作者：名古屋大学 陈书蕊

牙齿表面覆盖着一层坚硬的牙釉质，保护内部组织的同时还增强了咀嚼食物的能力。这层牙釉质像牙齿的铠甲，只要不触及铠甲之下的组织，酸甜苦辣的滋味和冷热便不易被牙齿察觉到。但是，当细菌或酸性物质等腐蚀了牙釉质，内部被暴露出来，甚至形成空洞，也就是“蛀牙”时，牙齿就会变得非常敏感。

这本来是每个人都会有的生活常识，但是如果打破砂锅问到底，比如追问牙齿为什么会对各种刺激产生反应，这一过程中人体到底发生了哪些奇妙的生物化学变化，恐怕谁都没法给出像样的答案。

近期，有一篇发表在《Science Advances》的文章就对上面的问题给出了初步的看法，原来我们的牙齿中藏着一整套可以感知寒冷等刺激的系统，而这也正是许多蛀牙患者在吃雪糕时感到疼痛的原因。

其实，不光是牙齿，人体全身都分布着各种温度传感器，它们将收集到的温度信息汇报给大脑中的体温调节中枢，中枢再指挥身体做出适宜的反应。这套系统的复杂和精妙程度，简直可以秒杀各种高精尖的传感器和机器人，着实令人感叹进化的神奇。

不光是牙齿，人体温度调节系统遍布全身

我们先来看看牙齿之外的人体组织是如何感受周围环境温度的变化，并且保持体温恒定的。人体的体温调节系统可以分为三个部分：温度感受器、体温调节中枢以及受其支配的汗腺、皮肤血管等。这套系统存在个体差异，因此才会有人更怕冷、有人更怕热。

体温调节的第一步是感知温度。在人体的皮肤、黏膜、腹腔内脏等地方分布着无数的温度感受器，当它们受到冷热刺激时，就会产生神经冲动并向大脑发出脉冲信号。这些感受器的响应温度范围不同，人类的体表感受也由此分而成寒冷、凉爽、温暖、炎热四种。

例如，温感受器是网状分布在表皮颗粒层毛囊根鞘周围的游离神经末梢，当皮肤温度为35摄氏度左右时，温感受器最敏感，人体将由此而感到温暖；而冷感受器是位于皮肤浅层的小柱形球状小体，当皮肤温度为30摄氏度左右时表现最活跃，人体由此而产生冷的感觉。

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——瞬时受体电位通道（TRP channel）。在不同的温度范围内，相应的离子通道会打开，通过电信号和化学信号之间的相互转换，最终将神经冲动传递到下丘脑的体温调节中枢，让它感知到相应的温度。

体温调节中枢分为产热中枢和散热中枢，在接收到瞬态的冷热感觉刺激后，它们将对刺激信号进行整合，再去调控骨骼肌、皮肤血管和汗腺等，从而对产热和散热的过程进行促进或抑制，以维持体温的恒定。当环境温度低时，兴奋的冷觉感受器将神经冲动传至产热中枢，继而引起骨骼肌紧张度增加，产热增多；同时，散热中枢受到抑制，导致皮肤血管收缩、汗腺停止分泌，散热较少。反之，环境温度很高时热感受器以及散热中枢兴奋、冷感受器及产热中枢抑制，因此皮肤血管舒张、汗腺分泌增加。

疼痛还是温度，人体感受系统大有不同

与体温相似，疼痛也是生命体征中重要的一部分，人体通过疼痛对疾病和外伤进行预警，进而保护身体。在皮肤、肌肉、关节等肌体表层以及脏器等深层遍布着痛觉感受器，由游离的神经末梢组成，但与温度传感器稍有不同的是，它们接受的是刺激是来自受损组织释放的化学物质，而不是对温度变化这样的物理刺激产生神经冲动。

当机体受到伤害性刺激，组织损伤会引起受损细胞释放某些化学物质（如前列腺素、缓激肽、5-羟色胺、H+、K+等），兴奋痛觉感受器，随后产生传入冲动，并将这一信号送达到皮层的第一感觉区、第二感觉区等部位，产生痛觉。

神奇蛋白质令牙齿感知寒冷

随着四季的更迭，我们可以知冷暖而添衣减衣，但是牙齿感受到了冷暖，却常常表现为疼痛。这其实是一个“深不可测”的话题，比如为什么牙齿会把温度信号变成痛觉信号，就让我们难以回答。在这篇最新发表的论文中，研究人员解释了牙齿感知寒冷的系统中，涉及到的分子及细胞。他们发现，在成牙本质细胞中，含有能够感知温度下降的冷敏感蛋白TRPC5和TRPC1，并且它们能将感知到的寒冷最终转化为大脑中的痛感。

这项研究的难点在于，想要弄清牙齿内部的组织，必须将牙釉质敲碎，而同时不能破坏内部的牙髓、神经及血管。然而一旦敲掉牙釉质，整个牙就会碎掉，因此研究人员用一种巧妙的办法解决了这个实验观测上的难题。他们将下颚骨、牙齿及牙神经作为一个整体，来记录牙齿接触到冰凉的液体后的神经活动。

研究发现，在正常对照组中，寒冷刺激会使神经活动变得兴奋，这表明牙齿感知到了寒冷；而在牙齿缺少TRPC5冷敏感蛋白的实验组中，同样的刺激并不会使神经兴奋。也就是说，TRPC5是感知寒冷的重要途径。并且，TRPC1也有类似的效应。

随后，他们将成牙本质细胞中的TRPC5分离出来，在一个细胞上表达大量的TRPC5，我们可以理解为这一过程就是让某个细胞中的TRPC5含量大量增加。结果，研究人员观察到这个细胞对寒冷刺激非常敏感，且可以将刺激信号更快速地传导到大脑，并在大脑中转化为痛觉感受。

科研人员们提出，这项研究的成果不光在于揭示牙齿感受寒冷的分子机制。同时，TRPC5冷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，我们就可以减轻牙齿敏感和牙痛带来的烦恼。当然，这一设想要成为现实还需要科学家们进一步的研究和开发。

本质上来说，人体对于各个体征的调控，就是对于化学系统的利用。当化学物质在细胞膜内外浓度差异足够大，其带来的电荷量改变会以电信号的形式，通过神经元快速传导到发挥指挥官作用的中枢系统。接收到这个信号的中枢系统会进行信息的整合与处理，从而判断出在当下环境，人体应该采取的应对措施。

对于人体的感觉系统来说，每一种信号都是一种特异性的提示。春暖夏凉我们能感受到，酸甜苦辣我们能品尝到。更重要的是，丰富多彩的感觉帮助我们尽早发现和抵御疾病。

来源: 科普中国-星空计划（创作培育）

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