准确检测热量和疼痛的能力对人类生存至关重要，但科学家们一直在努力从分子水平上准确了解我们的身体如何感知这些潜在风险。

现在，布法罗大学的研究人员已经解开了驱动这些关键功能的复杂生物现象。他们的研究于8月28日发表在《美国国家科学院院刊》上，发现了离子通道受体中一种以前未知且完全出乎意料的“自杀”反应，这解释了对温度和疼痛敏感的复杂机制。

该研究可应用于开发更有效的止痛药。

紧急危险警告

“我们对温度敏感的原因很明显，”布法罗大学雅各布斯医学与生物医学学院的通讯作者、生理学和生物物理学教授秦风博士说。“我们需要区分什么是冷什么是热，以便我们收到迫在眉睫的身体危险的警告。”

因此不可能将对温度的敏感性和对疼痛的敏感性分开。

“感知温度的受体也会介导疼痛信号的传导，例如有害的热量，”秦说。“因此，这些温度感应受体也是疼痛管理最关键的目标之一。”

因此，秦说，了解它们的工作原理是设计副作用更少的新一代新型镇痛药的第一步。

布法罗大学的研究人员重点研究了一系列被称为TRP(瞬时受体电位)通道的离子通道，特别是TRPV1，这是一种由辣椒素激活的受体，辣椒素是赋予辣椒辣味的成分。这些是皮肤受体，位于皮肤周围神经的末端。

但弄清楚如何证明这些受体的热敏感性一直具有挑战性。

秦解释说，蛋白质吸收热量并将其转化为一种称为焓变的能量形式，这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，”他说。

他和他的同事之前开发了一种超快温度钳来实时检测温度传感器的激活。秦说：“我们估计它的活化能非常巨大，几乎比其他受体蛋白的活化能大一个数量级。”他指出，活化产生的实际总能量预计要高得多。

然后，他们决定尝试直接测量温度感受器的吸热量，秦称这项任务“令人畏惧”，因为它需要开发新方法以及购买昂贵而复杂的仪器。

就像引爆原子弹一样

他们以TRPV1受体为原型，发现热量会在受体中引发异常大规模的稳健、复杂的热转变。“这就像在蛋白质内部引爆原子弹，”秦说。

研究人员还发现，受体的这些剧烈的热转变只发生一次。“我们发现，为了实现高温敏感性，离子通道的功能状态需要经历极端的结构变化，而这些极端的变化会损害蛋白质的稳定性，”秦解释道。“这些令人惊讶的、非常规的发现意味着，该通道在打开后会遭受不可逆转的展开——它会自杀。”

他继续说，使这一发现更加引人注目的是，它违背了传统的期望，即温度接收器应该更加热稳定，特别是当它被它可以检测到的范围内的温度激活时。

“我们的新发现违背了这种预期和可逆性的概念，可逆性几乎存在于所有其他类型的受体中，”他说。

一个可能的解释在于物理原理和生物需求之间的困境。“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承受的更大的能量，”他说。

“因此，受体必须采取非常规的、自我毁灭的方式来满足它们的能量需求。值得注意的是，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，将蛋白质的展开转变为有利的。”

是否形成新的离子通道来取代旧的离子通道是秦和他的同事下一步计划研究的问题之一。他说，神经元甚至有可能采用一些意想不到的方式来检测和“拯救”受损的通道，或者用新的合成通道来补充它们。

“值得注意的是，由于受体感知到的高温可能会导致组织损伤，因此身体可能并不关心被破坏的离子通道的命运，因为组织无论如何都需要再生，”秦推测。“这也许是大自然想出的‘聪明’策略，可以最好地满足通道的高温敏感性需求。”

布法罗大学的共同作者是AndrewMugo博士;周瑞恩;BeiyingLiu(医学博士)和Qiu-XingJiang(蒋秋兴)博士宾夕法尼亚大学的FelixChin也是该研究的合著者。

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