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Nat Neurosci | 密歇根大学Shawn Xu/段波发现寒冷温度受体

时间:2024-03-15 来源: 浏览:

Nat Neurosci | 密歇根大学Shawn Xu/段波发现寒冷温度受体

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温度感受作为躯体感觉的重要组成部分,一直是科学家们的重点研究方向。 哺乳动物主要依赖于表达在躯体感觉神经元上多种温度受体来实现对不同温度(寒冷、凉爽、温暖、炎热)的感知。迄今为止,科学家们通过研究已经发现了诸多感受凉爽、温暖、炎热温度的受体。这些温度受体都同属于一类称为TRP家族的离子通道,他们都通过其离子通道活性来传导温度信号。但是,目前在哺乳动物体内还没有发现能特异性感受寒冷温度的受体。寒冷受体的身份因而成为感知生物学领域一项长期悬而未决的科学问题。

2024年3月11日,美国密歇根大学Shawn Xu教授团队和段波教授团队合作在 Nature Neuroscience  杂志在线发表题为“ The kainate receptor GluK2 mediates cold sensing in mice ”的研究论文,该工作得到了约翰霍普金斯大学Xinzhong Dong教授团队的全力协作。 该研究发现 哺乳动物的躯体感觉神经元上表达的离子型谷氨酸受体GluK2实际上是大家一直在寻找的寒冷受体。

许多年前科学家们已经发现在哺乳动物体内一些凉爽温度受体TRPM8阴性的躯体感觉神经元同样对寒冷温度有反应,这说明哺乳动物的躯体感觉神经元上存在着一种对寒冷温度有特异性反应的温度受体,并且这类受体对寒冷温度的反应并不依赖于TRPM8受体。 为了躲避寒冷温度,大部分动物都具有感受寒冷这一功能,所以科学家们推断这类受体应该是保守的。Shawn Xu教授团队2019年在Cell上发表的文章首次发现:秀丽线虫中的离子型谷氨酸受体GLR-3是一种寒冷受体。有趣的是,GLR-3虽是离子型受体,但其感受寒冷温度的功能并不依赖离子通道活性,而是通过下游的G蛋白通路来传导温度信号,因而属于一种新型的温度受体。受到这一研究结果的启发,他们推断GLR-3在哺乳动物中的同源体GluK2可能也是一种寒冷受体。 虽然这一推断在体外实验中得到了验证,但一直缺乏动物在体实验证据的支持。
GluK2 KO小鼠对机械和热刺激反应正常(图源自 Nature Neuroscience 
为了证实这一推断,本文(Nature Neuroscience)对GluK2全身敲除小鼠进行了多种行为学测试 ,结果显示:缺失GluK2的小鼠能正常感受机械力刺激,也能正常感受凉爽、温暖及炎热温度刺激,但是对寒冷温度的感受却出现明显异常。条件性敲除小鼠背根神经节(DRG,一类重要的躯体感觉神经元)中的GluK2同样也能得到相同的实验结果,说明 躯体感觉神经元上的GluK2才是感受寒冷温度的关键。
该研究发现GluK2缺失的小鼠中对寒冷温度敏感的DRG神经元数量与正常小鼠相比大幅降低,而对凉爽温度敏感的DRG神经元并无明显变化。 并且在TRPM8敲除的基础上敲除GluK2,能够大幅降低被寒冷温度诱导出动作电位的DRG神经元数量。这些数据表明,GluK2为躯体感觉DRG神经元感受寒冷温度所必需。另一方面, 百日咳毒素处理DRG神经元抑制G蛋白信号传导也能产生和GluK2敲除一样大幅降低感受寒冷温度神经元数量的现象,揭示GluK2依赖于下游G蛋白通路传导温度信号。
综上所述,在哺乳动物躯体感觉神经元上的GluK2是一种寒冷温度受体,它依赖于G蛋白通路来传导寒冷信号,因而属于一种新型的温度受体。此项研究解决了温度感知生物学领域一项悬而未决的问题。至此, 四种主要的温度受体终于全部被鉴定!
参考消息:
https://www.nature.com/articles/s41593-024-01585-8

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