自2021年10月4日诺贝尔生理学或医学奖公布之日开始，作者在本人头条号《奇云空间》连续发表了多篇有关2021年诺贝尔生理学或医学奖的解读文章。其中包括：
五、阿登·帕塔普蒂安与机械力感知受体离子通道的发现
（一）TRPV1的发现是一个重大突破
在上一期我们已经介绍，2021年诺贝尔生理学或医学奖得主大卫·朱利叶斯（David Julius）教授最主要成果之一是使用来自辣椒的辣椒素来识别“温度感应受体”，发现了温度感应受体之一的辣椒素受体——TRPV1。
当朱利叶斯教授研究这种蛋白质对热的反应能力时，他发现这种受体是离子通道，在感觉疼痛的温度下会被激活。
瞬态受体电位通道TRP （Transient receptor potential）是一类细胞通道蛋白。首先在果蝇感光细胞中发现，携带trp突变使细胞不能对持续光刺激产生反应，只能产生瞬时电位。
TRP在多个组织中表达，根据表达细胞类型不同，在经受不同刺激后，通道开放使阳离子如钙离子流入细胞，改变影响细胞的状态。
2021年诺贝尔生理学或医学奖得主大卫·朱利叶斯（David Julius）教授
TRP家族可分为如下多个亚族：
TRPC (canonical),
TRPM (melastatin),
TRPV (vanilloid),
TRPA (ankyrin),
TRPP (polycystin),
TRPML (mucolipin)。
大多数TRP通道位于细胞质膜，有部分通道蛋白可位于细胞器内吞体和溶酶体膜上发挥功能，如TRPML亚族蛋白。
TRPV1是指“瞬态受体电位阳离子通道，子类V，成员1”（transient receptor potential cation channel,subfamily V,member 1），该通道是一个蛋白质，在人类基因中由TRPV1基因所编码。这一通道属于一种离子通道，是瞬态受体电位族中的一员，属于TRPV组（即瞬态受体电位通道，子类V）。
TRPV1是一个配体门控非选择性阳离子通道，可以被各种外因性及内因性的物理及化学刺激所激发，例如：温度超过43℃、pH值低（酸性环境）、内源性大麻素花生四烯酸乙醇胺、N-花生四烯酰基多巴胺以及辣椒素。这一通道被发现存在于中枢神经系统及末梢神经系统上，并且涉及痛觉的传递和调制，以及整合各种同疼痛信息。
无独有偶，通过同样的实验过程，朱利叶斯的研究团队还找到了另一种能被寒冷激活的受体——TRPM8。
TRPM8，瞬态受体阳离子电位通道，子分类M，成员8（TRPM8），是一种存在于人类身上的蛋白质，由TRPM8基因所编码，它又被称为冷及薄荷醇受体1（CMR1）
巧的是，不仅仅是环境温度可以激活这种受体，薄荷醇也可以激活这种受体。这也导致了我们在使用薄荷牙膏或者吃薄荷硬糖的时候会有一种莫名其妙的清爽感。
可以说，TRPV1的发现是一个重大突破，引领了揭示其它温度感应受体的道路。例如，朱利叶斯和帕塔普蒂安两位诺奖得主各自独立地使用化学物质薄荷醇（menthol）鉴定出了TRPM8，一种被证明能被寒冷激活的受体。此外，还有一些与TRPV1和TRPM8相关的其它离子通道也陆续被发现，这些离子通道可以被一系列不同的温度激活。
（二）发现机械力感知受体
尽管感受温度的机制在科学家们的探索下逐渐明晰，但是机械性刺激是如何转换成触觉和压力的奥秘，仍然是个不解之谜。
研究人员以前曾在细菌中发现了机械力感知受器，但脊椎动物的触觉机制仍是未知的。在美国加州拉霍亚的斯克里普斯研究中心工作的帕塔普蒂安希望找到这个难以捉摸的机械力刺激感知受体。
帕塔普蒂安和他的合作者首先确定了一个细胞系，当单个细胞被微吸管戳中时，会发出一个可测量的电信号。他们推测，由机械力激活的受体是一个离子通道，并且紧接着确定了72个编码可能受体的候选基因。然后挨个对其进行激活，用于找到真正和机械性感受相关的基因。
经过艰苦的探索，帕塔普蒂安和他的同事们成功地确定了一个单一的基因，该基因的沉默使细胞对微吸管的戳刺不敏感。由此，一个新的、完全未知的机械敏感离子通道被发现了，并被命名为“PIEZO1”，这一名字取自希腊语中的压力（í;píesi）。
通过与PIEZO1的相似性比对，第二个相关基因也被发现了，被命名为“PIEZO2”。
（三）探寻触感机制过程中的高光时刻
PIEZO1和相关蛋白PIEZO2的发现，可以说是数十年来探寻触感机制过程中的高光时刻了。
PIEZO属于离子通道，即细胞膜上允许离子通过的通道，且这种离子通道恰好对细胞张力敏感。此外，他们发现感觉神经元可表达高水平的PIEZO2，进一步的研究确定了PIEZO1和PIEZO2是离子通道，可以被细胞膜表面的压力给激活。
帕塔普蒂安的突破进展让他和其他团队发表了一系列论文，证明了PIEZO2离子通道对触觉至关重要。
此外，PIEZO2被证明在身体姿态和运动等极其重要的感知（称为本体感觉）中起着关键作用。
PIEZO通道是负责感知机械力的。对于我们的每一个拥抱，我们使用每一种工具，包括我们天天刷手机，可能大家平时对这些行为的发生都习以为常了，但这些行动都依赖于对力的感觉，它实际上就是由PIEZO来介导。
在进一步的研究中，PIEZO1和PIEZO2通道被证明可以调节其他重要的生理过程，包括血压、呼吸和膀胱控制。
PIEZO1基因功能缺失可导致一种淋巴管畸形，表现为面部和四肢淋巴水肿，表明PIEZO1参与了相应淋巴结构的发育。PIEZO1的功能获得性突变可导致溶血性贫血，出现巨红细胞症、口形红细胞及红细胞脱水。
PIEZO2基因突变也是数种遗传疾病的基础，这些疾病表现为触觉、振动和本体感觉的改变。其中，PIEZO2缺乏综合征患者的本体感觉、触觉和振动觉显著减弱，这会导致感觉性共济失调、辨距困难、步态异常、肌肉无力和萎缩、脊柱侧弯、围生期呼吸窘迫及膀胱源性排尿障碍等。PIEZO2的功能获得性突变则表现为眼球运动异常、身材矮小、腭裂及小颌畸形等。
首先，温度感觉和包括触觉和本体觉在内的机械力感觉加在一起正好是躯体感觉（somatosensation）；其次，温度和机械力都是物理刺激（嗅觉味觉都算化学刺激感觉）；再次，温度和机械力受体都是离子通道（视觉受体、嗅觉受体、以及除咸味和酸味之外的味觉受体都是G蛋白偶联受体）。
从最大的科学贡献来说，朱利叶斯实验室发现了哺乳动物里第一个(热)温度感知受体TRPV1，帕塔普蒂安实验室发现了哺乳动物里第一类机械力感知受体PIEZO1和PIEZO2。但二人实验室又都分别独立发现了感受低温的受体TRPM8,且帕塔普蒂安实验室还发现了感受伤害性低温刺激的受体TRPA1。
诺奖委员会给出的颁奖理由是：“发现了温度和触觉受体”，并重点点评了TRPV1（热受体）、TRPM8（冷受体）和PIEZO（力受体）三类离子通道的发现。
在过去的十年中，对PIEZO和其他机械敏感离子通道的研究蓬勃发展。过去三年中，仅围绕PIEZO就发表了300多篇论文。大家最关心的问题之一是，位于细胞膜上的蛋白质如何感知力并对其作出反应。科学家利用冷冻电镜（cryo-EM），在揭示PIEZO独特的三叶结构方面取得了进展。
幸运的是，2013年，清华大学的神经系统科学家肖百龙组建自己的实验室时，另一种能够获得高分辨率结构图像的技术出现了：冷冻电镜技术。他的研究团队利用该技术，在2015年第一次报道了PIEZO1的结构。肖百龙之前曾在帕塔普蒂安的实验室从事博士后研究。2020年9月，肖百龙团队进一步得到了PIEZO2的结构图，其大小和形状与PIEZO1类似。
肖百龙团队的PIEZO2图像是迄今为止，从三个叶片尾部角度拍摄的最清晰的结构图，这三个叶片在不断运动，因此很难抓拍到清晰的图像。所得的图像非常惊艳。三个PIEZO蛋白形成三聚体穿过细胞膜。以中央孔为中心，三个蛋白盘旋向外，就像螺旋桨叶片那样。它们向上向外弯曲，在细胞表面形成了一个深深的凹陷结构。
除了结构学研究，从功能学角度出发，科研人员发现PIEZO蛋白在体内有不止一种作用。
PIEZO1介导的机械转导参与红细胞体积调节、骨骼发育和重塑、心血管发育与功能、肾功能、轴突再生、先天免疫、脂肪炎症和脂肪生成、压力性胰腺炎、肠道蠕动和结肠炎等多种生理病理过程。
而PIEZO的功能则更广泛，几乎参与了身体内各种组织器官和生理过程的机械力感知，在包括感觉神经元、内皮细胞、红细胞、平滑肌细胞、上皮细胞以及成骨细胞等多种细胞类型中介导机械敏感阳离子电流。
PIEZO2则是初级感觉神经元和感受器细胞（如Merkel细胞）上的机械力感知受体，介导轻微触觉、触摸痛、本体感觉、呼吸道伸展和肺膨胀、血压反射弧调控（连同PIEZO1）、低阈值膀胱伸展和尿道排尿等生理病理功能。
从另外一个角度，它跟很多疾病有重要的相关性，PIEZO通道的一些基因突变可以导致多种人类遗传疾病，PIEZO通道正常有比较重要的生理功能，异常会导致很多的人类遗传疾病，说明它对人体的功能有不可或缺的重要作用。
