吃辣椒為啥感覺(jué)熱？吃薄荷為啥覺(jué)得涼？

吃辣椒為啥感覺(jué)熱？吃薄荷為啥覺(jué)得涼：

出品：科普中國(guó)

制作：李雷

監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

辣椒為啥讓人感覺(jué)熱？薄荷為啥讓人覺(jué)得涼？

到底是科學(xué)還是個(gè)人的錯(cuò)覺(jué)呢？獲得了2021年諾貝爾獎(jiǎng)生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的兩位科學(xué)家，戴維·朱利葉斯(David Julius)和阿代姆·帕塔博蒂安(Ardem Patapoutian)，給了你答案：

你的感覺(jué)是沒(méi)錯(cuò)的。

2021年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主：戴維·朱利葉斯(David Julius)和阿爾代姆·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian)(圖片來(lái)源：諾獎(jiǎng)官網(wǎng))

辣椒和薄荷，對(duì)應(yīng)著不同的“感受器”

辣椒讓人發(fā)熱，這是自從辣椒發(fā)現(xiàn)就眾所周知的?？墒抢苯窞槭裁磿?huì)讓人發(fā)熱呢？

早期科學(xué)家告訴你，這是因?yàn)?，辣椒，并不是味覺(jué)，而是痛覺(jué)，這種痛覺(jué)會(huì)讓人體發(fā)熱。不過(guò)，人體到底是如何感受到辣椒這種痛覺(jué)呢?要知道，辣椒可不是像針刺那樣明顯會(huì)刺激到我們的神經(jīng)。于是加州大學(xué)舊金山分校的David Julius決定去探究一下辣椒到底是怎么讓人感受到疼痛的。當(dāng)然，他肯定不能用辣椒直接研究了，而是用辣椒里的關(guān)鍵成分：辣椒素進(jìn)行研究。

不過(guò)，這個(gè)時(shí)候，一個(gè)問(wèn)題出現(xiàn)了：

很多細(xì)胞是沒(méi)有“痛覺(jué)”的，你必須選擇能夠感受“痛覺(jué)”的細(xì)胞，最終，他們找到了感覺(jué)神經(jīng)元，這是一種專門用來(lái)感知的神經(jīng)元。接下來(lái)，就是研究到底辣椒素是如何讓感覺(jué)神經(jīng)元識(shí)別的。這就涉及到了基因。人體中的基因太多了，想確定到底是什么基因發(fā)揮作用太難了，于是他們決定采用“大數(shù)據(jù)”來(lái)篩選。這里的“大數(shù)據(jù)”是生物學(xué)上的基因文庫(kù)，就是包含了數(shù)百萬(wàn)基因片段的一個(gè)混合體。然后他們把這些片段對(duì)應(yīng)的基因在感覺(jué)神經(jīng)元中表達(dá)，也就是讓這些基因發(fā)揮作用。接下來(lái)就看哪個(gè)基因可以對(duì)辣椒素有反應(yīng)了。經(jīng)過(guò)一系列嘗試，科學(xué)家最終發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可以對(duì)辣椒素有反應(yīng)的基因，這是一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)，最后命名為TRPV1，這也是一個(gè)新鑒定出來(lái)的離子通道蛋白基因。

(圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn))

而值得一提的是，這個(gè)痛覺(jué)受體，竟然是和溫度有關(guān)，相當(dāng)于一個(gè)頂倆，這就有意思了。這就解釋了為什么吃辣椒感覺(jué)又熱又痛的原因了：我們吃下辣椒，辣椒里面的辣椒素可以引發(fā)人體的TRPV1來(lái)觸動(dòng)痛覺(jué)，而這種痛覺(jué)還和溫度有關(guān)，所以就有了又熱又痛的感覺(jué)了。

既然如此，那么，有人一定會(huì)問(wèn)，那些清涼的食物呢？

于是科學(xué)家們用常見(jiàn)的薄荷開(kāi)始了進(jìn)一步的研究。無(wú)論是薄荷味的牙膏、冷飲還是口香糖，給我們的感覺(jué)都是涼的。不過(guò)，科學(xué)研究上使用的關(guān)鍵物質(zhì)是薄荷醇。采取類似的研究辦法，研究人員果然發(fā)現(xiàn)了新東西，那就是 TRPM8，這是被證明可以被寒冷激活的受體，這個(gè)研究是Julius和Patapoutian分別獨(dú)立研究的，他倆也是今年兩位諾獎(jiǎng)得主。用一張圖來(lái)匯總：

(圖片來(lái)源：諾獎(jiǎng)官網(wǎng))

可以說(shuō)，整個(gè)研究，發(fā)現(xiàn)了人體是如何感受到溫度和觸覺(jué)(也就是痛覺(jué)這種典型觸覺(jué))，他們是有一系列受體來(lái)進(jìn)行。

除了溫度感覺(jué)，機(jī)械感覺(jué)怎么感知？

當(dāng)然，有了溫度感覺(jué)，可是，機(jī)械感覺(jué)呢?要知道，機(jī)械感覺(jué)那才是最早的最廣泛的觸覺(jué)啊，比如擁抱、觸摸等都是機(jī)械感。于是今年諾獎(jiǎng)的得主之一Patapoutian在研究完薄荷后轉(zhuǎn)身就去研究機(jī)械感覺(jué)了。他們開(kāi)發(fā)了一套細(xì)胞體系，這體系的特點(diǎn)就是刺激一個(gè)細(xì)胞，細(xì)胞會(huì)發(fā)出電信號(hào)，而接下來(lái)可以對(duì)電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。

(圖片來(lái)源：諾獎(jiǎng)官網(wǎng))

接下來(lái)，他們篩選出了72個(gè)候選基因，經(jīng)過(guò)一一排除，最后找到了一個(gè)新的感受機(jī)械壓力的通道蛋白Piezo，這個(gè)詞來(lái)源于古希臘語(yǔ)壓力(píesi)。

(圖片來(lái)源：諾獎(jiǎng)官網(wǎng))

這次諾獎(jiǎng)的內(nèi)容可以用一張圖來(lái)統(tǒng)一匯總：

溫度/熱痛覺(jué)是和TRPV1有關(guān)，觸覺(jué)刺痛是和PIEZO2有關(guān)，它們都是人體感受器的一部分。

(圖片來(lái)源：諾獎(jiǎng)官網(wǎng))

為什么他們能夠獲得諾獎(jiǎng)？

可能有人會(huì)好奇，這東西不是很早就知道了嘛，笛卡爾就思考過(guò)人是如何感受熱量的。中學(xué)生物書(shū)上也有反射弧這一概念，大致路線是：感受器-傳入神經(jīng)-神經(jīng)中樞-傳出神經(jīng)-效應(yīng)器。為什么他們的研究還能夠獲得諾獎(jiǎng)?

其實(shí)，問(wèn)題就在這里，上圖是一個(gè)很粗略的過(guò)程，其中涉及到了很多細(xì)節(jié)問(wèn)題，其中典型的就是感受器。以手為例，手上可是沒(méi)有味覺(jué)受體的，它是沒(méi)法感受到味道的，但是手為何能感受到辣椒的火辣感覺(jué)呢?到底是什么東西觸發(fā)了手的感覺(jué)，產(chǎn)生了神經(jīng)電流呢?這就是這次諾獎(jiǎng)得主研究的內(nèi)容。諾獎(jiǎng)委員會(huì)指出，這兩位諾獎(jiǎng)得主在TRPV1、TRPM8、以及Piezo通道上的突破性貢獻(xiàn)，不僅讓我們知道人體如何感知冷熱，感知觸覺(jué)，從而理解身邊的世界，后續(xù)的研究還為我們帶來(lái)了更多生理上的洞見(jiàn)，也被用于開(kāi)發(fā)多種治療疾病的藥物，實(shí)實(shí)在在將科學(xué)轉(zhuǎn)化為了造福病患的工具。

參考文獻(xiàn)：

Zagotta, William N., et al.“Measuring distances between TRPV1 and the plasma membrane using a noncanonical amino acid and transition metal ion FRET.” Journal of General Physiology 147.2 (2016): 201-216.

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