团队经过长期研究找到了答案。

“在不同电子政务系统产生的偶然数据中蕴含着具体人、具体事的必然章法和趋势。”在中科院计算所研究员方金云看来，大数据具有使小恶小善振荡放大的力量，有助于从电子政务数据中精准发现疑似问题线索。

将权力装进数据的笼子。

自2009年起，方金云团队在国家“863”计划“基于先进计算架构的高性能空间分析中间件”等相关项目的支持下，进行了信息技术、空间信息技术和纪检监察业务交叉研究。

他们将数据治理技术对接电子政务业务系统，利用数据比对、叠加和交叉验证等方式，解决了电子政务数据中存在的信息语歧、过载和缺失等问题，在确保汇集数据“全、准、新”的前提下，建立了从电子政务数据中发现疑似问题线索的方法和算法体系。

监督的触角覆盖到哪里，数据的探针就感知到哪里。

说一个有想象力的画面，给大家体会一下，假设一个过去的老实人，突然发现一个腐败的空间，他就开始腐败了。之前他看短视频都是如何节约、关心物价的内容，结果就在收受贿赂的当晚，他刷短视频的内容就变成了，关注奢侈品博主、给各种名牌点赞。同时他过去是一个月在淘宝上买一次哈根达斯，现在居然一个星期就买了几十次...

懂了吧？这还只是结合了手机软件的数据分析，智慧城市里面还有摄像头啊，还有打车软件可以分析腐败人员出入场合的轨迹，最终还原的明明白白。

我说的这些画面，在中国科学报的报道中也已经落实了：

政务数据是各级干部日常工作中形成的直接或间接的真实记录。如何从这些琐碎、公开的数据中发现行为痕迹，特别是疑似问题的行为痕迹具有挑战性。

“我们采用网络分析法，建立人—事为节点的异构网络模型，并根据权力清单对事—权进行空间分割形成超维曲面，攻克了行为痕迹并行搜索方法。”方金云以工程项目为例介绍道，通过系统的行为轨迹分析，可以发现在工程建设中，哪些单位或部门问题比较多，哪些工程项目问题比较多，哪些环节问题多，从而可以发现工程建设中存在的普遍性问题，通过制定制度堵住漏洞。

中共沈阳市纪律检查委员会来函反馈：通过中科院计算所的相关技术，系统初步自动发现疑似问题线索31367条，涉及人员3003人，涉及金额2950万元。

物联网就是全面联网，全面联网以后会极大的优化企业生产和解决城市治安、腐败问题。

而一旦物联网发展到了，所有物体都是屏幕、电脑的那一天，元宇宙也就 开启了。

说说什么是元宇宙。

前面我说了什么是物联网，和物联网的意义，说清楚这些，才能说什么是元宇宙。

无论是电脑端互联网，还是手机端互联网，这都是二维、平面的互联网，这网络就不是3D的，咱不能像跳入游泳池一样跳进去。都说网络世界，但是现在网络世界还停留在二维，和个书一样。

游戏有平面游戏和3D游戏之分，互联网也一样。

所以很明显，下一阶段的互联网发展，是最难的，也是最大的趋势就是，互联网增加一个维度3D化，就是让扁平的互联网，变成立体的。让互联网的视觉效果，不再是什么APP软件的平面界面，而是成为真实世界的镜像。

这也不是什么科幻，而是正在实现的现实，只是技术和电影还差远了。一旦镜像现实成功，就好像我们创造了一个虚拟的宇宙空间，我们就是里面的上帝。

而要实现互联网3D立体化的关键就是：“万物互联（物联网）”或者“沉浸式体验”。

这其实就是元宇宙诞生的两条路，也可能是未来人类文明的核心争论，就是人类究竟应该用科技去探索现实的星辰大海，还是应该成为计算机中的缸中之脑。

我前面说了，物联网的巅峰就是万物都是电脑，冰箱是电脑、洗衣机是电脑、马桶也是电脑等等...

在万物智能化以后，加上虚拟现实（全息投影）功能的话，以后我们上网就不是拿个手机滑动手机界面了，而是直接对着空气比划，而空气中会在周围大量智能设备的投影下，浮现出一堆立体特效。

就和电影钢铁侠里面是一模一样，到时候你打开微信，假设那时候还有微信的话，你就对着空气一挥手就好了，手机都不需要了，因为周围所有物体都联网了，比如你可以在厕所通过马桶上网。

这种物联网环境下的元宇宙，是一个虚拟服务于实体的元宇宙，就是通过广泛的智能三维特效投影，让平面虚拟的互联网立体化后，直接进入我们的现实生活中做辅助。

这种技术思路，最夸张的效果，可能就是电影《蜘蛛侠：英雄远征》中神秘客的投影效果，可以直接投影出以假乱真的建模效果。

比如明明是一个破败的酒吧，但是通过投影幻化出一个豪华的酒吧。

或者投影出不存在的事物。

如果说物联网最终的效果，是互联网通过投影进入现实的话，那“沉浸式体验”则相反。

“沉浸式体验”这个技术思路指的是，人体如果穿戴各种设备，把自己的五感对接互联网，然后让自己的精神进入互联网世界。电影头号玩家也就是这个思路，主角通过穿戴VR眼镜，可以产生现实触感刺激的衣服，让自己的大脑五感彻底对接互联网，从而进入一个3D立体建模的互联网中。

当然马斯克很明显觉得这样还是多此一举，马斯克是直接支持脑机接口，就是不要搞什么穿戴外部设备让人进入互联网世界了，直接脑子连根数据线。

这就是未来二种立体互联网的发展模式。

要么互联网通过全息投影立体化，进入我们的现实生活，这个元宇宙就是和现实重叠、交替、你中有我、我中有你的状态。

要么就是人意识进入互联网，进入互联网也分两种模式，一个是通过外部可穿戴设备，一个是脑子直接插个数据线。（这种也是最受人诟病的，感觉很危险）

无论互联网会如何立体化，最终都会彻底改写现在的互联网企业格局的。所以这也是为什么这几年，很多巨头都在往这方面折腾，虽然目前元宇宙还只是概念，但是相关技术都已经存在了，只是不成熟。

比如头号玩家里面你进入元宇宙，有一种开天辟地的效果，想干嘛就干嘛，非常欢乐。

现在你进入现实中元宇宙游戏，目前还是乐高方块人的状态。搞是搞出来，就是和想象中的有亿点点距离。

其实关键就是细节，整体逻辑是成立的，但是细节要逐渐落实，还有非常多的事情要做。

而这次2021年诺贝尔生理奖得主：大卫和阿登的研究成果，长远来看很可能会给元宇宙（或者叫立体互联网发展）带来技术突破。

因为医学痔疮问题中，就隐藏着元宇宙的入口。

③痔疮问题揭开元宇宙的密码

无论是互联网来现实，还是人入互联网世界，三维互动完善的关键就是感知。

如果是全息投影，让互联网立体展现，要展现的和《蜘蛛侠：英雄远征》一样活灵活现，就需要投影设备对人的神经反应非常灵敏。

如果是要人进入互联网，一样需要外部可穿戴设备，也对人的神经展现非常准确的刺激，让你感觉虚拟中和现实一模一样。

这就需要一方面是网速无缝衔接（6G），一方面需要神经触感研究有突破。

而这次拿到诺贝尔生理学奖的两个得主，他们正是在此有巨大突破研究，他们成功的发现了你之所以吃辣椒辣，原来和味道没关系！人类可以对甜、咸、酸、苦产生感觉，但是唯独不能感受到辣，因为辣并不是味觉，而是一种触感。

你有没有想过，为什么你吃甜、咸、酸、苦都不会得痔疮，但是辣吃多了会？辣吃多了，第二天大号就屁股痛，而且甚至可能会产生口腔溃疡。

这两个科学家揭开了真相，辣是一种烧灼疼痛的感觉，没有找到味觉感受器和辣椒有关系，但是发现了温度和触觉的感受器中的TRPV1，这玩意被证实，是能够使细胞对辣椒素敏感的基因。

之所以人类吃辣椒会得痔疮，就和人类用烙铁烫菊花的原理是一样，这是一种温度和触觉的刺激，刺激多了，菊花就绷不住了。

而为什么这个技术和元宇宙（或者叫立体互联网发展）有关系呢？我们看看这两个科学家工作的重点就可以清楚了。

援引科技日报报道，介绍这两个科学家研究内容的：

人类面临的最大谜题之一，是我们如何感知环境，例如，眼睛如何探测光、声波如何影响我们的内耳、不同的化合物如何与鼻子和嘴巴中的感受器相互作用并产生气味和味道，还有太阳的炎热、风的抚摸……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，从而感知温度和压力呢？今年的诺贝尔生理学或医学奖得主已经解决了这个问题。

来自美国加州大学旧金山分校的教授戴维·朱利叶斯利用从辣椒中提取的辣椒素，识别出了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德姆·帕塔普蒂安使用压敏细胞发现了一种新型传感器，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。

分析：你现在对这个世界，是充满了感觉的，但是这些感觉，并不是直接发生在你大脑上的，而是通过你身体中的神经传导到脑子上的，而什么感觉对应的是什么传感器，过去人类是不知道的，这两个科学家为了搞清楚这件事，创建了一个包含数百万个DNA片段的数据库，经过艰难地搜索，他们发现了一个能够使细胞对辣椒素敏感的基因——辣椒素感应基因。

该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，是一种热敏受体，在令人感觉疼痛的温度下会被激活。

除了TRPV1，他们还发现了TRPM8和Piezo通道。

这些开创性发现，让我们了解了热、冷和机械力如何引发神经冲动，使我们能够感知和适应周围的世界。

其中TRP通道是我们感知温度能力的核心；Piezo2通道赋予我们触觉和感知身体部位位置和运动的能力。

TRP和Piezo通道还有助于许多额外的生理功能，这些功能依赖于感知温度或机械刺激。

这意味着，人类的大脑感知密码真正被破译。

头号玩家中，人类视觉通过VR眼镜链接网络世界，触感通过体感衣链接网络世界，然后实现五感链接网络，产生一种置身于网络世界中的感觉。

图片：现实中某公司体感衣，据说是世界上首款虚拟现实全身触控体验套件，用户戴上虚拟现实头盔之后，就能在虚拟现实里感受到真实世界的体验。

不了解现在的体感衣效果如何，但是肯定很难比得上头号玩家中的体感衣，电影中，那衣服连女主角摸男主角都可以感觉到。

但是在这次诺贝尔生理学奖以后，咱这链接互联网的体感衣这算是有戏了，我们人类不懈的努力下，总算搞清楚了，辣这个感觉对应是什么细胞，要去刺激什么地方。

这个技术成熟，然后加上未来6G的速度，那基本元宇宙就可以成形一大步，人类的生产力肯定也会被推进一大步，这就是关注科技有趣的地方，有时候感觉未来非常科幻，但是似乎距离又不是那么远，让人期待有生之年可以看见。

这也是为什么任正非说基础研究非常重要的原因。

前面我说的美国教育家对话，后来形成了一篇著名的文章，就是20世纪30年代美国普林斯顿大学校长弗莱克斯纳曾写过一篇很著名的文章《无用知识的有用性》。

庄子也说“无用之用，乃为大用”。在科学上，要想基础理论突破，就得对研究世界本源敢兴趣。换句话说，不是对研究以后做什么感兴趣，而是对研究本身感兴趣。

基础科学理论非常的“无用”，但是就好似像空气，一旦离开则无法呼吸。中国科技崛起的路上，我们也需要更多对科学、对世界原理本身感兴趣的人，希望这篇文章，对祖国未来的年轻人有所启发，希望能让更多看见我这篇文章的青年人，对基础科技研究多一分兴趣，就是我这篇文章最大的目的。

最后也再说一句吧，“基础理论”确实重要，这也是为什么，那些侮辱英烈的人，必须被法办。

因为他们动摇了我们国家的“基础理论”！

发展中华民族的科学基础理论研究事业。

捍卫中华民族立国之本的“基础理论”尊严。

这就是我们这一代人的使命。

文章来源 公众号 每日怡见

想象一下，在炎热的夏天，赤脚走过草坪。你可以感受到太阳的热量，风的爱抚，以及脚下一片片的草。在草地上与恋人相拥，皮肤的温度和肌肤的触感真切而温馨，这些对温度、触觉和运动的印象变成一份独特的感受深刻地映入你的脑海。

眼睛是如何检测到光的，声波是如何影响我们的内耳的，这些都已经获得过诺贝尔奖了。而今天，人类对温度、触觉和运动的感受也获得了这份荣誉！

TRP通道帮助我们感知温度，PIEZO通道赋予我们触觉和本体感觉。今天我们要谈的故事就是关于温度感受器TRP和压力感受器PIEZO，以及他们发现者David Julius和Ardem Patapoutian所做的巨大工作。

本文分为三个部分：离子感受器的介绍，两位获奖者的主要工作以及本研究与人类疾病的相关性。

一、什么是瞬时受体电位离子通道

聊这两个感受器之前，我们必须明白什么是瞬时受体电位离子通道，这两个感受器都是瞬时受体电位离子通道家族的成员。

“瞬时”表明该离子通道反应速度是很快，“啪”一下！很快啊！通道的开放与激活速率通常以毫秒（ms，千分之一秒) 计算；

“受体”表明它位于一个信号接收者的角色，可以感知外界信号的变化；

“电位离子通道”表明它可以打开或者关闭，并且能够刺激电信号的变化，这通常意味着神经信号的发生。

二、二位获奖者的主要研究介绍

在20世纪上半叶，虽然大家都知道温度和压力激活了皮肤中不同类型的神经，但他们找不到神经细胞中特定的传感器，那些热的，冷的，触摸如何变成神经冲动呢？

直到1997年David Julius做了一项工作，找到了第一个TRP温度感受器^[1]，这件工作的原理并不复杂，我愿称之为“海选法”。

1. 首先已经知道某些特定的神经细胞具有感知辣椒素的作用，一定是它们的某个基因编码了特定的蛋白。
2. 然后把所有神经节的cDNA提取出来，变成一个具有不同cDNA的“池子”，总计144个“池”。
3. 接着用这个“池”去感染HEK293细胞，HEK293细胞不是神经细胞，它本身不会对辣椒素有反应，但是如果被某个“cDNA池”感染后，它也能感受辣椒素，那么这个“池”里肯定有我们要找的基因序列。
4. 最后通过对该"cDNA池"的反复细分筛选和测序，最终鉴定出了TRPV1基因序列。经过验证TRPV1不仅能被辣椒素激活，还能被40℃激活，这是第一个发现的温度传感器。

无独有偶，脊椎动物机械力感受通道也是通过“海选法”确定的。

2010年，Ardem Patapoutian用膜片钳筛选了一种机械敏感的Neuro2A细胞系，并确定了72个候选基因。候选基因被RNAi技术一个接一个地沉默，转染的细胞被测试以确定机械力是否产生了电流。如果这个细胞无法继续感应机械力，那么被敲除的蛋白就是我们要找的蛋白^[2]。下图的候选基因72，即PIEZO1是找到的一个基因。通过同源分析PIEZO2也被找到了。

2019年，Patapoutian和其他实验室的工作揭示了PIEZO1和PIEZO2的高分辨率结构，这些通道形成具有中心离子传导孔和三个外围大机械传感螺旋桨形叶片的同三聚体结构^[3]。

三、相关基因的突变与人类疾病

温度感应TRP通道相关疾病：人类有几种遗传性“TRP通道病”。一种名为家族性发作性疼痛综合征1型的常染色体显性TRPA1通道病是由TRPA1中的一个点突变引起的，表现为由寒冷、禁食和身体压力引发的虚弱性上身疼痛发作。

PIEZO1的突变损害了红细胞的生理功能和淋巴系统的发育：PIEZO1的功能增益突变导致常染色体显性溶血性贫血，称为脱水遗传性口腔细胞增多症(DHS)或遗传性干细胞增多症。

PIEZO2的突变深刻地影响了触觉、振动和本体感觉：PIEZO2缺陷综合征患者表现出本体感觉、触觉和振动大大减弱。这会导致感觉性共济失调、子宫畸形、步态困难、肌肉无力和萎缩、脊柱侧凸、髋关节发育不良和进行性骨骼挛缩。

源于今年诺贝尔奖的大量研究正在进行，包括集中于阐明这些受体在各种生理过程中的功能，开发包括慢性疼痛在内的各种疾病的治疗方法等等。

参考

1. ^ https://www.nature.com/articles/39807
2. ^ https://doi.org/10.1126/science.1193270
3. ^ https://www.nature.com/articles/s41586-019-1505-8

一年一度、万众瞩目的诺贝尔奖，终于在今天拉开了帷幕，在北京时间的10月4日17:30，诺贝尔奖委员会首先颁发了第一个奖项——生理学或医学奖。

2021年诺贝尔生理学或医学奖由大卫·朱利叶斯（David Julius）和阿登·帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian）获得，他们的杰出贡献是揭示了人体的温度和触觉感受器，并因此分享1000万瑞典克朗奖金（约合736万元人民币）。

如同评委会所说：人们对热、冷和触觉的感知能力对生存至关重要，支撑着我们与周围世界的互动。

可是长久以来，人类究竟通过怎样的机制来感知外界的温度和压力，一直是个谜。我们在这里着重介绍医学人类对外界温度的感受机制。

一般来说，人体通过皮肤的感受器来感知外界的刺激信号并产生兴奋，再通过神经系统传递信号至大脑，大脑作出反应，并通过神经系统将信号传递给效应器作出反应，这就是所谓的“反射弧”。

在反射弧中，位于皮肤的感受器在接受到刺激后，会引起细胞表面特定的蛋白质—离子通道开放，进而引起细胞膜电位差的改变，产生兴奋。而我们今天故事的主人翁—辣椒素受体（TRPV1)，正是这样一种神奇的离子通道。

从1997年起，美国加州大学生理学家大卫·朱利叶斯对同事爱吃的咖喱酱产生了兴趣。这种火辣的食物明明没有对皮肤造成物理伤害，为什么能产生灼热甚至疼痛的感觉呢？后来，朱利斯的团队通过研究发现，辣椒带来的灼热和疼痛的感觉，是由其内部的辣椒素来介导的。

找到了辣椒素，那么它究竟是通过哪种受体来起作用的呢？

经过不断的努力，朱利叶斯通过一些精巧的基因工具，终于在一大堆候选的受体中，将它找了出 来：TRPV1（辣椒素型瞬时受体电位蛋白）。这是一种精妙的非选择性阳离子配体门控通道,对钙离子具有高通透性，激活后促进细胞外钙离子内流,进而介导一些基本的生理功能,如神经递质释放、膜兴奋性和肌肉细胞收缩等。

朱利叶斯进一步发现，这条离子通道不仅对辣椒素有反应，高温同样能激活他它。当人体感觉到43摄氏度以上的温度（足以对皮肤产生伤害）时，TRPV1就会打开，让人感觉到疼痛，这就解释了，为什么辣椒吃到嘴里我们会感觉到灼热和疼痛。

无独有偶，2002年朱利叶斯跟同事又发现了TRPM8离子通道，他的功能正好跟TRPV1相反。它在人们接触到10-30摄氏度时被激发的，在人吃到薄荷时，也能将其开启。这就解释了为何薄荷口香糖会给人凉飕飕的感觉。

当然，如果辣椒素受体（TRPV1)的功能仅止于此，那它还不足以成为一项诺奖级的成就，事实上，在朱利叶斯发现辣椒素受体分布在皮肤上的随后几年里，TRPV1也被发现分布在身体的许多其他器官如在心、肝、肺、肾、肠、脑、子宫、睾丸、唾液腺、背根神经节、感觉神经元中均有分布，发挥着更加广泛的生理作用。

大量研究证实激活辣椒素受体（TRPV1)能够通过促进NO的产生舒张血管，继而降低血压，是具有潜力的高血压治疗靶点。与此同时，激活辣椒素受体（TRPV1)能选择性的诱导巨噬细胞和平滑肌细胞自噬，减少血管壁的脂质堆积继而起到稳定动脉粥样硬化斑块的作用，是治疗动脉粥样硬化疾病的新策略。辣椒素受体（TRPV1)还能通过拟肾上腺素的作用，通过增加产热和散热来消耗能量，减少脂质聚集，继而起到减肥的作用。更重要的是，激活辣椒素受体（TRPV1)还被证实能够阻断实验性致癌和致突变过程，有望成为肿瘤治疗的新手段。

总而言之，关于辣椒素受体（TRPV1)的研究还在医学的各个领域开花结果，当年的一瓶咖喱酱，竟然打开了一个万紫千红的生命科学的奇幻世界，这恐怕也是朱利叶斯所始料未及的吧。

@知乎科学 @知乎日报

参考文献

[1]阳凤,彭燕.辣椒素的临床应用进展[J].临床消化病杂志,2016,28(02):129-132.

[2]赵向凤,邓文涛,储小飞,郭政.辣椒素受体在血压调节中的研究进展[J].中西医结合心脑血管病杂志,2020,18(15):2439-2442.

[3]胡雯雯.辣椒的第二春[J].环球市场信息导报,2014(30):66-67.

[4]朱科,张军平,李萌.TRPV1通道在动脉粥样硬化中的作用[J].生理科学进展,2018,49(04):305-308.

你有想过，人类是如何感知冷热、感知触觉吗？

在生活中，我们是不是会认为这些是理所当然？与生俱来？生下来就知道冷暖。

当我们光脚走在海边的时候，你可以感受到海水的温度、沙子的绵软、微风的轻抚……

这些温度、触觉和动作的感知，就是我们适应温度和环境能力的一种变化。

我们来看两位获奖者的研究经历：

David Julius 利用辣椒素（一种从辣椒中提取的刺激性化合物，能产生灼烧感）来识别皮肤神经末梢上对热做出反应的感受器。Ardem Patapoutian 利用压力敏感细胞发现了一种对皮肤和内部器官的机械刺激作出反应的新型感受器。这些突破性的发现促进了科学界展开大量的研究活动，使我们对神经系统如何感知热、冷和机械刺激的了解更加深入。

是的，他们的研究结论，让这些“理所当然”变得具有科学理论和依据，解释了高温、寒冷和机械力是如何激活神经系统信号的。

可能你会认为，这些研究看起来没有什么用处，但是这对从结构到功能的研究范式对后续膜蛋白的研究产生了深远的影响，也对生物研究和临床医学的发展有着重要的意义和价值。

这一次，诺贝尔奖预测几乎全线落空。对于发现这两种感受器，两位科学家的贡献分别是：

• David Julius利用辣椒素（一种来自辣椒的刺激性化合物，可引起灼热感）来识别皮肤神经末梢中对热有反应的传感器。
• Ardem Patapoutian 使用压敏细胞发现了一类新型传感器，可以对皮肤和内部器官中的机械刺激做出反应。

那么，这里我就说下：

发现温度和触觉受体，对人类的贡献是什么？

感受器是我们感知世界的基础，他们的成功解释了其中的机制。触觉、温度觉都是体感系统的一部分^[1]

• 我们的触觉使我们能够接收有关我们内部和外部环境的信息，这对于感官知觉非常重要；同时触觉也传达重要的社会信息，有助于加强人与人之间的联系。触觉还是第一个在子宫内发挥作用的胎儿感觉，它是体验社会行为和交流情绪（例如，牵手和拥抱）的有效方式。
• 温度觉感受冷热变化，人类应对天气变化就是靠的这个；同时感受接触到物体的温度也是靠的这个。

可以说这两个感受器都是生存所必需的，失去它们，我们可能受伤、甚至丢命。

比如糖尿病患者由于末梢神经病变，可能导致温度觉、痛觉不敏感，在使用热水袋的时候，就容易烫伤，也可能腿部都出现感染了都不自知。

如诺贝尔大会说：在我们的日常生活中，我们认为这些感觉是理所当然的，但神经冲动是如何启动的，从而可以感知温度和压力？今年的诺贝尔奖获得者已经解决了这个问题。

基于这些发现，我们的生活得到了改善吗？

基于对人体的体感系统的理解，我们开发了诸多应用，比如说现在手机上的触摸屏——触摸屏属于触觉反馈相关的技术，比如AR/VR技术——属于模拟触觉的相关技术。

AR/VR技术里模拟触觉的有人造皮肤，它还可以用于康复治疗^[2]，可以说触觉相关技术的开发潜力是无穷的。

假肢也需要体感系统，传统的假肢基本上是从肌肉上收集信号，虽然可以控制，但控制效果不佳；带有体感信息的假肢可以帮助截肢者恢复触觉功能并灵活地与物体交互，不过目前该类假肢还在研究当中。^[3]

2017年，瑞士洛桑联邦理工学院的奥拉夫实验室和洛桑大学医院的Andrea Serino教授合作，^[4]通过手术将残余的神经移植后实现完美控制假肢的案例。

根据诺贝尔本人的遗嘱写了关于诺贝尔生理学或医学奖的标准。他明确表示，他正在寻找一项对人类有益的发现。

所以诺贝尔生理学或医学奖，它要么打开了一扇门，帮助我们以新的方式思考问题；要么这个发现改变了我们思考问题的方式。

参考

1. ^ https://www.sciencedirect.com/topics/medicine-and-dentistry/somatosensory-system
2. ^ https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/soro.2019.0013
3. ^ https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30245482/
4. ^ https://www.eurekalert.org/news-releases/880349

他们研究的是什么

在当初学神经病学（学科名）的时候，书本上说人体的感觉被分为浅感觉和深感觉，其中浅感觉是指皮肤或黏膜的外来感觉，进一步分为痛温觉和触压觉（粗触觉），而深感觉则包括本体感觉和精细触觉。

在人体的中枢神经系统内，这两种感觉是通过不同的神经传导通道传导的——浅感觉通过脊髓丘脑束，而深感觉则是通过脊髓后索内的神经纤维传导入脑的。当然了，不管通过何种通道，最后信号都是进入我们的大脑皮层才最终成为我们的感觉的。

那会儿我就很好奇，为什么人体的浅感觉是痛、温、触、压这四种，以及这四种感觉是怎么产生的。毕竟人体的神经纤维不是直接暴露在体表的，明明最细的神经末梢距离表皮依然有一段距离。为什么作用在皮肤的外界刺激就能让我们感受到温度、疼痛和压力呢？书本上只说感觉是神经纤维中传导的电位信号，但外界的环境又是如何变成这个电信号的呢？

这就是人体浅感觉的“最后1毫米”问题。当然了，这1毫米并非是一个精确值，不过它代表了人类的感觉研究领域的一个谜团——痛温触压这些物理刺激是怎么变成了神经系统中的电信号的？

感觉的“最后1毫米”

答案就是今天获奖的这两位大神——David Julius和Ardem Patapoutian——所做的研究告诉我们的。

（说实话，两位老哥的名字都有些拗口，所以以下不妨简称为DJ哥和AP哥）

值得一提的是，在今年DJ哥和AP哥获奖之前，有关人体浅感觉的上一个诺贝尔生理学或医学奖是在1944年——在那个二战还没有结束的年代——那一年两位名为Joseph Erlanger和Herbert Gasser的科学家因为发现了能够感受到痛温触压等不同感觉的神经纤维末梢，只不过，彼时感觉是怎么穿过从表皮到神经末梢的“最后1毫米”（非精确值）始终是一个谜。而77年后的今天给DJ和AP带来了诺奖的研究成果，正填补上了这感觉上“最后1毫米”的空白。

DJ哥的研究，始于辣椒粘在手上的灼烧感，毕竟手上也没味蕾，可为什么手上粘上了辣椒以后我们也会下意识地觉着“辣”呢？会不会“辣”和“痛”本质上就是同一种感觉呢？（还真是）......会不会人体在受到外界暴力的刺激时，皮肤内正是分泌了一种类似于辣椒素的物质从而“辣”到了神经让我们感觉到痛呢？（很接近了）

于是在1990年代，DJ哥和他的同事开始了对辣椒素如何引起疼痛感开始了研究。研究的切入点是在一个包括了数百万个基因的基因库中寻找一种辣椒素的受体。功夫不负有心人，他们最终找到了这个基因，并把它编辑产生的离子通道蛋白受体命名为TRP1。

本来这发现已经够大了，没想到后面还有个“买一送一”的大礼包在等着DJ哥——在研究TRP1受体的过程中，DJ哥还发现了一种能够对温度变化产生反应的蛋白受体TRPV1，

TRPV1只是后来被发现的“温度感应受体全家桶”中的第一个，后来DJ哥和AP哥又通过薄荷刺激皮肤产生的“冷感”发现了另一种温度感觉受体TRPM8——以及一系列TRPV1和TRPM8的“魔改版”受体。

TRPV1和TRPM8的发现为我们解释了“感觉的最后1毫米”的前半个问题——痛温觉是怎么从皮肤传导到神经末梢的。

没错，这里面也有AP哥的一份功劳，不过彼时DJ哥和AP哥并没有合作，他们是在彼此独立的情况下发现了TRPM8受体的。

不过，虽然说是独立，但如果只是凭借着一个巧合的同时发现，AP哥恐怕很难和DJ哥分享这个诺奖。不过，DJ哥也非凡人，他还有另一个重大的发现——触压觉是怎么传导到神经末梢上的——也就是“感觉的最后1毫米”的另一半问题。

为了解释这个问题，AP哥和他的同事们首先找到了一种细胞——当用外力刺激（戳戳）这些细胞时，这些细胞会发出一种电信号。因为电信号的产生往往源于细胞膜上选择性让Na+、K+、H+离子通过的离子通道的开闭，所以他们将细胞中数十种与离子通道蛋白相关的基因挨个失活——直到找到一种基因，当这种基因编辑的离子通道蛋白失活时，细胞不再能够在被戳戳时发出之前的电信号。

于是，这种基因编辑的离子通道蛋白被认为是人类发现的第一种机械刺激敏感离子通道，并被命名为Piezo1。其后不久，Piezo2也被发现，与Piezo1“主管”机械刺激的浅感觉不同，Piezo2“主管”的是本体感觉（深感觉的一种）。

这有什么用呢？

作为一个有着实用主义精神的国度，我们每天最喜欢问的问题之一就是“这有什么用呢”

科学研究的成果可以始于兴趣和好奇，但最后一定要落实在现实的问题上才能有生命力。

DJ哥和AP哥发现的感觉接受分子机制，最有应用前景的地方就在于解决一些疼痛的问题和解决这些问题的药物上。

比如，一些药物、神经系统或皮肤的疾病可能会导致痛觉过敏——这种现象尤其出现在阿片类镇痛剂的依赖性患者身上，比如吸毒成瘾者或者癌症晚期患者，很多吸毒者描述的皮肤关节像千万只蚂蚁啃咬的“蚁噬感”就是痛觉过敏的现象之一。这种疼痛往往难以被药物控制，从而导致慢性疼痛患者或吸毒者不自觉增加药物或毒品的剂量，最终反而增强了患者的药物依赖性。

比如，很多化疗的药物——尤其是铂类化疗药——往往会引起化疗患者的皮肤疼痛，这种疼痛和痛觉过敏一样，是很难被镇痛药物所缓解的。这些痛苦往往会和癌痛叠加在一起，大大降低患者化疗的依从性并最终影响患者的生存时间。

再比如，一些产后的女性或糖尿病的患者，也可能因为末梢神经的损害产生疼痛或温度觉的异常，由此引起一些不必要的隐患乃至伤害。在这个过程中，DJ哥和AP哥发现的机制可能也会参与其中。因此，如果能够开发一些相对应的药物，就会有大量的患者可能从中获益。

最后感叹一句，与我们这些在临床上修修补补的人相比，能够静下心来做出这些开创性工作的基础研究人员在我眼中简直就是高山仰止般的存在。很多人认为他们的工作离现实世界中的实用性很远，但其实如果没有这些基础领域上的开创性工作，很多药物或治疗技术就无法诞生，修修补补的临床匠人们就成了无米之炊的巧妇。所以，一个国家在基础医学的产出，才是研究医学水平的最核心实力指标。