摘要：TRPV1（瞬时受体电位香草酸亚型1）是一种离子通道，对于痛觉感知至关重要。它对炎症因子和其他引起疼痛的因子高度敏感，使其成为疼痛管理的一个有吸引力的靶点。TRPV1是一个非选择性阳离子通道，具有两个收缩位点在其离子渗透路径中。激活后，TRPV1显示出独特的性
TRPV1（瞬时受体电位香草酸亚型1）是一种离子通道，对于痛觉感知至关重要。它对炎症因子和其他引起疼痛的因子高度敏感，使其成为疼痛管理的一个有吸引力的靶点。TRPV1是一个非选择性阳离子通道，具有两个收缩位点在其离子渗透路径中。激活后，TRPV1显示出独特的性质，即通道孔径显著扩大，能够容纳单价、双价甚至大型有机阳离子通过。
尽管水分子在生物过程中扮演着重要角色，但它们是否能够通过TRPV1通道仍然不清楚。先前的研究提示质子可以通过TRPV1，暗示了水分子可能的渗透性，但这一点尚未得到证实。由于水分子在生理环境中快速移动，跟踪它们的动态变化非常困难。现有的方法，如X射线晶体学、核磁共振波谱学和冷冻电子显微镜，虽然能提供通道中水分布的静态信息，但无法实时捕捉水分子的动态运动。
新加坡国立大学刘小钢、Bilin Zhuang和北京大学常超通过使用上转换纳米荧光体技术，首次揭示了水分子能够通过TRPV1离子通道，并且发现重水能够抑制TRPV1活性，减轻小鼠的疼痛感知，为疼痛管理提供了新的非药物疗法的可能性。研究还涉及了纳米探针的设计、水分子渗透性的监测，以及对重水作为治疗剂的安全性评估。相关内容以“Solvent-mediated analgesia via the suppression of water permeation through TRPV1 ion channels”为题发表在《Nature Biomedical Engineering》上。
【主要内容】
图1 TRPV1的柔性孔结构域可容纳大的阳离子，但水的渗透性仍然不确定
作者通过比较了TRPV1在关闭状态和开放状态下的结构，显示了水分子分布和孔径变化，指出了选择性过滤器和下门的位置，并用不同大小的阳离子（如Na++）作为电荷载体，展示了单通道记录中阳离子渗透性随着离子大小增加而降低的趋势，同时指出水分子（直径2.75Å）的渗透性尚未明确，暗示了水分子可能通过TRPV1通道，但具体情况尚待进一步研究。图2 利用上转换追踪TRPV1的透水性单个活细胞中的纳米探针
作者通过上转换纳米探针技术在单活细胞中追踪TRPV1的水渗透性，展示了纳米探针在H2O和D2O中的不同发光特性，以及在AQP1和TRPV1通道中的响应差异。图像显示了在不同条件下，如正常水环境和D2O刺激下，纳米探针的发光变化，以及在TRPV1激活和阻断状态下的发光响应，从而证实了水分子能够通过TRPV1通道，并且这种渗透性可以通过外部刺激如辣椒素（capsaicin）和TRPV1阻断剂（BCTC）来调节。图3 在单分子水平监测TRPV1的透水性使用上转换纳米探针的水平
作者利用上转换纳米探针和电生理学技术在单分子水平上监测了TRPV1通道的水渗透性，通过在电生理记录系统中整合上转换显微镜，实现了对单个TRPV1通道中水分子流动的实时成像。图像展示了在不同实验条件下，如细胞附着模式和外部-out模式下，TRPV1通道对D2O刺激的响应，包括在辣椒素激活和TRPV1阻断剂BCTC存在时的发光变化，从而证实了水分子能够通过TRPV1通道，并且这种渗透性与离子通道的开启状态密切相关。这些结果揭示了TRPV1通道的水和离子传输机制。图4 H22作者探讨了H22222O降低了TRPV1的导电性，并通过模拟计算了Na+在TRPV1通道中的能量势垒，揭示了溶剂环境对TRPV1中离子传输速率的直接影响，从而证实了溶剂介导的TRPV1功能调节机制。图5 溶剂促进小鼠炎性疼痛的镇痛
作者通过在体外对DRG神经元的Ca2+动态和动作电位发放的实验，以及在体内对小鼠模型的疼痛行为测试，结果表明D2O能够有效减少由辣椒素引发的Ca2+响应和动作电位发放，降低急性和慢性疼痛模型中的疼痛敏感性，且没有引起明显的副作用，从而证实了D2O作为一种潜在的非药物镇痛手段的可行性和效果。【全文总结】
本研究详细报道了一项突破性研究，其中利用上转换纳米荧光体技术首次证实了水分子能够通过激活的TRPV1离子通道，并且发现重水（D2O）能够抑制TRPV1的活性，减少阳离子流动，降低通道导电性，进而在小鼠模型中减轻急性和慢性疼痛，而不引起其他神经反应的显著变化，为疼痛管理提供了一种潜在的非药物疗法，并强调了溶剂在调节离子通道功能中的重要作用，这一发现不仅增进了对TRPV1通道功能的理解，也为开发新的疼痛治疗策略提供了科学依据。来源：小林的科学讲堂