觸控滾燙的煎鍋,灼熱的疼痛資訊會迅速傳遞到您的大腦,然後再返回到您的手,以至於縮回手指的衝動似乎是瞬間發生的。這種快速的訊號始於一種稱為 TRPV1 通道的熱感分子。這種特殊的蛋白質大量存在於我們手指和其他部位的感覺神經細胞表面,是一種可以呈現開放或關閉構型的變形分子。熱量會開啟分子中心的孔隙,某些蜘蛛毒素和辣椒素(賦予辣椒灼熱感的物質)也會開啟這個孔隙。一旦孔隙開啟,帶電的鈉離子和鈣離子就會流入神經細胞,從而觸發疼痛訊號。哎喲!
正如神經科學家兼記者斯蒂芬妮·薩瑟蘭在十二月刊《大眾科學》上的“不會消失的疼痛”一文中所解釋的那樣,研究人員長期以來一直對尋找方法來調節這種通道以及其他離子通道在慢性疼痛患者中的作用感興趣。然而,完全關閉 TRPV1 通道是不可行的,因為它在調節體溫方面起著至關重要的作用。
在 2013 年 12 月發表在《自然》雜誌上的兩篇論文中,加利福尼亞大學舊金山分校的研究人員在理解 TRPV1 方面為疼痛研究人員提供了巨大的幫助。他們使用電子冷凍顯微鏡(一種旨在探索極低溫度下分子三維結構的儀器),以精細的原子細節揭示了大鼠通道分子的結構。其中一位研究人員程亦凡還創作了這個色彩鮮豔的動畫,展示了通道開啟時分子的外觀。(《大眾科學》是自然出版集團的一部分。)
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該影片揭示通道蛋白由四個螺旋亞基組成(以淺黃色、藍色、綠色和紅色描繪)。程的模型顯示 TRPV1 蛋白與蜘蛛毒素(粉紅色)和類似於辣椒素的致命植物毒素(紅色球體)結合。這兩種毒素都會開啟通道。隨著模型的旋轉,很容易看到離子透過的中心間隙——啟動疼痛訊號的步驟。