科学家们在离子通道受体中发现了一种"自杀"机制，它能够感知热量和疼痛。准确探测热和疼痛的能力对人类的生存至关重要。然而，长期以来，我们的身体如何识别这些危险背后的分子机制一直是科学家们的一个谜。

现在，布法罗大学的研究人员揭开了驱动这些关键功能的复杂生物现象。他们的研究最近发表在《美国国家科学院院刊》上，揭示了离子通道受体中一种之前未知的、完全出乎意料的"自杀"反应，解释了对温度和疼痛敏感的复杂机制。这项研究可用于开发更有效的止痛药。

该研究的通讯作者、哥伦比亚大学雅各布医学与生物医学科学学院生理学与生物物理学教授秦锋博士说："我们对高温敏感的原因显而易见。我们需要分清什么是冷，什么是热，这样才能在身体即将面临危险时得到警告。"

因此，不可能将对温度和疼痛的敏感性分开。

秦说："感知温度的受体也会介导疼痛信号的传导，例如有害的热。因此，这些感温受体也是疼痛治疗最关键的靶点之一。了解它们的工作原理是设计新一代副作用较小的新型镇痛药的第一步。"

哥伦比亚大学的研究人员重点研究了被称为TRP（瞬时受体电位）通道的离子通道家族，特别是TRPV1，它是一种被辣椒素激活的受体，辣椒素是辣椒的辣味成分。这些都是皮肤受体，位于皮肤末梢神经的末梢。

然而，如何证明这些受体的热敏性一直是个难题。秦解释说，蛋白质吸收热量并将其转化为一种叫做焓变的能量形式，而焓变与蛋白质构象的变化有关受体的温度敏感性越强，焓变就需要越大。

他和他的同事之前开发了一种超快温度钳，用于实时检测温度传感器的活化。研究人员估计它的活化能很大，比其他受体蛋白的活化能大近一个数量级。然后，他们决定尝试直接测量温度受体的热吸收，这是一项"艰巨"的任务，因为这需要开发新的方法，并购置昂贵而精密的仪器。

就像引爆原子弹

他们以TRPV1受体为原型，发现热量能在该受体中诱导强烈、复杂的热转换，其规模非同寻常。这就像在蛋白质内部引爆一颗原子弹。

研究人员还发现，受体的这些剧烈热转变只发生一次。秦解释说："我们发现，为了实现其高温敏感性，离子通道需要在其功能状态下发生极端的结构变化，而这些极端变化会损害蛋白质的稳定性。这些令人吃惊的非常规发现意味着，通道在打开后会发生不可逆的折叠--它在自杀"。

他继续说，使这一发现更加引人注目的是，它打破了传统的预期，即温度受体应该具有更高的热稳定性，尤其是在它能检测到的温度范围内被激活时。新发现违背了这一预期和可逆性概念，几乎所有其他类型的受体都具有可逆性。

一种可能的解释是物理原理与生物需求之间的两难选择。他说："生物需求--受体对温度的强烈敏感性--显然需要比蛋白质可逆结构变化所能提供的更大的能量。因此，受体必须采取非常规的自毁手段来满足其能量需求。温度受体如何利用通常被认为对生理功能具有破坏性的过程，将蛋白质的展开转化为自身的优势，这是非常了不起的。"

是否会形成新的离子通道来取代旧的离子通道，这是秦和他的同事们计划下一步研究的问题之一。他说，神经元甚至有可能以某种意想不到的方式来检测和"拯救"受损的离子通道，或者用新合成的离子通道来补充它们。

"值得注意的是，由于受体感知到的高温可能会造成组织损伤，人体可能并不关心被破坏的离子通道的命运，因为无论如何组织都需要再生，"秦推测道。"这也许是大自然想出的'聪明'策略，以最好地满足通道对高温敏感性的需求"。

参考文献：Andrew Mugo、Ryan Chou、Felix Chin、Beiying Liu、Qiu-Xing Jiang 和 Feng Qin 于 2023 年 8 月 28 日发表于《美国国家科学院院刊》："TRPV1 温度敏感性的自杀机制"。

DOI: 10.1073/pnas.2300305120

编译来源：ScitechDaily