我们如何感受世界？追问2021诺贝尔生理学或医学奖(4)

姚镜：我是武汉大学生命科学学院的姚镜，很荣幸能有机会跟大家讨论离子通道的相关的话题。我从本科时开始接触膜片钳和离子通道，至今有二十多年了。在硕士期间，我主要从事的是钙离子敏感和电压门控型的一类大电导的钾离子通道——BK通道的药物调节以及该通道失活特性方面的研究。从2005年去美国留学到2011年回国建立自己的实验室一直到现在，我的研究一直围绕着TRPV1通道进行，研究它的温度感受、酸感受，以及脱敏镇痛的机理。所以对于TRPV1的研究能够获得诺奖，我感到非常兴奋。
刚才杨巍老师谈到，TRPV1通道和温度感受密切相关，有一系列具有不同温度激活阈值的TRP通道，这些不同温度激活阈值的TRP通道组合在一起，才使得我们的机体能够感知到从冷到热一系列的温度变化。那么温度感受是怎么实现的？我们的机体感知外界的方式，实际上是，当受体感知到外界刺激时，它要进行能量转换，将机械能或其他能量变成电信号，然后通过电-化学-电的传导过程，最终将信息从感受器传递到我们的中枢。那么在受体级别，TRPV1通道它的温度感受究竟是怎样的？
离子通道的开放速率大概在毫秒量级，也就是千分之一秒的量级，但是目前适用于单细胞的温控设备特别匮乏。传统的方式是我们把溶液预加热，然后将溶液灌流到检测细胞的周围或者是用加热丝加热，但两者的升温速度都比较慢；另外还有一个办法是利用像PCR仪所使用的半导体加热，它的速度在秒量级，每秒钟大概升高两摄氏度。为了解决和回答TRPV1通道在响应温度变化时的动力学变化，我们自己利用近红外激光二极管开发了一个快速恒定的升温系统，可以达到每秒钟升温10万摄氏度。利用这个系统，我们细致地检测了TRPV1通道在温度激活下的动力学特性，以及通道开和关之间的能量变化。我们发现，在50℃的高温刺激下，它的通道开放速率大概是5毫秒。
现在的冷冻电镜技术很难捕捉到高温下蛋白质构象的变化。我们利用自己开发的快速升温系统，通过分子生物学技术构建了一系列通道嵌合体，发现TRPV1的N端近膜端的一个序列，能够作为介导TRPV1温度感受的一个区域。如果把这一段序列替换到TRPV2、TRPV3、TRPV4通道里，那么这些通道的温度激活特性就变得和TRPV1一样。再进一步，如果把这一段序列单独表达出来，用荧光共振能量转移实验可以清楚地看到温度刺激下这一段蛋白质构象的变化，它的变化足以诱发通道蛋白构象的变化，进一步说明这段特殊序列参与了TRPV1通道的温度感知。