能知冷暖的不仅仅是皮肤，竟然还有牙齿

作者:名古屋大学陈书睿牙齿表面覆盖着一层坚硬的珐琅质，保护内部组织，增强咀嚼食物的能力。这层搪瓷就像牙齿的铠甲。只要不碰到盔甲下的组织，酸甜苦辣冷的味道都不会被牙齿轻易察觉。而牙齿在细菌或酸性物质腐蚀牙釉质，暴露内部，甚至形成蛀牙时，就变得非常敏感，也就是“蛀牙”。这是每个人都会有的生活常识，但如果打破砂锅问到底，比如牙齿我们为什么会对各种刺激做出反应，在这个过程中发生了哪些奇妙的生化变化，恐怕没有人能给出一个像样的答案。最近，科学进展发表的一篇文章对上述问题提出了初步看法。原来我们的牙齿包含了一整套可以感知寒冷和其他刺激的系统，这也是为什么很多蛀牙患者在吃冰淇淋时会感到疼痛的原因。其实不仅仅是牙齿，各种温度传感器都分布在人体各处。他们将收集到的温度信息报告给大脑中的体温调节中心，然后该中心指导身体做出适当的反应。这套系统的复杂和精致，可以秒杀各种精密的传感器和机器人，真的很神奇。不仅是牙齿，人体体温调节系统也遍布全身。我们先来看看牙齿以外的人体组织是如何感受环境温度的变化，保持体温恒定的。人体的体温调节系统可分为三部分:体温感受器、体温调节中枢、汗腺、皮肤血管等。这个系统是有个体差异的，所以有的人更怕冷，有的人更怕热。体温调节的第一步是感知温度。人的皮肤、黏膜、腹腔脏器等处有无数的温度感受器。当它们受到冷热刺激时，会产生神经冲动，向大脑发送脉冲信号。这些感受器对不同温度范围的反应不同，人体体表感觉分为冷、凉、暖、热四种。例如，温度感受器是分布在表皮颗粒层中毛囊根鞘周围的游离神经末梢。当皮肤温度在35摄氏度左右时，热感受器最敏感，人体会感到温暖。冷感受器是一个位于皮肤表层的小圆柱球体，当皮肤温度在30摄氏度左右时最活跃，使人体感到寒冷。这些温度感受器的生物学本质其实是一种特殊的离子通道——瞬时感受器电位通道。在不同的温度范围内，相应的离子通道会被打开，通过电信号和化学信号的相互转换，最终将神经冲动传递到下丘脑的温度调节中枢，使其感知到相应的温度。体温调节中枢分为产热中枢和散热中枢。它们在接受短暂的冷热感觉刺激后，会对刺激信号进行整合，进而对骨骼肌、皮肤血管、汗腺进行调节，从而促进或抑制产热散热的过程，维持体温的恒定。当环境温度较低时，兴奋的冷感受器向产热中枢传递神经冲动，进而引起骨骼肌张力增加，产热增加；同时散热中枢受到抑制，导致皮肤血管收缩，汗腺停止分泌，散热减少。相反，当环境温度很高时，热感受器和散热中枢兴奋，冷感受器和产热中枢抑制，于是皮肤血管舒张，汗腺分泌增多。疼痛还是温度，人体的感觉系统差别很大，类似于体温，疼痛也是生命体征的重要组成部分。人体通过疼痛警告疾病和伤害，从而保护身体。皮肤、肌肉、关节和深层器官表面都有痛觉感受器，由游离神经末梢组成，但与温度传感器略有不同，它们接收的是受损组织释放的化学物质的刺激，而不是对温度变化等物理刺激产生神经冲动。当机体受到伤害性刺激时，组织损伤会使受伤的细胞释放一些化学物质(如前列腺素、缓激肽、5-羟色胺、H+、K+等。)，它会使伤害感受器兴奋，进而产生传入冲动，并将这个信号发送到皮层的第一感觉区和第二感觉区，从而产生痛觉。神奇的蛋白质让牙齿感受到了寒冷。随着季节的变化，我们可以通过知冷暖来加衣减衣，但是牙齿感受冷暖，却往往表现为痛苦。这其实是一个“深不可测”的话题，比如牙齿为什么会把温度信号变成疼痛信号，让我们很难回答。在这篇新发表的论文中，研究人员解释了牙齿冷感知系统中涉及的分子和细胞。他们发现，在成牙本质细胞中，存在能够感知温度下降的冷敏感蛋白TRPC5和TRPC1，它们最终可以将感知到的寒冷转化为大脑中的疼痛。这项研究的难点在于，为了了解牙齿的内部组织，需要在不破坏内部牙髓、神经和血管的情况下打碎釉质。然而，一旦珐琅质被敲掉，整颗牙齿都会坏掉，因此研究人员用巧妙的方法解决了这个实验观察难题。他们把下颌骨、牙齿和牙齿神经作为一个整体，来记录牙齿接触冷液体后的神经活动。发现在正常对照组中，冷刺激可使神经活动兴奋，这表明牙齿感到冷；然而，在缺乏TRPC5冷敏感蛋白的牙齿实验组中，同样的刺激并没有使神经兴奋。换句话说，TRPC5是感知寒冷的重要途径。此外，TRPC1也有类似的作用。随后，他们从成牙本质细胞中分离出TRPC5，并在一个细胞中大量表达TRPC5，我们可以理解为使一个细胞中TRPC5含量大大增加的过程。结果，研究人员观察到，这种细胞对冷刺激非常敏感，能够更快地将刺激信号传递到大脑，并在大脑中转化为痛觉。研究人员提出，这项研究的成果不仅是揭示了牙齿感觉寒冷的分子机制。同时，TRPC5冷敏感蛋白无疑可以作为一个很好的分子靶点。通过阻断或抑制TRPC5通路，可以缓解牙齿敏感和牙痛带来的困扰。当然，这个想法需要科学家们进一步的研究和开发才能成为现实。本质上，人体对各种体征的调节就是化学系统的运用。当细胞膜内外的化学物质浓度差足够大时，电荷量的变化会以电信号的形式通过神经元迅速传递到起指挥作用的中枢系统。接收到这个信号的中枢系统会对信息进行整合处理，从而判断人体在当前环境下应该采取的对策。对于人类的感觉系统来说，每一个信号都是一个特定的暗示。我们可以感受到春天的温暖，夏天的凉爽，我们可以品尝到酸甜苦辣。更重要的是，丰富多彩的感情有助于我们尽快发现和抵抗疾病。