(本文轉載自泛科學 PanSci)
2021年諾貝爾生理或醫學獎（Physiology or Medicine），由美國生理學家朱里雅斯（David Julius）及帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian）共同獲獎，他們的研究首度發現了「人類神經系統的溫度和觸覺受體」。
人類感受冷熱及觸覺的能力是與生俱來、且對生存而言是至關重要的能力。但關於「溫度和機械性刺激如何在神經系統中轉化為電信號？」（外在刺激如何轉為生理感受的機制）一直是懸而未解的難題。
朱里雅斯利用辣椒素（capsaicin）來識別皮膚神經末梢中對「熱」有反應的受體；帕塔普蒂安則使用壓敏細胞（pressure-sensitive cells）發現了新型受體，可以對皮膚和內部器官中的機械力刺激（mechanical stimuli）做出反應，讓我們知道力學的刺激也會連結到對應的受體。
「辣椒素」如何產生灼熱感？
在 1990 年代後期，加利福尼亞大學舊金山分校的朱里雅斯，通過分析辣椒素如何引發接觸辣椒時的灼燒感，這項研究開啟了後續「溫度差對特定感覺受體之間的關聯性」的研究。
眾所皆知，辣椒素能激發神經細胞並引起疼痛感與灼熱感，但詳細的原理機制在當時是一個未解之謎。朱里雅斯和他的同事，建構了包含數百萬個 DNA 片段的資料庫，並找到片段中對應於特定神經元來表達感覺的受體，這些受體可以對疼痛、熱和觸碰做出反應。他們透過比對細胞對辣椒素的反應，分析其 DNA 差異，經研究後，朱利亞斯研究團隊確定了一組會讓細胞對辣椒素敏感的受體。
這個新發現的辣椒素受體，後來被命名為 TRPV1。當朱里雅斯研究 TRPV1 對熱的反應時，發現 TRPV1 會在大於攝氏 43 度時被激發，他意識到他發現了一種熱敏受體，這種受體在特定的溫度下會激發疼痛感（圖 1）。
TRPV1 的熱敏特性是一項重大發現，並為揭開其他溫度感應受體開闢了新道路。之後，朱里雅斯和帕塔普蒂安，分別獨立使用薄荷醇做研究，並發現會被寒冷激發的 TRPM8 受體。
之後，與 TRPV1 和 TRPM8 相關的其他受體，都陸續確認會對不同的溫度產生反應。許多實驗室開展了新的研究，通過使用缺乏這些受體的小鼠，來研究這些通道在熱感覺中的作用。
朱里雅斯發現的 TRPV1，使我們能夠更了解溫度差如何在神經系統中誘發電信號。
「機械力」刺激如何轉化為觸覺？
溫度的受體正在被逐漸解密，但對於「機械力」的刺激為何可以轉化為觸覺和壓力？曾有科學家在細菌上發現相關受體，但關於脊椎動物的觸覺機制仍然未知。帕塔普蒂安（Scripps Research in La Jolla, California, USA），希望可以找到這個難以捉摸的受體到底是什麼？
帕塔普蒂安和他的夥伴首先找到了一種細胞株，當它被微量吸管（micropipette）戳戳、受到力刺激的時候，會發出可測量的電信號。接著，他們試圖編碼了各種可能會被機械力激活的離子通道的受體的基因（共72組），
並且找尋到底是哪一組基因在其中佔有重要關鍵。經過搜索，他們確定了一組基因，當它不表現的時後，細胞對微量吸管的刺激完全沒有反應。
因此，一種全新、之前完全未知，對機械力敏感的離子通道被發現，他被命名為「Piezo1」，從希臘語中表示壓力的詞「í; píesi」而來。藉由與 Piezo1 的相似性，研究團隊找到了第二組基因，並將其命名為「Piezo2」，它對感覺神經元的表達水平很高。近一步證實 Piezo1 和 Piezo2 是透過對細胞膜施加壓力而被活化的離子通道。
帕塔普蒂安發明了一系列的研究，證明 Piezo2 離子通道對觸覺至關重要，它也被證明在重要的身體位置和本體感覺中扮演重要的角色。Piezo1 和 Piezo2 通道也被證明能調節一些重要的生理過程，包含血壓、呼吸及膀胱控制等等。
這一切都說得「通」了！
今年諾貝爾獎得獎者對 TRPV1、TRPM8 和 Piezo 通道的突破性發現，讓我們能夠了解溫度（冷、熱）和機械力如何刺激神經產生衝動，使得我們可以感知和適應周圍的世界。TRP 通道的發現是我們感知溫度的重要發現，也是對於受體研究很重要的基石。Piezo2 通道則是賦予我們觸覺和感知身體各種部位的位置和運動的能力。
這些開創性的發現，不只讓我們知道離子通道對於許多生理表現和疾病都至關重要，而相關的知識也能在後續被應用於各種疾病的治療方式。
“This discovery has profoundly changed our view of how we sense the world around us”
Immediately following the announcement of the 2021 Nobel Prize in Physiology or Medicine, Professor Abdel El Manira, member of the the Nobel Assembly, spoke to reporter Lotta Fredholm about this year’s awarded discovery. (Video Link)
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辣椒辣度與熱度如何形成 台灣學者現身說明
(下文轉載自台灣科技媒體中心)
中央研究院生物醫學研究所研究員兼副所長陳志成表示，兩位得獎的科學家最重要的貢獻是發現辣椒素受體（TRPV1），以及機械力受體（Piezo1、Piezo2），是第一次在分子的層次上發現這兩個感覺的對應受體。辣椒素受體在42度以上才會活化，與熱的感覺有關。
陳志成說明，Piezo1的重要功能是血壓、呼吸和膀胱控制。Piezo2在感覺神經系統扮演重要角色，包含本體感覺與痛覺的機械力感受。
中興大學生命科學系教授兼系主任林赫則提到，神經痛覺、內臟痛覺等感覺，對於維持日常生活非常重要。任職於加州大學舊金山分校的朱里雅斯，使用辣椒素做實驗，發現對辣椒素的反應是產生灼熱的感覺，進一步研究之後發現感受辣椒素的受體，即是辣椒素受體1（TRPV1）。
帕塔普蒂安的研究，主要是與機械性的觸覺有關的機制，例如骨骼生長重塑時壓迫的感覺，以及血壓等。皮膚和內臟都有這些感受器，才能對外界反應。
國立陽明交通大學生命科學院院長連正章表示，離子通道分成很多類別，有些會感受熱的溫度，另外有些會感受冷的溫度。離子通道受到外在刺激後形狀改變，是末梢神經產生電位變化的關鍵。連正章提到，後來發現，全身的體感都有其相對應的離子通道。這些基礎研究對現在開發止痛藥上，都有很重要的貢獻。
陳志成補充說，其實辣椒素受體對本體感覺很重要，對酸也有反應，對機械力也有反應，只是機制和Piezo1、Piezo2受體不同，顯示辣椒素受體是多功能的離子通道。如果Piezo2受體有缺陷，本體感覺會有問題，例如會容易摔倒。陳志成補充，辣椒素受體在未來的應用可能是消炎與止痛的治療方法。
這類研究也受到臺灣學者重視，高雄醫學大學臨床醫學研究所助理教授譚俊祥，也是從事類似研究。譚俊祥表示，他的研究是發現另一種受體（TRPM2）的離子通道，與感受熱的機制有關，並此研究已在2020年正式發表於《自然》（Nature）期刊上。
國內四位專家均表示，科學家原本一直找不到感受溫度，以及受外力刺激的反應是透過什麼機制。得獎的兩位科學家運用實驗測量細胞對辣椒素有反應，以及對力會產生電位變化，找到這些感覺機制，是我們內在如何感受、解釋並與外在世界互動的最根本基礎，是非常重要的生理醫學相關研究基礎。
資料來源：
The Nobel Prize (2021年10月4日)；Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2021；The Nobel Prize (2021/10/8)，取自https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2021/press-release/
PanSci (2021年10月4日)；【2021諾貝爾生理或醫學奬】為何會有「熱熱的、刺刺的」感覺？溫度與觸覺受體的發現；泛科學 PanSci (2021/10/12)，轉載自https://pansci.asia/archives/332251
台灣科技媒體中心 (2021年10月4日)；2021諾貝爾生醫獎記者會 會後新聞稿；台灣科技媒體中心SMC (2021/10/13)，轉載自https://smctw.tw/11236/
