哺乳动物如何感知寒冷：冷感应蛋白GluK2介导小鼠的冷感知

　　

密歇根大学的研究人员发现了哺乳动物能够感知寒冷的蛋白质，填补了感觉生物学领域长期以来的知识空白。发表在《Nature Neuroscience》杂志上的这一发现，可能有助于揭示我们在冬天是如何感知和忍受寒冷的，以及为什么有些病人在特定疾病条件下对寒冷的感受不同。

外周体感神经元表达的温度传感器可以感知大范围的环境温度。虽然探测冷、暖、热温度的热传感器都被广泛地描述过，但对那些探测冷温度的热传感器知之甚少。虽然已经提出了几种候选的冷传感器，但没有一种被证明可以介导体内体感神经元的冷感知，这使得热感觉方面的知识空白。在这里，作者研究了缺乏kainate型谷氨酸受体GluK2的小鼠，GluK2是秀丽隐杆线虫冷传感器GLR-3的哺乳动物同源物。虽然GluK2基因敲除小鼠对热和机械刺激的反应正常，但它们在感知寒冷而不是凉爽的温度方面表现出特殊的缺陷。进一步的分析支持了GluK2在外周体感DRG神经元中感知低温的关键作用。研究结果表明，GluK2是一种在中枢神经系统中介导突触传递的谷氨酸感敏化学受体，在外周神经系统中被用作冷感热受体。

20多年前，随着一种名为TRPV1的热感测蛋白的发现，该领域开始发现这些温度传感器。”密歇根大学生命科学研究所的神经学家、教授、这项新研究的资深作者Shawn Xu说。“各种研究发现，蛋白质可以感知高温、温暖，甚至凉爽的温度，但我们无法确认什么能感知低于华氏60度的温度。”

在2019年的一项研究中，Xu的实验室的研究人员在秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)中发现了第一个冷感应受体蛋白，秀丽隐杆线虫是一种毫米长的蠕虫，该实验室将其作为理解感觉反应的模型系统进行研究。因为编码秀丽隐杆线虫蛋白的基因在包括小鼠和人类在内的许多物种中都是进化保守的，这一发现为验证哺乳动物中的冷传感器提供了一个起点:一种名为GluK2的蛋白质(谷氨酸嗜离子受体kainate型亚单位2的简称)。

在这项最新的研究中，来自生命科学研究所和密歇根大学文学、科学和艺术学院的一组研究人员在缺失GluK2基因的小鼠身上验证了他们的假设，基因缺失小鼠不能产生任何GluK2蛋白质。通过一系列实验来测试动物对温度和其他机械刺激的行为反应，研究小组发现，小鼠对高温、温暖和凉爽的温度反应正常，但对有害的寒冷没有反应。

GluK2主要存在于大脑的神经元上，在那里它接收化学信号以促进神经元之间的交流。但它也在外周神经系统(大脑和脊髓外)的感觉神经元中表达。我们现在知道，这种蛋白质在周围神经系统中起着完全不同的作用，它处理温度信号，而不是化学信号来感知寒冷。”密歇根大学分子、细胞和发育生物学副教授、该研究的资深作者之一Bo Duan说。

虽然GluK2以其在大脑中的作用而闻名，但Xu推测这种温度感应作用可能是蛋白质的原始目的之一。GluK2基因在整个进化树上都有亲戚，可以一直追溯到单细胞细菌。“细菌没有大脑，那么为什么它会进化出一种方式来接收来自其他神经元的化学信号呢?”但它非常需要感知环境，也许包括温度和化学物质，”Xu说，“所以我认为温度感应可能是一种古老的功能，至少对于这些谷氨酸受体中的一些来说，最终随着生物体进化出更复杂的神经系统而被采用。”

除了填补温度传感难题的空白之外，Xu认为新发现可能对人类健康和福祉有影响。例如，接受化疗的癌症患者经常会对感冒产生痛苦的反应。Xu说:“GluK2在哺乳动物中作为冷传感器的发现为更好地理解为什么人类对冷会产生疼痛反应开辟了新的途径，甚至可能为治疗冷感觉过度刺激的患者的疼痛提供了潜在的治疗靶点。”