「温度と触覚の受容体」の発見

 2021年のノーベル生理学・医学賞が、スウェーデンのカロリンスカ研究所が発表した。今年の授賞理由は「温度と触覚の受容体の発見」である。

 受賞者はカリフォルニア大学教授のDavid Julius(デビッド・ジュリアス)氏とアメリカのScripps Researchに所属するArdem Patapoutian(アーデム・パタポーティアン)氏の共同受賞となった。

 デビッド・ジュリアス氏は、唐辛子の辛味成分であるカプサイシンを利用して、皮膚の神経末端にある熱に反応する受容体を特定。「TRPV1」と名付けたことで知られている。

 一方のアーデム・パタポーティアン氏は、皮膚や内臓の刺激に反応する受容体をメントールを用いて発見。寒さで活性化される受容体「TRPM8」と名付けたことで知られている。

 今回の授賞理由は、これらの発見により人間の神経系が熱や冷たさ、機械的刺激を感知する仕組みについての理解が進んだことが挙げられている。

 また、パタポーティアン氏は、細胞膜に圧力がかかることで活性化するイオンチャネル「PIEZ1」と「PIEZ2」を発見し、これらが触覚に不可欠であることも発表している。PIEZ2は、体の位置や動きを感知するための重要な役割を果たしていることや、PIEZ1およびPIEZ2イオンチャネルが、血圧、呼吸、膀胱の制御など、その他の重要な生理機能を制御していることもこれまでの研究から示されるようになっている。

 なお、TRPV1やTRPM8といったTRPチャネルやPIEZチャネルの発見は、温度の感知や触覚の機構解明に進展をもたらし、現在では慢性疼痛をはじめとするさまざまな疾患や痛みを和らげる治療法の開発などに活用されるようになっているという。

 私たちはなぜ「熱い」と感じるのか?

 「受容体」とは、私たちが外界や体内で発生した「刺激」に反応するために細胞に備えられた「センサー」のようなものだ。

 私たちが日々の食事でさまざまな味を感じることができるのも、私たちの「舌」に、甘み、酸味、塩味、苦味、うま味といった5つの「味センサー」が備わっているおかげだ。

 これと同じように、私たちがあらゆる「刺激」を認識できるのは、刺激に対応した「センサー」を持っているからにほかならない。

 では、私たちが沸騰したやかんに触れたときに「熱い」と感じることができるのはなぜか。氷に触れたときに「冷たい」と感じることができるのはなぜなのか。

 さらに、なにかに接触したときに「触れた」、あるいは「痛い」と感じることができるのはなぜなのか。このメカニズムにも、何らかの「センサー」が存在すると考えられる。

 新たなセンサーの発見

 2021年のノーベル生理・医学賞の受賞者として選ばれた科学者は、まさにそのセンサーの発見に大きな貢献をした2人だ。

 デビッド・ジュリアス博士は、唐辛子の辛味成分である「カプサイシン」を使って、唐辛子に触れたときに痛み(辛さ)を感じる理由を探る中で、その“センサー”を発見。さらに、それが熱や痛みを感じる“センサー”でもあることを見出した。

 その後、冷たさに反応する“センサー”も見つけるなど、人間の温度知覚の仕組みを明らかにする上で重要な成果をあげたことが評価された。

 アーデン・パタポティアン博士は、マイクロピペットに“突つかれた”ときに、電気信号を発する細胞を発見。その後、刺激に反応する“センサー”を特定し、このセンサーが人間の触覚に不可欠であることが理解されていった点が評価された。

 なお、アーデム・パタプティアン博士は、デビッド・ジュリアス博士とは独立に、冷たさに反応するセンサーを特定している。

 末端自由神経終末

 生物の体にあって、外界や体内からの何らかの刺激を受け取り、情報(感覚)として利用できるように変換する仕組みを持った構造のことを受容体(receptor)と呼ぶ。

 受容体は、外界や体内からの刺激を受けとる細胞の場合、受容細胞と呼ぶ。例えば、目の網膜にあって、光を受け取る細胞は、視細胞(桿状体、杆状体)であり、鼻の中にあって、におい分子を受け取る細胞は、嗅細胞(きゅうさいぼう)である。

 外界や体内からの刺激を受けとる分子やタンパク質などの複合体が受容体になることもある。シグナル伝達に関わる。多くの場合、受容細胞の細胞膜上や、細胞質、あるいは核内にあるタンパク質である。

 例えば、網膜の視細胞には、ロドプシンなどの光受容体が含まれており、ホルモンの作用を受ける細胞には、ホルモンと結合するホルモン受容体が含まれている。

 これまで、痛覚・触覚・温度などは受容体が発見されておらず、刺激を受容するための特別な構造を持たない、神経線維の末端自由神経終末で感知されると考えられていた。

 神経細胞の末端では、髄鞘(ずいしょう)が消失していて、痛覚・触覚・温度などの刺激を直接受容し、脳に伝えると考えられていた。この問題は、今年のノーベル賞受賞者によって解決された。