你吃辣椒是为了爽他却凭借”为啥辣椒会辣得嘴巴疼”获得诺奖 戴维·朱利叶斯

他的童年从未想过当科学家,直到上了大学,还只是想成为一名医生,在妻子的鼓励下“冒险一试”,才开启了对未知领域的研究。

在日常生活中,我们大多数人在吃到辣椒或其他辛辣食物时,嘴里会有灼烧感,却不会思考这是因为什么。但他却对此燃起了兴趣并以辣椒素为始识别了热感受器,踏入了以往神经科学缺少的环节。他就是美国生理学家戴维·朱利叶斯(David Julius)。

朱利叶斯从小在纽约布鲁克林的布莱顿海滩长大,这是一个俄罗斯移民社区。他的父亲是一名电气工程师,他的母亲是一名小学教师。童年时的朱利叶斯就和我们这些普通人一样从没有想过自己要成为一名科学家。

他曾在纽约的尖子高中学校史岱文森高中(Stuyvesant High School)学习过一年,但后来选择转学到离家更近的公立高中,因为他“厌倦了史岱文森高中无休止的考试和成绩竞争”。

在林肯高中,有一位优秀又有趣的赫伯·艾萨克森(Herb Isaacson)老师向学生们展示了科学与日常生活的相关性,他的指导使朱利叶斯重新考虑了自己的志向。1973年,他前往麻省理工学院(MIT)就读,计划未来成为一名医生。

然而,求学期间亲身参与研究的体验让他意犹未尽。大三时,朱利叶斯开始在生物大分子领域的传奇人物亚历山大·里奇(Alexander Rich)手下做实验。

图片来源:Steve Babuljak/UCSF via Getty Images

“亚历山大的实验室是一个富有创造性的、自由自在的、杂乱的地方,打消了我之前的任何想法,即实验室环境十分荒凉、贫瘠,只适合个性安静的人做着冷静的实验。”朱利叶斯在他的自传中写道。

1977年,朱利叶斯进入加州大学伯克利分校的生物化学系攻读研究生。他的两位指导老师分别是著名的生物化学家杰里米·索纳(Jeremy Thorner)和兰迪·谢克曼(Randy Schekman),后者在2013年获得诺贝尔生理学或医学奖。

此后,他对神经生物学,尤其是对利用分子遗传学和药理学方法破译神经元功能的可能性产生了浓厚的兴趣。因此,1984年,他在哥伦比亚大学与神经生物学家理查德·阿克塞尔(Richard Axel,2004年获得诺贝尔生理学或医学奖)一起进行博士后研究。

1989年,朱利叶斯来到加州大学旧金山分校,开始有了自己的实验室,随即带领团队展开研究。

随着朱利叶斯的注意力转移到神经系统,他越来越好奇,为什么食物和其它产品中天然存在的化合物有时会对大脑中的受体起作用,引起幻觉或其他大脑功能的变化。

几十年来,研究人员一直在实验室里用辣椒素来研究疼痛。辣椒素是一种辛辣的辣椒提取物,能给人以灼烧感。然而,没有人知道辣椒素为什么会产生这种效果。朱利叶斯对涉足这样一个未开发的领域犹豫不决。

有一天,当他和妻子、加州大学旧金山分校的教授霍莉·英格拉姆(Holly Ingraham)一起逛超市时,妻子发现他盯着香料货架陷入了沉思,于是鼓励他冒险一试。

此后,朱利叶斯带领团队创建了一个包含了百万个DNA片段的基因库。在这个基因库当中,这些DNA片段都是神经元中能对疼痛、热和触感做出反应的基因。

他和同事们假设,这个数据库中包含一个能够编码与辣椒素反应的蛋白质的DNA片段。经过艰难探索,他们终于发现了一个能够使细胞对辣椒素敏感的DNA片段。

通过对目标DNA片段的进一步研究,他们发现该DNA片段可以编码出一种离子通道蛋白质受体,这个蛋白质受体后来被命名为:TRPV1。

他们还发现,这个蛋白质受体拥有能对“热”做出反应的能力。换句话说,这个蛋白质受体其实是在感受到疼痛的温度后,才被激活的。而这也就解释了,为什么吃了特别辣的东西时,很多人都急着要喝冰水。

TRPV1的发现是一个极其重大的突破,它开启了一扇全新的大门,科学家可以沿着这个路径去研究其它温度感应受体。事实也是如此。比如,后来科学家们真的找到了会被“冷”激活的蛋白质受体TRPM8(薄荷素)。除此之外,基于TRPV1的研究,也可以帮助科学家研发新型止痛药。

此后的二十多年,朱利叶斯以TRPV1为起点,又相继发现了多种与躯体感受相关的TRP家族的通道蛋白。与此同时,他与同事程亦凡的实验室合作,解析了包括TRPV1在内的多种TRP蛋白的三维结构,并综合运用基因敲除等生理手段,试图回答这些神奇蛋白的结构与功能关系,为靶向药物开发提供理论基础。

就在诺贝尔奖宣布前不久,朱利叶斯某天半夜被手机的嗡嗡声吵醒了。朱利叶斯嫂子发来短信,她说不知道是恶作剧还是什么,她也不太确定,但她收到了很多短信。“有人一直想联系你,叫托马斯·珀尔曼(Thomas Perlmann),我不想给他你的电话号码,所以……这是他的电话号码。”她说,“我在网上查过他,他看像起来是个通情达理的人。”其实是诺贝尔委员会的某个人联系了朱利叶斯的一个亲戚,想找他的电话号码。

紧接着,朱利叶斯的妻子电话也响了,也被吵醒了。朱利叶斯和妻子不知道是恶作剧还是真事,对此表示十分怀疑。直到他的妻子听到了多年前一起工作过帕尔曼的声音,确认电话确实是委员会秘书长打来的,他才意识到这不是开玩笑。

戴维·朱利叶斯和他的妻子霍莉·英格拉汉姆(Holly Ingraham)在得知他于 10 月 4 日获得诺贝尔生理学或医学奖后现场致辞。(图片来源:Noah Berger)

2021年10月4日北京时间17时30分许,美国生理学家戴维·朱利叶斯(David Julius)和美国分子生物学家阿尔代姆·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian)因发现温度和触觉受体获得 2021 年诺贝尔生理学或医学奖。

“这真的揭开了大自然的秘密之一,”委员会秘书长托马斯·珀尔曼(Thomas Perlmann)在宣布获奖者时说。“这实际上对我们的生存至关重要,所以这是一个非常重要和深刻的发现。”

诺贝尔奖委员会表示,他们的发现解决了“人类面临的最大谜团之一”:我们如何感知我们的环境。

朱利叶斯获得诺贝尔奖,除了他本人及家人之外,最开心的可能要属他的博士生导师、2013年诺贝尔生理学与医学奖得主兰迪·谢克曼(Randy Schekman)了。谢克曼在接受专访时透露,自己正是朱利叶斯获得诺奖的提名人(之一)。

朱利叶斯与谢克曼的师生关系,是有些偶然的缘分的。朱利叶斯的第一位博士导师中途离开了加州大学伯克利分校,于是朱利叶斯同时加入了谢克曼和杰里米·索纳(Jeremy Thorner)的实验室,谢克曼和索纳成为了朱利叶斯的联合导师。

朱利叶斯在索纳的实验室待的时间更久,因为朱利叶斯最感兴趣的是信号转导,即细胞产生激素的过程。在这期间,朱利叶斯刊发了一系列非常优秀的论文和研究发现。这充分体现了他的洞察力和卓越的技术。

不过谢克曼也给了朱利叶斯非常重要的建议。谢克曼与朱利叶斯做了许多比较克隆基因和通过更传统的生化分析发现新酶两种方法优点的对话。朱利叶斯在后来博士后的工作中充分利用了这两种方法。

谢克曼表示:“朱利叶斯首先发现了血清素受体的编码基因,然后在独立工作中发现了TRP离子通道受体蛋白的基本功能。朱利叶斯是一个真正的创新者——这是他在一开始就具有的技能和特质,我认为这是无法教授的东西。”

尽管之后朱利叶斯与谢克曼没有更多学术上的合作,但谢克曼仍然时刻关注这位学生的研究进展,并提名他获得许多奖项。2010年,朱利叶斯获得邵逸夫奖,这是他获得的第一个重要奖项,时任邵逸夫奖评委的谢克曼就起到了重要作用。而当谢克曼本人获得诺贝尔生理学与医学奖,拥有诺奖提名资格之后,他也提名了朱利叶斯。

当被问起朱利叶斯的获奖研究时,谢克曼幽默地说:“你最好去问戴维·朱利叶斯本人。我个人认为,TRP和压电机械传感通道必须在细胞和细胞间水平上进行结合,才能实现温度、压力和疼痛的感觉。”

美国学者朱利叶斯(David Julius)。图片来源:BBVA Foundation

他同时表示,基于朱利叶斯的研究,未来可以通过在分子水平上了解这些受体,阐明新的镇痛方法和药物靶点,以开发更有效和特异性的药物,治疗急性或慢性疼痛。

2021年,65岁的朱利叶斯说,他希望他的工作能推动新的止痛药的开发,并解释说,即使是日常活动背后的生物学也可能具有巨大的意义。

“我们吃辣椒和薄荷醇,但通常,你不会考虑它是如何起作用的”他说。朱利叶斯的发现,让我们更深入了解感觉如何运作,也在制造止痛药方面开启了全新的可能性。

[4] 诺奖得主朱利叶斯:童年从未想过当科学家,“冒险一试”开启未知领域研究,by 红星新闻记者 王雅林 罗天

[5] 诺奖导师谢克曼:我提名朱利叶斯获得诺贝尔奖,by WLA上海中心

[6] 2021年诺贝尔生理学或医学奖:以辣椒为钥,解躯体感受之谜,by 神经现实

原标题:《你吃辣椒是为了爽,他却凭借”为啥辣椒会辣得嘴巴疼”获得诺奖 戴维·朱利叶斯》

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