感觉转导

感觉转导（英文：Sensory Transduction），是指感觉受体细胞或感觉神经末梢将外部环境或身体内部的各种物理或化学刺激（如光、声、压力、化学分子、温度）转换为神经电信号（主要是受体电位，进而触发动作电位）的生理过程。这是所有感觉系统产生感觉的第一步，也是连接客观物理世界与主观感知经验的桥梁。

核心原理

感觉转导遵循一个通用模型：

1. 刺激： 特定的适宜刺激作用于感觉受体。

2. 换能： 受体上的换能分子（通常是离子通道或G蛋白耦联受体）被激活。

3. 跨膜离子流： 换能分子的激活导致细胞膜对特定离子的通透性发生改变，产生跨膜离子流。

4. 受体电位： 离子流引起膜电位的分级变化，即发生器电位（在特化的感觉细胞中）或启动电位（在感觉神经末梢本身中）。

5. 信号传递： 如果受体电位达到阈值，便会引发动作电位（在初级感觉神经元中）或增加神经递质释放（在次级感觉细胞中），从而将信号编码并传递至中枢神经系统。

不同类型感觉的转导机制

每种感觉模态利用特异的分子和细胞机制进行转导：

1. 视觉

• 刺激： 光子（特定波长的光）。

• 受体细胞： 视网膜上的视杆细胞和视锥细胞。

• 换能分子： 视紫红质（GPCR家族）。

• 机制： 光使视紫红质中的视黄醛异构化，激活转导蛋白，进而激活磷酸二酯酶，降低cGMP水平，导致环核苷酸门控阳离子通道关闭，产生超极化的受体电位。

2. 听觉与平衡觉（机械力感受）

• 刺激： 声波振动（耳蜗）或头部加速度/重力（前庭器官）引起的毛细胞纤毛偏曲。

• 受体细胞： 毛细胞。

• 换能分子： 机械门控阳离子通道（如PIEZO2、TMC1/TMC2蛋白复合物）。

• 机制： 纤毛偏曲通过“尖端连接”直接牵拉通道蛋白，使其开放，允许K⁺（内淋巴中K⁺浓度高）和Ca²⁺内流，产生去极化的受体电位。

3. 躯体感觉（触觉、压觉、本体感觉）

• 刺激： 皮肤或深层组织的机械形变。

• 受体： 各种特化的感觉神经末梢（如环层小体、触觉小体）或游离末梢。

• 换能分子： 机械门控阳离子通道（如PIEZO1、PIEZO2）。

• 机制： 压力或牵拉使神经末梢膜变形，直接激活机械门控通道，产生去极化的启动电位。

4. 痛觉与温度觉

• 刺激： 伤害性热、冷、化学物质（如辣椒素、H⁺、ATP）或机械损伤。

• 受体： 伤害性感受器的游离神经末梢。

• 换能分子： 多种配体门控或温度门控离子通道，主要是TRP通道家族成员（如TRPV1感应热和辣椒素，TRPM8感应冷和薄荷醇，TRPA1感应刺激性化学物）、ASIC通道（感应质子）以及P2X受体（感应ATP）。

• 机制： 刺激物直接结合并打开通道，产生去极化的启动电位。

5. 嗅觉

• 刺激： 挥发性化学分子。

• 受体细胞： 嗅上皮中的嗅感受神经元。

• 换能分子： 嗅觉受体（GPCR家族，种类极多）。

• 机制： 气味分子结合受体，激活G蛋白，刺激腺苷酸环化酶，增加cAMP，打开环核苷酸门控阳离子通道，产生去极化的受体电位。

6. 味觉

• 刺激： 溶解性化学分子（甜、鲜、苦、咸、酸）。

• 受体细胞： 味蕾中的味觉细胞。

• 换能分子：

  • 甜、鲜、苦： 由GPCR介导，通过下游信号通路导致胞内储存的Ca²⁺释放。

  • 酸（H⁺）： 主要通过阻断K⁺通道或通过PKD通道。

  • 咸（Na⁺）： 通过上皮钠通道直接内流。

• 机制： 最终导致味觉细胞去极化，释放神经递质（如ATP），激活初级感觉神经末梢。

信号放大与适应

• 信号放大： 许多转导通路包含级联放大步骤（如视觉、嗅觉），使单个刺激分子能引发显著的离子流变化。

• 适应： 在持续刺激下，感觉反应减弱的现象。机制包括：离子通道失活（如机械感受）、钙离子介导的反馈抑制（如光感受器）、受体磷酸化或内吞等。这对于在变化的背景中检测新刺激至关重要。

临床意义

感觉转导机制的异常是许多感觉障碍的直接原因：

• 视网膜色素变性： 视紫红质等光转导相关基因突变。

• 遗传性耳聋： 毛细胞机械转导通道（如TMC1）或相关结构蛋白基因突变。

• 先天性痛觉不敏感症： SCN9A基因（编码电压门控钠通道Nav1.7）突变，导致伤害性感受器无法产生动作电位。

• 异常性疼痛和痛觉过敏： 转导通道（如TRPV1）或下游信号通路敏化。

• 嗅觉或味觉丧失： 转导分子功能障碍或嗅/味感受细胞受损。

参考文献

1. Kandel, E. R., Schwartz, J. H., Jessell, T. M., Siegelbaum, S. A., & Hudspeth, A. J. (2013). Principles of Neural Science (5th ed.). McGraw-Hill. （感觉系统与转导章节）

2. Lumpkin, E. A., & Caterina, M. J. (2007). Mechanisms of sensory transduction in the skin. Nature, 445(7130), 858-865.

3. Frings, S. (2009). Primary processes in sensory cells: current advances. Journal of Comparative Physiology A, 195(1), 1-19.

4. Corey, D. P., & Hudspeth, A. J. (1979). Ionic basis of the receptor potential in a vertebrate hair cell. Nature, 281(5733), 675-677.

5. Julius, D., & Basbaum, A. I. (2001). Molecular mechanisms of nociception. Nature, 413(6852), 203-210.