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牙疼已要命!Science子刊揭示:为什么倒吸一口凉气会疼得更要命?

中国生物技术网

作者|生物技术君 来源|中国生物技术网(ID:biotech-china)

我们每个人的心愿都是“没有蛀牙”。因为一旦牙疼起来,就会经历那种难以形容的“要命”疼痛。此时,你会发现,当倒吸一口凉气时,疼痛感就会加剧。在口腔门诊看牙时,通常牙医也是通过在牙齿表面吹凉气寻找痛点以确定蛀牙的位置。

那为什么在冷刺激下,牙疼的感觉会被放大?

北京时间3月27日,发表在《Science Advances》上的一项最新研究中,由德国埃尔朗根-纽伦堡大学、美国霍华德·休斯医学研究所(HHMI)和麻省总医院领导的国际研究团队历时十多年,终于阐明了牙齿是如何感知寒冷的。在小鼠和人类中,成牙本质细胞含有能检测温度下降的冷敏感蛋白,并会向大脑发出信号,反馈我们的就是剧烈疼痛感。而且,牙齿的伤害性感受器对寒冷的响应要远远大于皮肤的。研究人员表示,开发靶向这种感受器的特异性药物有助于消除牙齿对寒冷的敏感。

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成牙本质细胞(odontoblasts)位于牙髓周围与前期牙本质相连处。牙本质是构成牙齿主体的硬组织,位于牙釉质和牙骨质的内层。

当细菌和酸性物质侵蚀牙齿表面的牙釉质时,牙齿就会遭殃。随着牙釉质被侵蚀,就会形成称为蛀牙的凹坑。全球大约有24亿人(约占世界人口的三分之)在恒牙上有未经治疗的蛀牙,这就可能会引起剧烈疼痛,包括对寒冷的极度敏感。

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牙齿是如何感知寒冷的?此前科学家们提出了一个主要的理论,即牙齿内的液体会随着温度变化流动,神经会以某种方式感知这种运动的方向,从而发出牙齿是冷或是热的信号。该研究共同通讯作者、HHMI的副所长,神经生物学家David Clapham说:“我们不能排除这个理论,但还没有直接证据。”

牙齿的流体运动以及牙齿生物学通常都很难研究。科学家们必须切开人体内最坚硬的物质——牙釉质,以及牙本质,所有这些都不能破坏牙齿的软质牙髓及其内部的血管和神经。否则,整颗牙齿就会稀碎。

因此,研究人员并没有打算研究牙齿。他们的工作主要集中在离子通道上,即细胞膜上类似分子门的孔隙。当检测到一个信号(如化学信息或温度变化)后,通道开启,让离子涌入细胞。这就产生了从一个细胞到另一个细胞的电脉冲,它是一种快速传递信息的方式,对大脑、心脏和其他组织至关重要。

大约15年前,这项新研究的负责人Katharina Zimmermann还是Clapham实验室的博士后时,该实验室就发现一种名为TRPC5的离子通道对寒冷高度敏感。但他们并不知道TRPC5的冷感应力是在身体的哪个部位发挥作用的,但确定了不是来自皮肤。2011年时,该团队在《美国国家科学院院刊(PNAS)》上发表了该研究,表明缺乏离子通道的小鼠仍然可以感知寒冷。

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含有离子通道TRPC5(绿色)的成牙本质细胞紧紧包裹着小鼠磨牙牙髓和牙本质之间的区域

Zimmermann说:“在那之后,我们的研究仿佛进入了死胡同。直到有一天的午饭时分,我们坐在一起讨论这个问题,突然就产生了新的思路。Clapham教授说,我们的体内还有什么组织能感知寒冷呢?答案是牙齿。”

该研究共同通讯作者、麻省总医院的病理学家Jochen Lennerz在检查成人牙标本后发现,TRPC5通道确实存在于牙齿中,而且更多的存在于有蛀牙的牙齿中。

在这项新研究中,他们通过小鼠实验确认了这一点,TRPC5确实具有冷传感器的功能。研究人员没有把牙齿敲开,也没有只在培养皿里检查它的细胞,而是开发了一个完整的小鼠下颌骨、牙齿和下颌神经的系统。他们记录了当冰冷的液体接触到牙齿时的神经活动。

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在正常小鼠中,这种寒冷触发了神经活动,表明牙齿感觉到了寒冷;而在缺乏TRPC5的小鼠中,或是在用一种阻断离子通道的化学物质处理过的牙齿上,情况并非如此。这正是离子通道能够感知寒冷的关键线索,而另一个离子通道TRPA1似乎也发挥了作用。

随后,他们追踪TRPC5通道发现了一种特殊的细胞类型,即成牙本质细胞。于是这也就解释了,当一个牙本质暴露在人在咬一口冰棍时,那些TRPC5细胞会感觉到寒冷,并向大脑发出酸爽的信号。

研究人员说,这种敏锐的感觉还没有像其他科学领域那样被广泛研究。牙痛可能不是一个时髦的研究课题,但它真的很重要,因为会影响很多人。

Zimmermann指出,这一发现历时十多年。弄清楚特定分子和细胞功能是很困难的,她说。“好事多磨,好的研究可能就是需要很长的时间。”

此外,Zimmermann还解释了一种古老的传统疗法是如何缓解牙痛的。她说:“在牙齿急性炎症期间是可以用丁香油来止疼的,因为它的主要成分含有一种化学物质,可以阻止‘冷传感器’蛋白质的产生。而且,丁香油已经在牙科治疗领域使用了几个世纪。”

论文链接:

http://advances.sciencemag.org/content/7/13/eabf5567

编者按:本文转载自微信公众号:中国生物技术网(ID:biotech-china),作者:生物技术君


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