在寒冬的清晨踏出家门，或将一片薄荷放入口中，瞬间便能感受到凉意。这种感觉源自体内的微观传感器——当遇到外界的冷刺激时，它会向大脑发出信号。现在，科学家首次通过影像揭示了该传感器的工作原理，发现它既能响应温度的下降，也能对薄荷中的冷却化合物薄荷醇做出反应。近日，相关研究成果在于美国旧金山举行的第70届生物物理学会年会上发布。
科学家获取了人体“冷感器”的首批详细图像，揭示了人们如何感知冬日空气的寒冷，或是薄荷醇带来的清凉。图片来源：Shutterstock
研究聚焦于一个名为TRPM8的蛋白质通道。“TRPM8如同体内的微型温度计。”美国杜克大学博士后研究员 Hyuk-Joon Lee解释道，"它是向大脑传递寒冷信号的主要传感器。我们早就知道其存在，却始终不明其机理。如今，我们终能目睹其运作过程。"
TRPM8嵌入皮肤、口腔及眼部神经元的膜结构中。当温度处于46°F至82°F（约8°C至28°C）区间时，该通道便会开启，允许离子流入细胞。离子流动触发神经信号传递至大脑，从而产生寒冷感知。同样的机制解释了薄荷醇、桉树油等化合物为何能在实际温度未下降时产生清凉感。
“薄荷醇就像有魔法。” Lee说，“它会附着在通道的特定部位并使其开启，就像低温作用一样。因此，即使薄荷醇并未真正让任何物质变冷，身体还是会接收到与触碰到冰块相同的信号。”
为深入研究该过程，研究团队采用了冷冻电子显微镜技术，这是一种通过电子束对快速冷冻的蛋白质进行成像的方法。该技术使他们能够捕捉TRPM8通道从闭合状态转为开放状态过程中的多个结构“快照”。
图像显示，低温与薄荷醇是通过蛋白质内相关但不同的通路来激活该通道的。低温主要引起孔道区域，即允许离子通过的开口部分的结构变化；薄荷醇则与蛋白质的另一区域结合，触发形态变化，最终开启通道。
“当冷刺激与薄荷醇共同作用时，会得到协同增强的响应。我们正是利用这种组合方式，成功捕捉到了通道开启的图像——这是仅使用冷刺激无法实现的。” Lee说。
对TRPM8通道的进一步研究有助于科学家开发新型医疗方案。该通道功能异常已被证实与慢性疼痛、偏头痛、干眼症及特定癌症相关。目前美国食品和药物管理局批准的干眼症治疗药物acoltremon正是通过靶向该通路发挥作用，这种薄荷醇类似物能激活冷却通路，促进泪液分泌并缓解眼部刺激。
研究人员还发现了一个他们称之为“冷点”的区域，这是蛋白质中负责感知温度的关键部分，有助于在持续低温环境下维持通道的响应能力。
“此前，我们并不清楚低温如何在结构层面激活该通道。”Lee表示，“现在，我们能够看到，低温会触发孔道区域的特定结构变化，这为开发针对该通路的新疗法奠定了基础。”
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