諾貝爾獎專題　

又戳又辣　找出細胞守門員

即使只是裝一杯水的簡單動作，皮膚也有無數「感應器」在協調感覺呵！圖／達志影像

　天氣越來越冷了，早上到了學校，你拿著杯子從飲水機裝好一杯溫水，這時候手上傳來的感覺告訴你，手中這杯開水的溫度恰到好處。

　你有沒有好奇過：為什麼人體可以感受到不同的溫度？為什麼手又能告訴你「正拿著杯子」呢？

　這些看起來「理所當然」的事情，其實背後有複雜的生物分子正在默默運轉，替你隨時偵測外在環境。實際上，當我們把皮膚放大再放大，就能發現在皮膚上有許多神祕的「偵測器」：有些能夠感受到溫度，有些能夠感受到觸覺，是由它們來向大腦報告外在環境的狀況呵！

朱利葉斯教授利用辣椒素，找出細胞上對溫度敏感的蛋白質。

辣椒找出熱感應器

　二○二一年的諾貝爾生理醫學獎由兩位美國學者共同獲得：發現細胞上溫度偵測器的生理學教授朱利葉斯，以及發現觸覺偵測器的神經科學教授帕塔普蒂安。

　這兩種偵測器都是位於細胞膜上的「離子通道蛋白」，負責擔任細胞表面「守門員」的角色。這些蛋白質平常處於「關閉」的狀態，並不開放化學物質透過這裡進出細胞；只有當這些蛋白質接收到某些外在環境的訊息時，才會「開門」，讓符合資格的化學物質通過，進一步傳遞訊息給你的大腦。

　朱利葉斯教授注意到，人們接觸到辣椒時會有刺痛、灼熱的感覺，因此想要找出細胞上是哪個「守門員」在負責這件事。

　朱利葉斯教授從辣椒中萃取出辣椒素，用來測試細胞，看看當哪一個守門員在場的時候，細胞會有反應。

　透過這個方法，朱利葉斯教授不僅找出了辣椒素偵測器──TRPV1離子通道，還發現這個蛋白質在超過攝氏四十三度時也會有反應，並「開門」讓人們感受到痛覺。

　隨後，朱利葉斯教授也利用從薄荷葉中提取的薄荷醇，發現了薄荷醇偵測器──TRPM8離子通道，能感受攝氏二十六度以下的低溫。

　這兩位守門員除了能共同偵測外在環境溫度，好通知大腦調節我們的體溫外，也讓我們能夠感受外在環境，進而做出反應，比如說手碰到熱水時要立即躲開，避免燙傷。

帕塔普蒂安教授發現關掉某些基因後，細胞就對機械刺激（壓力）沒有反應了。

輕戳細胞測試反應

　帕塔普蒂安教授則利用實驗室的「微量吸管」搭配精密的感應器，看看當哪個守門員在場時，細胞遇到機械刺激後，內外的化學物質會發生變化。

　帕塔普蒂安教授挑選了七十二位候選的守門員，並在實驗中發現，當他把某幾位守門員的基因關掉時（也就是細胞無法製造這種守門員），不論怎麼用微量吸管戳細胞，細胞都沒有反應，因而發現過去沒人發現的全新離子通道──Piezo1和Piezo2。

　這兩位守門員能感受皮膚及內臟的機械壓力，除了讓我們知道「我正拿著杯子」外，也能夠幫助人體調節血壓、肺部呼吸，以及膀胱收縮等各式壓力，這些都是仰賴觸覺的刺激。

　這些偵測器守門員不只出現在皮膚表面，也存在於血管、內臟等諸多體內組織，因此實際上負責的功能相當豐富，更涉及神經、發育和醫學等各領域。

　這些發現不只讓我們更了解生物如何偵測外在環境刺激，還能夠幫助科學家治療慢性疼痛和開發止痛藥呵！