圖片展示了牙蟲難以捉摸的本體——成牙質細胞。 （圖片來源：Nicholas Spinelli）
對有齲齒的人來說，喝點冷飲也可能是痛苦。
霍華德·休斯醫學研究所（Howard Hughes Medical Institute ，HHMI）的首席科學家兼副主席David Clapham說：“牙疼非常獨特，並且很難忍受。”
如今，他與一個國際科學家研究團隊找出牙齒感受寒冷的方式，並找出了參與其中的分子和細胞。研究團隊近日在《科學·進展》（Science Advances）報告，對於小鼠和人類來說，名為成牙質細胞的細胞包含能夠檢測溫度下降的冷敏感蛋白。來自成牙質細胞的訊號最終能在大腦中激起尖銳的陣痛。
研究闡明瞭為何一種祖傳秘方能夠緩解牙痛。領導該研究的德國Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg大學電生理學家Katharina Zimmermann說，丁香油在牙科已經用了好幾個世紀，其中的某個主要組分包含一種能阻斷“冷感測”蛋白的化合物。
Zimmermann表示，研製更特異地靶向冷感蛋白的藥物可能緩解牙齒冷敏感的狀況，“一旦你有了可靶向的分子，那麼就有機會發明療法。”
小鼠磨牙中，包含TRPC5通道（綠色）的成牙質細胞緊密包裹了牙髓和牙本質之間的區域。細胞長髮狀延伸的突起填滿牙本質的纖細通道，並延伸到牙釉質。 （圖片來源：L. Bernal et al./《科學·進展》2021）
神秘莫測的通道
細菌生物膜和分泌的酸腐蝕牙釉質（牙齒表面堅硬且發白的覆蓋物）造成齲齒。大約24億人（大概世界三分之一的人口）的恆牙有未經治療的齲洞，這會產生劇烈的疼痛，包括對低溫極度敏感。
儘管科學家已經提出一個主要的理論，但是該研究之前，沒人確切地知曉牙齒如何感受寒冷。該理論認為，牙齒內纖細的孔道富含隨溫度改變而移動的液體。一些研究人員猜測，由於未知的原因，神經能夠感受液體運動的方向並根據牙齒的冷熱產生訊號。
“我們還不能排除這個理論，”不過也還沒有任何直接的支援證據，HHMI Janelia 研究院的神經生物學家Clapham說道。”研究牙齒內部液體運動和牙齒整體的生理行為還很困難。科學家需要先切穿牙釉質（人體最堅硬的成分），再切開一層名為牙本質的堅硬物質，同時，不能碾碎牙齒柔軟的牙髓，保留其中的血管和神經。Zimmermann說，有時候整個牙齒會“粉身碎骨”。
Zimmerman、Clapham和同事們並不是直接研究牙齒。他們主要關注的是離子通道，即細胞膜表面如同分子門控的孔道。一旦檢測到訊號，比如化學資訊或溫度改變，那麼離子通道要麼緊緊關閉，要麼大量開放並允許離子湧入細胞。這產生了可在細胞間快速傳遞的電訊號脈衝。這是一種快速傳遞訊號的方法，對大腦、心臟還有其他組織都十分重要。
大約十五年前，Zimmermann在Clapham的實驗室從事博士後工作，他們的團隊發現一個名為TRPC5的離子通道對寒冷高度敏感。但是研究團隊並不知道TRPC5在身體哪一個部位發揮寒冷感覺的作用。他們發現TRPC5並不位於面板。他們在2011年的《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）報道稱缺乏TRPC5的小鼠仍舊能感受寒冷。
那之後，Zimmermann說：“我們遇到死衚衕了。”有一天，研究團隊在吃飯時討論這個問題，突然間靈感就來了。Zimmermann回憶道：“David說‘好吧，身體上還有什麼組織能感受到寒冷？’”答案就在牙齒中。
成牙質細胞層嵌在血管間，與神經軸突、其他的牙胚細胞相互聯絡。寒冷接觸啟用成牙質細胞及其周圍網路的電活動。
（圖片來源：Nicholas Spinelli）
牙齒的廬山真面目
研究的共同作者馬薩諸塞總醫院（Massachusetts General Hospital）生理學家Lennerz檢測了來自成人的牙齒標本後，發現TRPC5的確在牙齒內，尤其是有齲洞的牙。
一個全新建立的小鼠模型使得研究人員確信TRPC5確實具有寒冷感覺功能。Zimmermann沒有直接敲開牙齒並獨立檢測培養皿中的牙細胞，他們注意到了整個系統：顎骨、牙齒和牙神經。研究團隊記錄了冰冷溶液觸碰牙齒時的神經活動。在正常小鼠中，冰冷刺骨的液體激活了神經，提示牙齒感受到了寒冷。Zimmermann說，這是一個關鍵的證據，表明離子通道能感受寒冷。研究團隊研究的另外一個通道TRPA1似乎也有作用。
研究團隊追蹤TRPC5的位置並找到一種特殊型別的細胞：坐落於牙髓和牙本質之間的成牙質細胞。比如，當一個牙本質直接暴露的人咬了口冰棒，那麼TRPC5包裹的細胞立即產生寒冷的感覺並向大腦迅速發出“啊！牙！”的訊號。
Clapham說，那種尖銳的痠痛還沒有作為一個科學領域被廣泛研究。牙痛可能並不是研究的熱門，他說：“但它很重要，它也影響了很多人。”
Ziemmann指出，整個團隊從開始到這一發現花費超過十年的時間。找出特定分子的功能和細胞是很困難的，她說：“而且，好的研究需要很長的時間。”
翻譯：陳振翀
審校：張哲
引進來源：霍華德·休斯醫學研究所
本文來自：中國數字科技館
