我們每時(shí)每刻都在感知外部世界的狀態(tài)，我們用眼睛觀(guān)察世界、用味覺(jué)品嘗世界、用觸覺(jué)感受世界，這都是因?yàn)槿梭w內(nèi)的細(xì)胞每時(shí)每刻都在與外部世界進(jìn)行信息交換。
究竟是什么樣的工作機(jī)制，讓這些細(xì)胞具有探測(cè)器的功能？細(xì)胞又是如何傳遞這些外界的刺激信號(hào)做出反應(yīng)？由于對(duì)這些問(wèn)題孜孜不倦的研究，并取得了突破性的成果，美國(guó)杜克大學(xué)教授羅伯特·萊夫科維茨（Robert J. Lefkowitz）和斯坦福大學(xué)教授布萊恩·科比爾卡（Brian K. Kobilka）獲得了今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
發(fā)現(xiàn)GPCR家族
當(dāng)你在閱讀這行文字的時(shí)候，可能正喝著一杯清茶。你聞到了茶的清香，你的口中感受到了茶水的甘甜，愜意的時(shí)光讓你神清氣爽。突然一不小心，你打碎了茶杯，杯子落地的瞬間你被嚇到，心跳加快，血壓升高，臉都漲紅了。
為什么我們能看能嗅能?chē)L，獲得這些感覺(jué)？或許你知道，這些感覺(jué)來(lái)自于視網(wǎng)膜上的視細(xì)胞、味蕾表面的味覺(jué)細(xì)胞、鼻粘膜上的嗅細(xì)胞。神清氣爽的感覺(jué)則來(lái)自于腦中分泌的多巴胺。你受驚嚇后，體內(nèi)分泌的腎上腺素讓你心跳加快，血壓升高。
但長(zhǎng)期以來(lái)，人們并不清楚細(xì)胞如何感知周?chē)h(huán)境?？茖W(xué)家們懷疑細(xì)胞表面存在某種激素等信號(hào)分子的接收器，也就是受體，使其可以感知周?chē)h(huán)境，以適應(yīng)新情況。
但是這些接收器究竟由什么組成？如何工作？在20世紀(jì)大部分時(shí)間里，這仍是一個(gè)未解之謎。萊夫科維茨和科比爾卡的研究，揭示了這些受體中的一個(gè)重要家族——“G蛋白偶聯(lián)受體”的內(nèi)部工作機(jī)理。
萊夫科維茨在1968年開(kāi)始利用放射性方法追蹤細(xì)胞受體。他在細(xì)胞膜上發(fā)現(xiàn)了若干種受體，其中包括一種腎上腺素受體：β腎上腺素受體。他的團(tuán)隊(duì)從細(xì)胞膜中分離出了隱藏其中的受體，并初步明確了它們的工作機(jī)制。
團(tuán)隊(duì)在1980年代取得了進(jìn)一步的突破。后來(lái)進(jìn)入團(tuán)隊(duì)的科比爾卡，從龐大的人類(lèi)基因組中分離出了β腎上腺素受體的基因并對(duì)其進(jìn)行了解碼。他們意外發(fā)現(xiàn)β腎上腺素受體的基因序列與眼中的一個(gè)感光受體相似。“可能存在一個(gè)受體家族?！?/p>
這個(gè)家族如今被統(tǒng)稱(chēng)為G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR），大約有1000個(gè)基因?yàn)檫@些受體編碼。中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院教授馬林介紹，這類(lèi)受體位于細(xì)胞膜上，并偶連著細(xì)胞內(nèi)的G蛋白。而與G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合的可以是小分子的糖類(lèi)、脂質(zhì)、多肽，也可以是蛋白質(zhì)等生物大分子。
GPCR與視覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、腎上腺素、組胺、多巴胺還有五羥色胺等多個(gè)領(lǐng)域的信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)，參與了人體內(nèi)的感光，嗅覺(jué)，味覺(jué)，行為和情緒的調(diào)節(jié)，免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)，自主神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，細(xì)胞密度的調(diào)節(jié)，維持體內(nèi)的平衡態(tài)等。
捕捉信息傳遞瞬間
雖然之前的科學(xué)家對(duì)GPCR形態(tài)改變的過(guò)程有個(gè)大概的了解，但并不知其中細(xì)節(jié)?！澳さ鞍资荏w很難研究，它的結(jié)構(gòu)變動(dòng)不居。”馬林介紹，2007年，第一個(gè)人類(lèi)GPCR即β2腎上腺素受體結(jié)構(gòu)才被萊夫科維茨的團(tuán)隊(duì)解碼出來(lái)。
2011年，科比爾卡又取得了另一項(xiàng)重大突破：他和他的研究組捕捉到了β腎上腺素受體被激素激活、向細(xì)胞發(fā)送信號(hào)的瞬間，從而獲得了GPCR結(jié)合G蛋白的三維結(jié)構(gòu)。人類(lèi)第一次“看”到了兩者是如何相互作用的。
研究顯示，外界的刺激如氣味分子或者體內(nèi)分泌的激素等配體，從細(xì)胞膜外側(cè)與GPCR結(jié)合后，GPCR隨即會(huì)激活與之偶聯(lián)的G蛋白。有科普人員這樣比喻這一過(guò)程，“如果G蛋白偶聯(lián)受體相當(dāng)于鎖，那么G蛋白相當(dāng)于鎖芯，激素等配體相當(dāng)于鑰匙。”
激活后的G蛋白被釋放出來(lái)，激活細(xì)胞內(nèi)的某些酶類(lèi)，進(jìn)一步引發(fā)細(xì)胞內(nèi)一系列的生化效應(yīng)。最終，這個(gè)細(xì)胞就會(huì)引發(fā)相應(yīng)的神經(jīng)電信號(hào)，讓我們的大腦知道自己聞到了這種氣味或者感受到這種刺激。
馬林介紹，激素作用機(jī)制的發(fā)現(xiàn)獲得了1971年的諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，G蛋白的發(fā)現(xiàn)獲得了1994年的諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，如今GPCR的工作機(jī)制也獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，足見(jiàn)在這一領(lǐng)域的研究的重要性。
馬林表示，GPCR有上千種，但其中結(jié)構(gòu)清楚的很少，描繪各種受體的模型將成為下一步研究的重點(diǎn)，尋找它們配體的研究則極具醫(yī)療價(jià)值，這是因?yàn)椋芏嗟乃幬锲鋵?shí)是結(jié)合于細(xì)胞表面的蛋白上來(lái)發(fā)揮作用，這種蛋白中最為重要的一大類(lèi)就是GPCR。
