在寒冬的清晨踏出家門，或將一片薄荷放入口中，瞬間便能感受到凉意。這種感覺源自體內的一個微觀感測器——當遇到冷刺激時，它會向大腦發出訊號。現在，科學家首次通過影像展示了這種感測器的工作原理，揭示了它如何對溫度下降和薄荷醇作出反應。科學家在美國舊金山近日舉行的第70届生物物理學會年會上發佈了這項研究成果。
該研究聚焦於一個名為TRPM8的蛋白質通道。“TRPM8如同體內的微型溫度計。”美國杜克大學的Hyuk-JoonLee解釋道，“它是向大腦傳遞寒冷訊號的主要感測器。我們早就知道這種情況，但不知道是怎麼發生的。如今我們可以看到它了。”
TRPM8能够嵌入皮膚、口腔及眼部的神經元膜結構中。當溫度處於約8~28攝氏度範圍時，通道便會開啟並允許離子進入細胞。這一過程觸發的神經訊號會傳遞至大腦，產生寒冷的感知。同樣的機制解釋了薄荷中的冷卻化合物薄荷醇、桉樹油等化合物為何能在溫度未下降的情况下產生清凉的感覺。
“薄荷醇就像有魔法。”Lee說，“它會附著在通道的特定部位並開啟通道，就像遇到低溫一樣。囙此，即使薄荷醇實際上並不能冷卻任何東西，身體收到的訊號卻還是像碰到冰塊一樣。”
為深入研究這一過程，團隊採用了冷凍電子顯微鏡科技，一種通過電子束快速成像冷凍蛋白質的方法。這使他們能够在TRPM8通道從閉合狀態轉為開放狀態時捕捉到多個結構“快照”。
影像顯示，低溫和薄荷醇通過蛋白質內相關但不同的通路啟動了通道。低溫主要引起孔道區域，即允許離子通過的開口部分的結構變化；薄荷醇則與蛋白質的一個區域結合，觸發形態變化，最終開啟通道。
“當冷刺激與薄荷醇共同作用時，反應會協同增强。我們正是利用這種組合管道成功捕捉到通道開啟的影像——這是僅使用冷刺激無法實現的。”Lee說。
對TRPM8通道的進一步研究有助於科學家開發新的醫療方案。該通道功能异常已被證實與慢性疼痛、偏頭痛、乾眼症及某些癌症相關。現時美國食品和藥物管理局準予的乾眼症治療藥物acoltremon正是通過靶向該通路發揮作用。這種薄荷醇類似物能啟動冷卻通路，促進淚液分泌並緩解眼部刺激。
研究人員還發現了一個“冷點”區域，這是蛋白質中負責感知溫度的特定部分，有助於在持續低溫環境下維持通道的響應能力。
“此前，人們並不清楚低溫如何在結構層面啟動該通道。”Lee表示，“現在，我們能够看到，低溫會觸發孔道區域的特定結構變化，這為開發針對該通路的新療法奠定了基礎。”