《科学画报》
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为什么辣椒酱除了让你感到辣，还会感到热？
2020-10-27 12:25:00辣和热在物理上完全不同，但是，为什么英文问食物有多辣(spicy)，可以用多热(hot)?原因是进食辣味食物时，人的口(和唇)可以同时有两种感觉：辣和热。不过，辣味并不提高口腔(或唇)的温度。那么，为什么人吃辣椒时口腔会同时感到辣和热?这一司空见惯的常识，其原因在1997年被揭开。
20世纪80年代，美国加利福尼亚大学圣弗朗西斯科分校的戴维·朱利叶斯开始用当时算比较新的方法——表达克隆，寻找五羟色胺的受体。十几年后，他继续用这一方法，寻找辣椒素的受体。1997年，他找到了一个被辣椒素激活的蛋白质分子VR1。而且，他还发现VR1能被加热激活。因为已知辣椒素与痛觉通路有关，所以，这一工作同时揭开了温度感受的机理和痛觉的外周感受的部分机理。其中，痛觉的研究当时还需后续实验。
在进化上，辣味和热感是可以分开的，鸟类用VR1只感受热，并不感受辣，因为鸟类与哺乳类的VR1在氨基酸序列上有差别。2002年，朱利叶斯实验室发现并证明了鸟类和哺乳类的VR1的差别所在。
1997年，朱利叶斯实验室找到大鼠的VR1时，发现它属于TRP通道家族。早在1969年，科学家在果蝇中发现了Trp基因，后续实验证明了它的功能是离子通道。后来，更多类似Trp的基因被发现于多种生物，包括人。于是，把这些基因都归入到TRP通道家族。
果蝇的Trp基因本身并不感受光，其他类似Trp的基因具体起什么作用，以及如何起作用，也都不清楚。直到1997年，朱利叶斯实验室揭开了TRP通道家族一个成员的直接功能，从此，TRP通道家族的研究热火朝天。很多人加入研究行列，发现更多TRP通道家族成员，发现更多功能。比如，朱利叶斯实验室于2002年用薄荷寻找冷敏感的分子，结果发现它是TRP通道家族另一成员。还有科学家发现TRP通道家族感受压力的成员。
TRP通道家族成员功能的确定，解决了一些常见感觉，比如温度、压力、部分痛感的第一级分子机理，有较大意义。在公认TRP通道家族有多种重要作用后，人们就很想了解其机理。这时，结构生物学就显得很重要。结构生物学以前主要依赖X射线衍射，也可用磁共振研究部分小分子的结构，而一般不用电子显微镜，因为对蛋白质分子中的关键结构来说，电子显微镜的分辨率不够高。
多年来，少数科学家努力提高电子显微镜的分辨率，他们的工作前期进展缓慢，最近有重要突破。2013年，有几篇文章报道了科学家用冷冻电镜解析蛋白质的结构。2013年12月5日，美国加利福尼亚大学圣弗朗西斯科分校的程亦凡与朱利叶斯两个实验室合作，解出了TRP通道家族V1的结构，引起科学界的很大兴趣。
如果没有结构分析，朱利叶斯有可能单独获诺贝尔生理学或医学奖。现在有了结构分析，而且是冷冻电镜应用成功的早期例子之一，朱利叶斯与程亦凡获诺贝尔化学奖的可能性很大。尤其是近十年来，诺贝尔化学奖不仅常常颁给生物相关的科研成果，而且是每三年就有一次颁给结构生物学相关的科研成果，诺贝尔化学奖委员会的热心对朱利叶斯和程亦凡不是坏事。
程亦凡是武汉大学1978级物理系本科生，在武汉大学物理系获硕士后，于1991年在中国科学院物理研究所获博士。他在欧洲和美国几经周折，改用物理学方法研究生物学问题，加入结构生物学领域，用过X射线衍射，现在用冷冻电镜创造了2013年的成就。
程亦凡到2006年才任助理教授，这时，他的学术同龄人多半或是教授，或放弃学术生涯，一般人很难坚持这么久。
我国努力提高培养研究生的能力，使研究生的质量不断提高。目前的国内博士研究生，会有一批、而不是个别，做得非常好。
今后，国产博士将做得更好。
文/饶毅
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