當你不看身體時，你的身體如何知道你的肢體在哪裡？當該去洗手間或者觸控是令人舒緩還是痛苦時，身體如何感知？
所有這些能力都依賴於感知觸覺或壓力的機制。本週，加利福尼亞州拉霍亞斯克裡普斯研究所的阿登·帕塔普蒂安因其對發現此類機制的貢獻而被授予諾貝爾生理學或醫學獎，這些機制檢測這些感覺輸入並將其轉化為大腦可以感知到的神經衝動。他與加利福尼亞大學舊金山分校的大衛·朱利葉斯分享了該獎項，朱利葉斯的工作揭示了我們如何感知熱和疼痛。
帕塔普蒂安和他的同事們鑑定了壓力敏感離子通道，稱為 Piezo1 和 Piezo2——嵌入在某些細胞膜中的特殊蛋白質分子，使它們能夠傳輸訊號以響應觸控或壓力。為了找到它們，研究人員有條不紊地滅活壓力敏感細胞中的單個基因，直到他們找到指示細胞製造這些離子通道的基因，從而關閉細胞響應觸控的能力。然後，他們將這些基因插入到對觸控不敏感的細胞中，並表明這些細胞獲得了這種敏感性。
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這種機制對於從瞭解一個人肢體在空間中的位置（一種稱為本體感覺的感覺）到檢測膀胱充盈度和肺部空氣量至關重要。理解它對於基礎科學來說是一項突破，並且有一天可能導致治療觸控或內臟器官感知的障礙。
《大眾科學》與帕塔普蒂安談論了他如何得知自己獲得了諾貝爾獎、為什麼觸覺在如此長的時間裡仍然是一個謎以及為什麼這些發現對人類生理學如此重要。
[以下是採訪的編輯稿。]
您是如何發現自己獲得了諾貝爾獎的？
我的手機處於“請勿打擾”模式，所以我差點沒收到訊息。我的父親 94 歲了，他和我的母親獨自住在洛杉磯。他們有一部座機，所以他們接到了電話。他能夠給我打電話，所以我從我父親那裡聽到了這個訊息——這實際上是一個非常特殊的時刻。我的意思是，他們沒有告訴他。他只是說，“我想你得到了”，因為他們給他打了電話。但這是一個美好的時刻。即使你認為這有可能，聽到這個訊息仍然是一個完全的震驚。而且現在是凌晨兩點，所以你擔心自己根本不清醒。
這真是瘋狂的 24 小時，但我很享受。這不僅僅關於我，還關於我實驗室的人、我的研究所、研究觸覺的整個領域。每個人都為此感到非常高興。
為什麼溫度和觸覺如此重要？
我總是喜歡強調，我的同事和我研究我們所做的事情只是因為對基礎科學的興趣。我認為這很令人著迷，當我們開始這項研究時，五大主要感覺之一的機制——我們如何感知觸覺——尚不為人所知。這是非常獨特的，因為其他一切——無論是你在談論基於化學物質的氣味或味道，還是從你身體分泌的激素，如胰島素——都是化學感知。因此，這裡有一種完全不同的現象，它基於感知物理刺激，例如壓力。
但我也發現本體感覺這個概念非常有趣：你的肢體相對於你身體其餘部分的位置感。我認為這可能是你最重要的感覺。我想說，大多數人可能甚至從未聽說過它，或者從未停下來思考過這種感覺。你的感覺神經元支配你身體的所有肌肉，並且從你的肌肉被拉伸的程度來看，你有一個非常直觀的——實際上不用看——你的肢體在哪裡的影像。這就是我如何閉上眼睛觸控我的鼻子。這就是本體感覺。我認為，部分原因，人們認為這是理所當然的，因為你永遠無法關閉它。這不像你的視覺，你可以閉上眼睛說，“這就是沒有看到的世界的樣子。”
溫度、觸覺和疼痛感都是相關的，並且它們是由相同的神經元[機制]完成的，這一事實為為什麼研究它很有趣提供了一個非常有力的理由。
您能否概述一下導致您獲獎的研究？
這個想法非常簡單。我們知道，要啟動觸覺，需要這些壓力啟用的離子通道來做一些非常基本的事情：它們要麼關閉，要麼開啟。當它們開啟時，離子（例如，鈉）就會進入。這是神經元理解的語言，因為[鈉離子的湧入]會使神經元去極化併發送一個稱為動作電位的訊號，然後該訊號可以與下一個神經元對話。但是這些壓力感測器[或受體]的身份尚不清楚。這在過去 10 年裡一直是我生活的重點。當我們 2010 年首次發現 Piezo 受體時，是因為我們採取了一種非常還原論的方法。我們說，“我們知道我們的身體中有這些壓力感測器，但我們不知道它們是什麼。”我們說，“找到它們的最簡單方法是找到一種細胞系——一種在培養皿中生長的細胞——對壓力有反應。”
所以我的[當時的]博士後學者伯特蘭·科斯特找到了一種以這種方式響應壓力的細胞系。他列出了一系列候選基因，並逐個敲除[滅活]它們，並試圖檢視這種壓力感應反應是否仍然存在。這非常費力。他大約花了三天時間來測試每個候選者，所以他有一整年的負面資料。然後，最終，候選者編號 73——當他刪除或敲除它時，這種壓力反應消失了。因此我們知道我們手頭上有一些有趣的東西。
接下來您做了什麼來證明這些基因實際上對於感知壓力是必要的？
現在的大實驗是取出這些基因並製造一個全長蛋白質，並將其放入一個對機械刺激不敏感[觸覺敏感]的細胞中——我們放入的每個細胞都變得對機械刺激敏感。這就是我們所說的“必要且充分”。這兩個實驗加在一起，非常有說服力地證明這就是感測器。
這項工作有哪些實際應用？
在幾年之內，我們表明這些離子通道是觸覺、本體感覺、慢性疼痛病症中常見的一種特定型別疼痛感覺的主要感測器。我們還表明，它們在內感受中起著重要作用，內感受是對內臟器官的感知。以膀胱充盈度為例：每次你感覺必須去洗手間時，這都是一種機械感覺——膀胱擴張，它會告訴你何時必須去。這似乎是 Piezo2 依賴性的。每次你呼吸時，Piezo 通道都在監測你的肺部擴張了多少。這樣的例子不勝列舉。我們還表明，這些離子通道感知血管中的血壓，並且是保持血壓恆定的反饋迴路的一部分。
我們還與美國國立衛生研究院的亞歷山大·切斯勒和他的同事合作，他們可以接觸到研究物件，這些研究物件缺乏 Piezo2。他們的主要表型是他們不協調——他們直到五歲或更大才學會走路，即使這樣，他們也需要幫助才能做到。切斯勒和他的團隊在進行測試時很快意識到，這些人無法區分觸控，並且他們的本體感覺完全失靈。他們具有與某些形式的異常性疼痛患者相同的缺陷，異常性疼痛是指觸控變得疼痛（例如，如果你曬傷了，僅僅穿上襯衫或觸控你的肩膀就會疼痛）。患有神經性疼痛的人會長期經歷這種現象，並且真的沒有好的藥物可以治療它。我們已經做了一些測試來表明這些情況是 Piezo2 依賴性的。這就是為什麼我們認為它實際上可能成為未來一個有趣的藥物靶點。
存在挑戰；這些分子不容易靶向。但更重要的是，用口服藥片滅活全身的 Piezo2 並不是一個好主意。那會擊倒你的觸覺、本體感覺和所有其他感覺。因此，對此的任何調節都必須區域性進行，也許僅在膀胱內進行。或者，如果你在肘部或身體其他部位患有非常嚴重的神經性疼痛，我可以想象一種區域性用藥。我們離那還很遠，但這可能是有用的。
您在黎巴嫩的戰爭和暴力時期長大。這如何影響了您的人生和事業？
我是亞美尼亞裔。我在黎巴嫩長大，當我 18 歲時，我幾乎逃到了美國。我認為這對我產生了巨大的影響。你知道，在飽受戰爭蹂躪的國家長大，我甚至無法想象從事科學事業。來到這裡是一個巨大的衝擊，但與此同時，我認為我一直都在告誡自己不要把事情視為理所當然，因為我經歷了艱難的童年和我經歷的所有事情。我認為這幫助我珍惜我所擁有的一切，並認識到能夠在這裡接受我所受的教育是多麼的榮幸——讓政府資助基礎科學，我認為這絕對是明智之舉，因為不僅發現很棒，而且所有實際應用都來自基礎發現。而且我認為美國仍然是世界上最鼓勵這一點的國家之一。