人体如何感受温度？TRPM3热传感器的新见解

　　

感知热量的能力可以保护身体免受烧伤和伤害。但身体究竟如何感知温度，仍然是一个难以捉摸的谜团。

现在，西北大学的研究人员对人体的主要热传感器之一进行了详细观察，揭示了它在温度升高时如何开启。 

这种名为TRPM3的传感器位于细胞膜上，就像一道微小的门。当TRPM3检测到热量时，它允许带电粒子（或离子）流入细胞。这会触发神经信号，大脑会将其解读为热量或疼痛。令科学家们惊讶的是，他们发现热量是由细胞内部的TRPM3蛋白部分感知的，而不是之前认为的嵌入细胞膜的部分。 

这一发现揭示了细胞感知温度的新途径，并有助于解释神经系统如何区分无害的温暖和危险的高温。由于TRPM3也与疼痛、炎症和癫痫有关，这一发现有望带来新型的非成瘾性疼痛治疗方法。

该研究将于周五（10 月 24 日）在《Nature Structural & Molecular Biology》上发表。

“温度是一个始终存在的环境因素，它影响着我们感知世界的方式，”西北大学的Juan Du说道，他与Wei Lü共同领导了这项研究。“它还影响着我们身体的愈合方式和疾病的进展方式。了解在分子水平上如何检测温度可以帮助我们设计出更好的疼痛和炎症治疗方法。”

Du和Lü分别是西北大学温伯格文理学院的分子生物科学教授、范伯格医学院的药理学教授以及西北大学生命过程化学研究所的成员。Du和Lü实验室的博士后研究员苏尚特·库马尔是这项研究的主要作者。

视觉化无形之物

由于无法直接观察或追踪，研究热量极其困难。科学家通常通过观察药物与蛋白质的结合来研究药物，但温度没有物理形状或结合位点。

为了克服这个问题，Du和Lü的团队利用冷冻电子显微镜（cryo-EM）——一种可以拍摄数千张速冻蛋白质照片的技术——创建了TRPM3近原子细节的3D图像。他们还利用电生理学（测量流经蛋白质的电流）来观察TRPM3在活细胞中的行为。

研究人员利用一种模拟热量的化学物质，捕捉到了TRPM3的“活性”状态。然后，他们利用一种与该蛋白质结合的抗癫痫药物，捕捉到了TRPM3的“非活性”状态。通过比较这些结构，研究人员揭示了蛋白质在激活过程中哪些部分发生了变化。这为理解该传感器如何响应热量奠定了基础。随后，研究小组在低温和高温下对TRPM3进行了成像，发现热激活剂和化学激活剂都会触发蛋白质内部类似的结构重排。

内部开关

通过结合成像和电记录，研究小组发现TRPM3的功能类似于一个由四部分组成的分子开关。当这些部分的内部区域紧密连接在一起时，传感器处于非活性状态。热量或化学激活剂会破坏这些连接，使蛋白质转变为活性状态。

Du教授说：“热激活剂和化学激活剂都会推动同一个内部开关来激活通道。相反，癫痫药物会堵塞同一个开关，阻止其改变形状。”

由于 TRPM3 存在于大脑和皮肤的感觉神经元中，因此调节其活性可以帮助控制慢性疼痛或神经系统疾病。当TRPM3过度活跃时，它会引起疼痛。通过了解这种传感器如何检测热量以及如何控制其活性，我们或许可以发现更安全、更不容易成瘾的新型止痛策略。