破解人类感知之谜

 戴维·朱利叶斯和阿尔登·帕塔普蒂安因发现TRPV1、TRPM8离子蛋白通道和PIEZO基因，“揭开了人类温度和触觉感受器的‘神秘面纱’”，荣获2021年诺贝尔生理学或医学奖。通过回顾2位科学家的成长经历、科研历程及在人类感知领域的研究成果，探讨了“痛感”对人体的利弊，分析了新科学仪器的应用与基础科研的关系。     

吃辣对身体是好是坏？

正A:全球有数以十亿计的人喜欢吃辣。不过,形成辣感的辣椒素类物质本身是植物用来防止哺乳动物摄食所用的警示性物质。人和哺乳动物感觉神经纤维上的一种感受器TRPV1(瞬时型感受器香草酸受体1,也称辣椒素受体1)会被辣椒素激活,同时它也能被热刺激和多种炎症物质激活,从而感到热和痛。反之,鸟类的TRPV1感受器对辣椒素不敏感。     

TRPV1和TRPV2对山羊和绵羊疼痛耐受性差异的影响

山羊和绵羊疼痛的耐受性存在差异,对于相同的伤害刺激,山羊的疼痛敏感性较强,而绵羊相对较弱.有机体的疼痛耐受性受TRPV1和TRPV2表达变化的影响.本研究通过山羊和绵羊弗氏佐剂疼痛模型,分析其背根神经组织基因表达差异,构建山羊和绵羊响应疼痛时以TRPV1和TRPV2通道为主的疼痛调控通路,并结合山羊和绵羊TRPV1和TRPV2mRNA序列和蛋白质结构差异,分析这两个基因对山羊和绵羊疼痛耐受性差异的影响.结果发现山羊和绵羊响应疼痛时,有两种不同的调控方式.绵羊主要通过抑制TRPV1通道活性,缓解疼痛.山羊TRPV2通道表达活跃,促进神经兴奋,使疼痛敏感.山羊和绵羊TRPV1基因的转录本序列不同,在山羊TRPV1转录本2缺失的序列可能是引起山羊和绵羊疼痛耐受差异的原因之一.     

大黄素对辣椒素诱导的TRPV1通道电流的抑制作用

本研究通过显微注射技术将TRPV1 cRNA(1ng/nL)注射至非洲爪蟾卵母细胞(20nL/个)体内,放置于G-ORi培养液中,并在(19±1)℃的恒温培养箱内表达.同时利用灌流技术将不同浓度梯度的大黄素、辣椒素按照设计顺序依次灌流进入流动腔,同时控制流速保证非洲爪蟾卵母细胞完全浸没于流动腔内.使用双电极电压钳技术记录0.1,1.0,10.0,50.0μmol/L浓度梯度的大黄素对500nmol/L浓度的辣椒素激活TRPV1电流的影响.得到大黄素作用辣椒素激活TRPV1通道的抑制作用表现出浓度依耐性和电压非依赖性,IC50=38μmol/L,Hill系数n=0.5.结果表明了大黄素对TRPV1位点的相互作用是负协同的,在天然药物里面是一类比较弱的拮抗剂,且大黄素在ORi溶液中开始析出沉淀的浓度在50~60μmol/L之间.我们首次发现了大黄素能够抑制TRPV1通道电流,这可能为开发新的镇痛药物提供理论基础.     

蝎毒素多肽与钠通道特异性结合位点研究进展

蝎毒素多肽是一种通道门控调节剂,早先研究发现其通过与离子通道的电压感受域结合影响通道的门控特性。新近研究表明,门控调解剂毒素与离子通道孔区也具有额外结合位点。因此,本文就蝎毒素多肽与钠通道特异性结合位点相关研究展开综述,以梳理门控调节剂毒素的结构与调节功能,为蝎毒素多肽与钠通道结合位点结构与功能的解析提供依据,也为靶向钠通道药物的设计与开发提供参考。     

印度谷螟触角感受器的扫描电镜观察

印度谷螟Plodia interpunctella(H ǜbner)是世界性的贮粮害虫。本文对其触角用扫描电镜进行了研究。其触角为丝状,由基部的柄节、梗节和43～45节鞭节组成。共发现了毛形感受器、刺形感受器、腔锥感受器、栓锥感受器、锥形感受器、耳形感受器和鳞形感受器等共七种感受器,并研究了它们在触角上的分布和数量。感受器在雌、雄蛾上也有很大差异,特别是毛形感受器、耳形感受器和刺形感受器。另外发现了又一种类型的锥形感受器,此种形状的感受器在国内外都未见报道。     

冷敏感TRP通道及其表达与调控

温度敏感的瞬时感受器电位TRP (thermo TRPs)通道是瞬时感受器离子通道家族中的成员。其作为一种温度感受器,广泛分布于各种组织细胞中,并参与机体温度的感觉和调节等重要生命活动。本文主要聚焦于冷敏感TRP通道的表达分布、结构与功能、分子调控机制以及与痛觉产生的关系,为深入理解冷敏TRP通道的门控机制及其相关临床镇痛药物的开发提供依据。     

动物多肽与钠通道选择性互作的微基序空间等电点

电压门控钠通道(Voltage-gated sodium channels,Nav,钠通道)是产生和传播神经冲动的重要离子通道,是动物多肽类毒素靶通道之一.动物多肽结合不同的钠通道受体位点,改变Nav的构象和通道动力学特性.本文聚焦钠通道与动物多肽的功能性结合,以经典动物多肽AaH2、Protoxin-II与Nav1....     

靶向细胞凋亡的海洋抗肿瘤多肽药物研究进展

凋亡在肿瘤的形成和发展中具有重要功能,靶向凋亡通路已成为发展化疗药物的重要策略。海洋生物多肽是抗肿瘤药物的重要来源,并且已经发现的大多数抗肿瘤海洋多肽都可以通过诱导凋亡途径发挥抗肿瘤作用。本文针对这类海洋药物研发中存在的药物抗原性及药物来源等主要问题,综述了近年来发现的海洋多肽及其诱导细胞凋亡的信号通路。     

瞬时受体电位通道蛋白ＴＲＰＡ１的研究进展

TRP(Transient receptor potential)离子通道是一个位于细胞膜上的离子通道大家族,依据TRP序列同源性可将哺乳动物中的TRP离子通道分为6个亚家族即TRPC、TRPM、TRPV、TRPA、TRPML和TRPP。TRP离子通道可以被多种机制调控,这使得它可以作为细胞感受器发生作用;主要介绍了TRPA1的结构功能、激活方式及其作为感受器在动物机体感受多种物理化学信号刺激中的作用。作为TRP离子通道家族中的一员,TRPA1有选择性地在毛发皮肤细胞、三叉神经、结状神经节及脊神经后根中的神经元亚群中表达。TRPA1与其他TRP离子通道成员相同,TRPA1可以被多种理化方式激活,介导动物体中存在的多种感觉生理功能。目前通过RNAi、基因敲除等技术手段逐步明确了TRPA1离子通道在生物体的冷觉、温觉、机械刺激以及疼痛感受中的作用,将显著促进以后对于感觉障碍等病理生理过程和机制的研究。     

多肽序列优化降低c-Src蛋白靶向药物的毒性风险

避免c-Src蛋白的多肽类拮抗剂与多个蛋白发生混杂性结合,对于降低抗癌药物的毒性风险具有重要作用。本研究运用生物信息学方法对氨基酸序列进行优化设计,旨在减少混杂性结合的发生。本研究综合利用各种多肽数据库和生物信息学工具,首先总结了多肽分子与多个蛋白SH3结构域之间潜在的混杂性结合,并发现了其中的内在规律。随后,根据所发现的规律,对多肽的氨基酸序列进行针对性的优化设计。结果表明,大多数多肽在经过优化后,所结合的c-Src以外的蛋白数量都有所下降,从而显著提高了多肽与c-Src蛋白之间结合的特异性(P0.05),并降低了其潜在的毒性风险。本研究所取得的结果将为设计具有高度特异性和低毒性的靶向性多肽药物提供参考。     

脾多肽注射液中多肽成分的质谱分析

目的探讨脾多肽注射液中的多肽成分及其碰撞诱导解离规律。方法运用三重四极杆质谱对脾多肽注射液中9种多肽进行质谱多反应监测(Multiple Reaction Monitoring,MRM)扫描分析,对多肽EIAQDFKTDL(TD1)进行Q1 scan和MS2扫描分析。结果 9种多肽均检测到4种可能的多电荷准分子离子峰,[M+2H]2+的碎片离子最多且大部分为小分子碎片离子;在低碰撞能作用下,TD1主要产生b型和y型碎片离子,在最优碰撞能作用下,TD1最强准分子离子峰产生的碎片离子信息丰富,特征碎片离子峰的响应强度大,适合对TD1进行定性与定量分析。本实验所用方法可对脾多肽注射液中的多肽成分进行分析,推测其碰撞诱导解离规律。结论本文为脾多肽的质谱分析提供了一种灵敏度高,重复性好的方法。     

基于CRISPR/Cas9技术构建TRPV1基因敲除的CACO-2稳定细胞系

基于CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除人结直肠腺癌细胞Caco-2中的辣椒素受体基因TRPV1,构建TRPV1基因敲除的Caco-2稳定细胞系.使用CRISPR/Cas9在线靶点设计程序在TRPV1基因4个转录本的公共CDS区的第一个外显子DNA区域中设计一对gRNA,将gRNA构建到真核重组表达质粒的载体上,电转染待敲除细胞,经嘌呤毒素抗性筛选和基因测序获得敲除TRPV1基因的稳定细胞系.用Western Blot检测TRPV1基因蛋白表达量验证Caco-2中TRPV1基因的敲除效果,CCK-8检测TRPV1基因敲除细胞的生长曲线,与野生型细胞对比检测TRPV1基因敲除对细胞生长的影响.筛选出TRPV1基因敲除的CACO-2稳定细胞系,而且TRPV1基因敲除对Caco-2细胞生长无显著影响.基于CRISPR/Cas9基因编辑技术成功构建了TRPV1基因敲除的CACO-2稳定细胞系,为后续研究辣椒素对肠道脂类吸收影响的机理研究提供了有利的工具.     

基于氨基作H转移桥梁单体α-Ala的手性转变机理

采用密度泛函理论的B3LYP方法和微扰论的MP2方法,计算氨基作为H转移桥梁时,单体α-Ala分子手性转变过程中极小点和过渡态的结构、零点振动能和相关体系的单点能.反应通道研究发现:氨基作为H转移桥梁,单体α-Ala分子的手性转变有两个通道,一个是手性碳的H直接以氨基为桥,转移到手性碳另一侧,α-Ala分子实现手性转变;另一个是手性碳的H依次以羰基和氨基为桥,转移到手性碳另一侧,α-Ala分子实现手性转变.势能面计算表明:第一反应通道上的最高能垒为266.1kJ·mol-1,低于第二通道和只以羰基为H转移桥梁的手性转变反应通道的最高能垒319.9kJ·mol-1,也低于羧基作桥和羰基与甲基共同作桥的最高能垒316.3和337.4kJ·mol-1.结果表明:H只以氨基为桥,从手性碳的一侧迁移到另一侧的通道,是单体α-Ala手性转变反应的最优通道.     

MOR分子筛12元环孔道对α-丙氨酸手性转变反应的限域影响

采用量子力学与分子力学相结合的ONIOM方法,研究了α-丙氨酸限域在MOR分子筛12元环孔道内的手性转变.反应通道研究发现:手性转变反应有a,b和c 3个通道.a通道上,手性C上的H以氨基N作为迁移桥梁;b通道上,手性C上的H先后以羰基O和氨基N作为迁移桥梁;c通道上,先是在羧基内实现H迁移,而后手性C上的H再以羰基O为桥梁迁移,进而实现手性转变.反应势能面计算发现:相对于孤立环境,α-Ala限域在MOR分子筛12元环孔道,在各通道的手性转变能垒被不同程度地降低.在c通道,羧基内H迁移和手性C上的H向羰基迁移的能垒分别为124.4和298.2 kJ·mol-1,比单体此过程的能垒195.1和316.5kJ·mol-1明显降低.结果表明:MOR分子筛12元环孔道对α-Ala的手性转变反应具有催化作用,对羧基内H迁移反应的限域催化作用明显.     

TRPV1在LPS引起的大鼠发热伴疼痛或痛觉过敏中的作用

为探讨TRPV1在LPS引起的大鼠发热伴疼痛或痛觉过敏中的作用。采用经大鼠侧脑室给予TRPV1受体阻断剂辣椒平(Capsazepine,CPZ)、30 min后腹腔给予LPS诱导发热模型的方法。通过微电脑测温仪和足底疼痛测试仪间断观察大鼠体温(Tc)及痛觉潜伏期的变化;实时荧光定量PCR(RT-q PCR)检测给予LPS 6h大鼠POA和L3-L5段DRG部位TRPV1m RNA表达变化。结果显示:与对照组相比,CPZ组Tc和痛觉潜伏期无明显变化;LPS组Tc明显升高,潜伏期明显缩短;CPZ+LPS组Tc显著升高,但潜伏期明显延长。与LPS相比,CPZ+LPS组Tc升高显著,持续时间更久,潜伏期延长更加明显。相比Control组和CPZ组,LPS组POA和DRG部位TRPV1m RNA相对表达量均显著增加,CPZ+LPS组TRPV1m RNA相对表达量在POA部位无明显变化,在DRG部位显著增加。由此可知,正常体温状态下,TRPV1未参与大鼠体温及痛觉过敏的调节;通过阻断TRPV1使发热大鼠体温进一步升高,发热时程延长,痛觉潜伏期延长,表明发热时TRPV1被激活,对LPS诱导的发热具有一定的负调控作用,同时提高了痛觉敏感性;TRPV1可能在外周和中枢共同参与了体温调节和痛觉调制。     

环糊精水解酶底物运输通道的动态结构分析

【目的】环糊精水解酶是作用于特殊底物的水解酶,可以水解圆锥形结构的底物。分析这个酶的底物通道为水解特殊结构底物提供研究基础。【方法】利用分子动力学模拟环糊精水解酶存在的底物通道,比较环糊精水解酶BsCMD_1J0H和TspCMD_1SMA在底物运输通道上的差异。【结果】BsCMD_1J0H和TspCMD_1SMA都为糖基水解酶家族13的蛋白质,它们的碳骨架基本吻合,而在α?螺旋分布上,TspCMD_1SMA相比于BsCMD_1J0H来说,螺旋结构更趋向于在蛋白质中心聚集。BsCMD_1J0H有6条底物通道连通蛋白质表面和活性中心,TspCMD_1SMA有8条底物通道连通。BsCMD_1J0H的底物通道平均半径为1,TspCMD_1SMA的底物通道平均半径为1.2。【结论】本研究提供了BsCMD_1J0H和TspCMD_1SMA两个蛋白质在和底物接触中的相关底物通道信息。     

含有甘氨酸和L-脯氨酸多肽的转角结构研究

肽链转角结构的形成与其结构中分子内氢键的存在有着直接关系,可通过检测肽链中分子内氢键的存在情况对肽链转角结构进行研究。为了深入研究具有转角结构的肽类化合物,以甘氨酸、L-脯氨酸为原料,叔丁氧羰基和苯胺为封端基团,在HBTU,HATU缩合剂的作用下制备了2种三肽和3种四肽。通过1 H NMR,IR及MS对合成产物进行结构表征,用核磁共振等梯度变温氢谱实验对合成的多肽分子内氢键进行检测,用~1H-~1H NOE对形成的分子内氢键的羰基位置进行推测。实验表明:在合成的5种多肽中,有3种多肽形成了分子内氢键,2种未形成。在形成分子内氢键的多肽中都有-Gly-L-Pro-Gly-片段,而只有-L-Pro-Gly-或-Gly-L-Pro-片段的多肽未形成分子内氢键;形成分子内氢键的羰基位置为与苯胺氮氢相连的羰基,形成分子内氢键的氮氢位置为与叔丁氧羰基相连的氮氢。     

抗痛蝎毒素多肽的重组表达研究

蝎毒素多肽作用于众多细胞膜离子通道,调控通道动力学特性。显具抗痛活性的蝎毒素多肽呈现较高的学术研究价值和医药应用前景。序列比对分析发现,抗痛蝎毒素多肽具较高保守型,序列同源性达45%,均具8个半胱氨酸残基,且其位置相对保守,这可能与抗痛功能有关。天然蝎毒素蛋白的获得、结构与功能研究受限,而高纯度、高活性重组毒素多肽是一条有效解决途径。本文综述抗痛蝎毒素多肽的重组表达,藉此推进其结构与功能相关性的理解。     

滑膜细胞[Ca2＋]i变化的理论模型研究

以滑膜细胞内钙离子浓度变化为研究对象,通过分析整合影响滑膜细胞内钙离子浓度变化的模块来建立滑膜细胞[Ca2+]i变化的理论模型.先考虑参与钙调节的质膜上钙泵、内质网上钙泵和渗漏、IP3受体、Na+/K+泵、延迟整流钾通道、TRPV1通道等各个模块在网络中的作用,确定钙调控过程中各模块的数学模型.在此基础上,引入钙缓冲系统的参量,并重点突出[Ca2+]i和膜电位的相互作用,建立起滑膜细胞上胞浆[Ca2+]i变化的动力学模型.最后,调整模型参数,使得模型处于稳定的初始状态,并保证模型参数的取值在合理的范围,给出滑膜细胞响应刺激所对应的[Ca2+]i随时间变化的模拟结果,并简要分析了某些参数对模型的影响.研究结果表明:IP3受体的调控机制在辣椒素刺激滑膜细胞胞浆[Ca2+]i变化的动力学模型中有明显作用;[Ca2+]i和膜电位的相互作用对滑膜细胞钙网络调控至关重要;质膜上钙泵的密度、活性,IP3受体通道密度,TRPV1通道密度等的变化对[Ca2+]i模拟曲线形状有明显影响.