2021年度諾貝爾生理及醫學獎於今天揭曉，兩位致力於研究人體溫覺和觸覺形成機制的美國科學家獲得殊榮。他們分別是加州大學聖迭戈分校的戴維朱利葉斯和加州斯克裡普斯研究所的阿登·帕塔普蒂安。
其中，大衛·朱利葉斯利用辣椒素來確定面板神經末梢中對熱反應的感測器。阿登·帕塔普蒂安利用壓敏細胞發現了一類新的感測器，對面板和內部器官的機械刺激作出反應。
今天，我們就來聊聊大衛·朱利葉斯。
大衛對辣椒展開研究
相信很多人都知道，人的味覺感受只有酸、甜、苦、鹹4種。很長一段時間內，科學界也是這樣認為的。直到2002年味蕾上的鮮味受體被發現，鮮味才和另外4種味覺感受獲得同等的地位，被認定為第5種味覺感受。
很多人就很奇怪，為什麼酸甜苦辣鹹的“辣”不是屬於味覺呢？有一位科學家也很好奇這個問題，他就是大衛朱利葉斯。
他把辣椒中提取的辣椒素（ capsaicin） 來研究。當然，這個研究並不容易，因為神經中對應痛覺的基因有不少，而且更為麻煩的是，你要想在細胞層面研究，那就問題來了，細胞，其實是沒有“痛覺”的。細胞，其實是沒有“痛覺”的。於是大衛教授就決定用大資料來篩選，當然，這裡的大資料是生物學上的基因文庫，就是包含了很多基因的一個混合體。
事實上，從神經層面來看，我們的大多數感官可以簡化地理解成“接受刺激 - 傳遞訊號 - 大腦接收資訊並做出反應”。比如，我們的嗅覺和味覺都是一種化學檢測系統，視覺則是透過感受光的刺激來形成訊號。觸覺、疼痛等軀體感覺也在外部環境的刺激下產生反應。
這個過程需要一類被稱為感受器（receptor）的結構的幫助。我們可以把感受器理解成“鎖”或者“門”，它們在特定情況下才會被啟用，就像鎖需要特定鑰匙才能開啟一樣。
大衛發現辣椒素受體
1997年，大衛在感受疼痛的神經元上識別出了受體分子，他還成功克隆了這個能被辣椒素（ capsaicin） 啟用的受體，由此被稱為辣椒素受體。辣椒素受體能檢測辣椒素，而我們在食用辣椒素時，辣椒素受體也負責感知熱量。也就是辣=痛=熱，You are so hot。
這也就是解釋了為什麼紅辣椒會讓我們的嘴巴感覺灼燒，吃完辣椒第二天“身體末端”很有可能也會經歷火辣辣地疼。
由於辣椒素為香草酸（ vanillic acid） 類化合物，因此也稱為香草酸受體（ vanilloid receptor，VR1） 。根據其具有的離子通道的特性，此受體又屬於瞬時感受器電 位離子通道（ transient receptor potentia1 channel） 超家族，所以被規範英文名為 transient receptor potentia1 vanilloid 1（ TRPV1） 。
TRPV1 作為一類與痛覺傳遞有密切聯絡的膜上離子通道型受體，引起疼痛感覺的傷害性感受 （ nociception） 首先是透過面板或內臟黏膜內的傷害性感受器（ nociceptor） 感知，以電訊號的方式透過傳遞痛覺的傳入神經纖維（ 主要是無髓鞘的 C 類纖維和部分少髓鞘 Aδ 類纖維） 傳遞給初級感覺神經元（ 脊髓背根神經節和三叉神經節） ，由此類神經元整合後進一步傳遞給脊髓的二級神經 元，再沿脊髓逐步上傳，最終進入大腦皮層（ 皮層感覺中樞） 才形成有意識的痛覺。而在以上傳遞途徑中都有 TRPV1 表達，TRPV1大量表達在感覺神經元上，受到啟用時，允許鈣離子等穿過這一通道，從而讓神經細胞發放電訊號。所以目前研究認為 TRPV1 是感知疼痛的關鍵分子之一。
關於TRPV1的研究成果
大衛進一步對辣椒素進行研究，發現TRPV1 除了會被辣椒素（capsaicin）啟用外（所以辣椒會引起疼痛感），大衛教授與同事們發現，毒蜘蛛產生的毒素DkTx、植物產生的樹膠脂毒素RTX等誘發疼痛和炎症的化合物，同樣會啟用TRPV1。此外，TRPV1還對高溫敏感，會被43攝氏度以上的溫度啟用。
在戴維研究的基礎上，其他科學家發現，TRPV1 廣泛分佈於哺乳動物的感覺神經纖維，尤其是無髓鞘的 C 類和部分少髓鞘的 Aδ 類纖維。所以，有以上神經纖維支配的組織，幾乎都有 TRPV1 分佈。包括中樞神經、外周神經、呼吸、消化、心腦血管和泌尿等系統。
而缺乏TRPV1（使用蛋白質的基因敲擊）的動物對有毒的熱量和辣椒素失去敏感性。 朱利葉斯實驗室還克隆了TRPM8（CMR1）和TRPA1，這兩個成員都是TRP超級家庭的成員。他們證明TRPM8檢測薄荷醇和較冷的溫度和TRPA1檢測芥末油（異氰酸酯）。
這些觀測表明，TRP 通道檢測了一系列溫度和化學物質。戴維的實驗室還透過發現調節這些通道的毒素、描述不同物種通道的獨特適應和解決多個通道的低溫-EM結構，為新接受性研究做出了重要貢獻。
對TRPV1的研究突破更突破性的進展是在2013年，結構生物學家程亦凡教授和大衛教授合作，在《自然》雜誌發表論文，以3。4埃的原子解析度首次展示了TRPV1的冷凍電鏡結構，並且看到TRPV1通道的不同部分可以響應不同的分子而改變構象，由此掀起了結構生物學領域內“冷凍電鏡革命”。
那這個發現有什麼用呢？近幾年來， TRPV1 一直是被賦予了高期望值的、研發鎮痛藥的靶點之一。除此之外，這個發現不僅為靶向TRPV1的藥物研發提供新思路，也將有助於更加深刻地理解TRP家族離子通道，甚至是其他訊號傳導蛋白的功能。
可以說，大衛教授也沒有想到，自己對辣椒的研究居然對生物界與醫學界產生了深遠的影響。
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