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感覺是人類賴以生存的基本生理機能。從生理機制上來講,感覺是感受器接受刺激所產(chǎn)生的表示身體內(nèi)外經(jīng)驗的神經(jīng)沖動過程。感受器就是感覺神經(jīng)元周圍突起的末梢,它能接受刺激,并把刺激轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動,由感覺纖維傳入神經(jīng)中樞引起感覺。每種感受器只能感受某種特定的刺激,所以感受器的構(gòu)造是多種多樣的。
在感受器中,起重要作用的是受體。這些受體是糖蛋白或脂蛋白構(gòu)成的生物大分子,能夠同激素、神經(jīng)遞質(zhì)、藥物或者細胞內(nèi)信號分子結(jié)合,并能引起細胞功能變化。如果外來物質(zhì)或體內(nèi)的代謝廢物對受體的刺激過大,身體就會有所反應(yīng),讓我們感到不舒服,甚至給身體健康帶來危害。此時,我們可以選擇該受體的阻滯劑降低受體與相應(yīng)物質(zhì)的結(jié)合,從而改善健康水平。受體還可以誘導(dǎo)細胞生長、分裂和死亡,可以調(diào)控膜通道“開關(guān)”或調(diào)節(jié)細胞結(jié)合,在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、免疫治療和免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。因此,受體是生物學(xué)家、化學(xué)家和醫(yī)藥學(xué)家的重要研究對象。
科學(xué)家對溫覺受體的發(fā)現(xiàn)具有一定的偶然性。早先,一些科學(xué)研究表明,在辣椒素和高溫的刺激下,一部分感覺神經(jīng)細胞會變得活躍。然而,科學(xué)家沒有找到這種現(xiàn)象的生物化學(xué)機制。于是,美國科學(xué)家大衛(wèi)?朱利葉斯著手研究人們吃辣椒后引發(fā)的身體反應(yīng),試圖揭示火辣感覺的本質(zhì)。之前,科學(xué)家已經(jīng)認識到,在辣椒中,對人體產(chǎn)生刺激起關(guān)鍵作用的是辣椒素,但是對其作用的微觀機制并不清楚。
大衛(wèi)?朱利葉斯創(chuàng)建了一個包含數(shù)百萬個基因的數(shù)據(jù)庫,這些基因可以對疼痛、溫度和觸覺作出反應(yīng)。最終,他確定了能夠使細胞對辣椒素敏感的基因,由這個基因編碼的蛋白質(zhì),就是人體感受辣椒素的受體,后來被命名為“TRPV1”。這種受體位于細胞膜上,是一種離子通道型受體,主要存在于神經(jīng)、肌肉等可興奮的細胞中。這種受體可運輸特定的離子,從而產(chǎn)生神經(jīng)系統(tǒng)可接收的電信號。正是TRPV1這個受體,讓人們接觸辣椒素后產(chǎn)生“火辣辣”的感覺。
進一步的研究表明,TRPV1受體除了對辣椒素有所反應(yīng)外,還可以對其他溫熱感覺做出反應(yīng)。因此,TRPV1受體也被科學(xué)家稱為溫覺受體。這項研究證實了科學(xué)家之前的發(fā)現(xiàn)是對的——熱感和辣感的確都是相同的受體在起作用。因此,人們發(fā)現(xiàn)冷感可以消除辣感,如果我們在吃完辣椒后感到難受,再喝點水或吃點冰激凌,感覺就好多了。這是因為冷的食物可以抑制人體內(nèi)TRPV1受體的興奮度,從而降低辣椒素帶來的火辣刺激。
既然有感受溫熱的受體,那么是不是也有感受涼爽的受體呢?在辣椒素受體研究的基礎(chǔ)上,朱利葉斯利用從薄荷中提取的薄荷醇作為刺激源,從基因庫中找出相應(yīng)的基因,識別出能對薄荷醇作出反應(yīng)的TRPM8受體。進一步的研究發(fā)現(xiàn),TRPM8受體在低溫的刺激下會產(chǎn)生強烈的電信號。因此,朱利葉斯確認它就是感知涼爽的受體,并將其稱為“冷覺受體”。
相對于對冷熱變化來說,人類對觸碰更為敏感。然而,當人體感知溫度的機制被不斷揭開時,科學(xué)界仍不清楚人體將機械刺激轉(zhuǎn)化為觸覺的受體是什么。科學(xué)家阿登?帕塔普蒂安在實驗室中培養(yǎng)了一種膠質(zhì)瘤細胞,這種細胞在感受到觸碰帶來的壓力后會產(chǎn)生電信號。接下來,他也按照朱利葉斯的研究方法,去篩選控制觸覺的基因。他篩查出72個候選基因,然后將這些基因逐一滅活。每滅活一個基因,就檢測一下細胞是否還會在觸碰后產(chǎn)生電信號。如果某次滅活后檢測不到電信號,那么那次被滅活的基因就是對壓力敏感的基因。最終,帕塔普蒂安找到了那個基因,并在膠質(zhì)瘤細胞的細胞膜上發(fā)現(xiàn)了這個基因編碼的受體。他將所發(fā)現(xiàn)的觸覺受體命名為“PIEZO”,這個詞在希臘語中的意思是“壓力”。他還發(fā)現(xiàn)這類受體有兩種,即PIEZO1和PIEZO2。當然,這兩個受體不只存在于膠質(zhì)瘤細胞中,它們還存在于其他多種細胞中。
大衛(wèi)?朱利葉斯的研究發(fā)現(xiàn),溫覺受體還與痛覺相關(guān),尤其是與炎癥相關(guān)的疼痛。在我們患有疾病的時候,醫(yī)生會叮囑要忌辛辣食物,不管是感冒發(fā)燒、鼻炎哮喘還是腸胃不適、發(fā)炎生痘都要忌辛辣。這就是因為溫覺受體在受到辣椒素刺激后,會讓人體釋放炎癥遞質(zhì),導(dǎo)致組織發(fā)炎、紅腫、哮喘、流鼻涕等。因此,如果能找到抑制溫覺受體發(fā)揮作用的藥物,就能降低人體對疼痛的感知,達到緩解疼痛的效果,有效治療折磨不少患者的慢性疼痛,也能為抑制癌癥等疾病引發(fā)的疼痛提供新方法。
利用朱利葉斯的研究方法,其他科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了更多的TRP類受體,比如會被芥末激活的TRPA1受體、會被百里香激活的TRPA3受體。相關(guān)研究還發(fā)現(xiàn),在一些癌癥患者體內(nèi),多種TRP受體發(fā)生了一定程度的變化。這個研究成果表明,對TRP受體的監(jiān)測可用于診斷癌癥,對TRP受體的調(diào)控可以治療癌癥。
帕塔普蒂安的研究表明,觸覺受體不但讓我們有效地感知周圍的碰觸,而且還能在感知自身位置和運動等方面起到關(guān)鍵作用。與觸覺受體相關(guān)的基因突變會導(dǎo)致多種遺傳病,導(dǎo)致患者辨距困難、步態(tài)異常、脊柱側(cè)彎、肌肉無力和萎縮等。隨著后續(xù)的深入研究,科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn),觸覺受體對調(diào)節(jié)其他與壓力有關(guān)的生理過程也會起到關(guān)鍵作用,比如血壓、呼吸和排泄。醫(yī)藥專家正在開發(fā)調(diào)節(jié)觸覺受體的藥物,以緩解相關(guān)疾病給人類帶來的痛苦。
(摘編自楊先碧《破解人類感知之謎》)(1)下列對材料內(nèi)容的理解和分析,不正確的一項是
A.感受器
刺激
神經(jīng)沖動
神經(jīng)中樞
感覺
B.受體
受體激素、神經(jīng)遞質(zhì)、藥物、細朐內(nèi)信號分子引起
細胞功能改變
C.受體
細胞生長、分裂死亡
膜通道結(jié)合細胞結(jié)合
信號轉(zhuǎn)導(dǎo)免疫治療免疫反應(yīng)
D.溫覺受體
特定離子
電信號
神經(jīng)系統(tǒng)
溫熱等感覺
(2)下列對材料內(nèi)容的理解和分析,不正確的一項是
A.TRPV1的發(fā)現(xiàn)開啟了一扇全新的大門,科學(xué)家們可以沿著這個路徑去研究其他溫度感應(yīng)受體。
B.帕塔普蒂安參考朱利葉斯的研究方法,對候選基因進行篩查,發(fā)現(xiàn)了存在于膠質(zhì)瘤細胞中的觸覺受體。
C.想要有效治療慢性疼痛或抑制癌癥引發(fā)的疼痛,就要研發(fā)出抑制溫覺受體發(fā)揮作用的藥物。
D.帕塔普蒂安的研究揭示了人類感知壓力的分子機制,為與觸覺相關(guān)的生理疾病研究提供了重要依據(jù)。
(3)根據(jù)材料內(nèi)容,下列說法不正確的一項是
A.如果有外來物質(zhì)使β受體受到過大刺激,引起了心率加快、血壓增高等癥狀,那么治療方案中可以建議選擇該β體阻滯劑進行干預(yù)。
B.人們常說“人生有五味,酸甜苦辣咸”,但是通過大衛(wèi)?朱利葉斯的實驗可知“辣”實際上是溫覺受體受到辣椒素刺激產(chǎn)生的辣感。
C.盲人在用手指輕按盲文字母凸起的圓點時,按壓處的神經(jīng)感覺器接收到壓力等信號,最終產(chǎn)生觸覺,從而可對盲文進行識別。
D.隨著科學(xué)的高度發(fā)展,大衛(wèi)?朱利葉斯等人的研究將人們對感覺的認知上升到宏觀層面,這種巨大進步為人類健康提供了保障。
(4)請結(jié)合材料一第4、5段內(nèi)容,給“TRPV1”下一個定義。
(5)本文是一篇有關(guān)自然科學(xué)的科普文,充分體現(xiàn)了“科學(xué)性”,請結(jié)合材料簡要分析這一特點。