有了这个“开关” 非洲象不怕热帝企鹅能扛冷

从冰冻的南极到炙热的非洲，所有生物都需要适应环境的温度才能生存和繁衍。环境温度适应的前提是生物体对温度的准确感知。

在许多动物中，瞬时受体电位(TRP)离子通道家族的几个成员扮演温度受体的角色。近年来，中国科学院昆明动物研究所赖军研究员领导的研究小组在了解动物的温度传感机制方面取得了一系列进展。

最近，赖军的团队对动物的低温适应机制进行了研究。例如，小鼠体内的瞬时受体电位M8(TRPM8)通道可被低于28℃的低温激活，这是一种重要的冷受体。然而，该通道低温激活的分子机制及其与脊椎动物环境温度适应的关系尚未阐明。

为了揭示这些科学问题，赖军的团队与浙江大学医学院的研究团队合作，研究了分布在不同生境的脊椎动物TRPM8的结构和功能多样性。他们首先观察到南极帝企鹅和非洲象对TRPM8通道的冷敏感性存在显著差异，即帝企鹅的TRPM8冷敏感性明显低于非洲象。

当研究人员将低冷敏感性的帝企鹅TRPM8通道敲入高冷敏感性的小鼠体内时，小鼠不仅偏爱低温环境，而且对低温的耐受性也有所提高。因此，调节TRPM8通道的冷敏感性可以影响动物对环境温度的适应。

通过荧光非天然氨基酸成像和蛋白质三维结构计算模型的综合应用，研究人员进一步发现，低温可以导致TRPM8通道孔区几个关键氨基酸的侧链从嵌入状态到暴露状态在水环境中的动态构象变化。通过改变这些氨基酸的侧链疏水性，可以具体控制通道的冷敏感性:增加侧链疏水性可以提高通道的冷敏感性。

生活在寒冷环境中的动物，如帝企鹅、藏羚羊和牦牛，在TRPM8孔隙区氨基酸的总体疏水性较低。然而，生活在炎热环境中的动物，如非洲象、野猪和骆驼，在TRPM8孔区的氨基酸总疏水性较大。

通过这一系列实验观察，研究小组提出了TRPM8在微观层面感受低温的生物物理机制:在常温下，位于TRPM8通道孔区的几个关键氨基酸的侧链在包埋和暴露之间随机发生动态变化。当温度降低时，氨基酸侧链周围水分子的热运动减少，可以更稳定地形成水合笼，稳定关键氨基酸侧链的暴露构象，从而使通道蛋白的动态构象平衡向活化状态倾斜。

基于对TRPM8冷敏感性的生物物理机制、转基因小鼠的行为以及对TRPM8孔区整体疏水性的一系列探索，研究者提出了动物对环境温度的适应机制，即在物种进化适应过程中，通过调节TRPM8孔区氨基酸的整体疏水性来调节冷敏感性，从而在功能水平上获得物种特异性的TRPM8受体，进而帮助这些物种更好地适应环境温度。

相关的研究结果发表在美国科学院杂志的网上。