冷了热了,温度合适吗?什么在控制我们对体表温度的感受?-资讯-知识分子

冷了热了,温度合适吗?什么在控制我们对体表温度的感受?

2019/03/15
导读
“温度遥控器”机制有什么用?

图片来源:pixabay

 

撰文 | 叶译楚


  

 

你有没有发现,无论是在烈日炎炎的夏天,还是气温低于零度的寒冬,我们的皮肤温度并不会随环境的变化而发生较大的变化,基本上保持在32℃~33℃左右。这个温度被称为热中性皮肤温度。已有的研究显示,这一温度也是哺乳动物的外周最适选择温度。

 

那么,我们是如何将皮肤表面温度维持在33℃左右呢?科学家们早已对此有研究:当环境温度发生剧烈变化时,皮肤温度发生相应的改变,激活神经末梢上相应的温度受体,引起相应温度敏感神经元的兴奋,形成温度感知,并将皮温调控在33℃左右。

 

对于皮肤表面的细微温度改变,人体是如何感知并进行调控的?清华大学药学院研究员肖百龙等人最近的一项研究发现,位于皮肤角质细胞中的一种名为STIM1的蛋白,能够捕捉皮肤外周温度的细微变化。当他们特异性敲除STIM1,就改变了恒温动物对于外周最适温度的选择。

 

什么是STIM1?

 

STIM1蛋白是一类位于细胞内质网上的跨膜蛋白。之前的研究显示,STIM1感受到外界的温度变化后,细胞膜上受STIM1调控的Orai1及Orai3钙离子通道会开放,导致细胞外的钙离子流入到细胞质中。2011年,肖百龙博士等人发现,STIM1/Orai1可形成一类全新的温度敏感离子通道参与温度感知。


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图片3

 

在这项新研究中,研究人员将STIM1敲除小鼠放入图1的容器中,让它们和对照组野生小鼠进行类似的温度选择,发现它们并未选择对照组小鼠的32℃,而是34℃(如图1)所示。

 

图1  研究中让小鼠对最适温度进行选择的容器示意图;放入容器后,野生小鼠的最适选择温度为32℃,而皮肤角质细胞特异性STIM1敲除小鼠的最适温度改变为34℃

 

实验结果说明,表达在皮肤中的STIM1是调控外周最适选择温度的重要蛋白,证实了皮肤中确实存在可以被设定和改变的最适选择温度。

 

STIM1等温度受体如何设定外周最适选择温度?

 

上述的STIM1蛋白,可以理解为分布在皮肤的“温度计”,能够捕捉到外周温度的细微变化。它在30℃~40℃会被激活,此时我们就会联想到自己身处一个更加凉爽的环境,这在行为学上叫做趋冷行为。另一方面,体内还有一些温度受体会在凉爽温度的条件下被激活,进而引发行为学上的趋热行为。肖百龙认为,这两类温度受体之间会在某一特定温度下达到一个活性平衡,这个温度即其外周最适选择温度。哺乳动物会根据外周最适选择温度对皮肤表面的温度进行调节。

 

在上述实验中,当皮肤角质细胞中的温热分子受体STIM1被敲除后,会导致STIM1敲除小鼠趋冷行为的相对减弱,以及趋热行为的相对增强,从而导致最适选择温度往温热方向偏移到34oC,来重新达到趋冷行为和趋热行为的平衡。

 

这个 “温度遥控器”机制有什么用?

 

基于对上述皮肤“温度调控器”的理解,研究者推测可以人为改变小鼠对最适温度的选择。研究者设计实验让对照组和STIM1敲除小鼠在两个温热温度之间进行选择。结果发现,当让小鼠在32℃和34℃之间进行选择时,敲除STIM1的小鼠选择了34℃,而对照组小鼠则选择32℃(图2)。

 

而当在32℃和36℃或30℃和38℃之间进行选择时,对照组小鼠选择接近其最适外周温度的32℃或30℃。而敲除小鼠则不能对这两组温度进行选择(图2),研究人员猜测是因为32℃和36℃与敲除小鼠的最适选择温度34℃的绝对差值(-2℃、+2℃)相同,当出现等差的温度时,敲除STIM1的小鼠无法对温度做出判断。

 

不过,敲除STIM1所导致的外周最适温度的改变是否会影响小鼠的其它生理功能,还有待进一步的研究来回答。

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图2 野生小鼠和STIM1敲除小鼠的温度选择行为

 

研究者还发现一个很有趣的现象:雌鼠相较雄鼠有更高的外周最适选择温度,说明雌鼠更加趋热。这与女性似乎较男性更怕冷的表现一致。为什么会有这样的区别?研究人员称目前尚不清楚,需进一步研究来明确。

 

参考文献

 

https://www.nature.com/articles/s41422-018-0129-0

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