微小分子闸门帮助蚊子感知人类皮肤
深圳一支研究团队绘制出疟蚊斯氏按蚊中的一种受体如何识别与人类皮肤有关的酸类物质，并打开传递电信号的通道。研究将气味分子的形状与蛋白质内部的运动联系起来，揭示了蚊子寻找人类过程中的一个分子环节。
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这项研究于2026年10月14日发表于《自然》，呈现了IR8a–IR75k受体复合物的四种结构状态，包括通道关闭时的完整受体、结合壬酸后通道打开时的完整受体，以及结合不同酸类物质的两个受体外部区域结构。
深圳医学科学院和深圳湾实验室的研究人员结合了冷冻电镜、电学测量和计算机模拟。研究结果显示，气味分子的结合位点发生微小变化，如何沿受体传递，并打开细胞膜上的孔道。
这篇发表于《自然》的研究论文题为《蚊子IR受体中配体识别与门控的结构基础》，确定了识别化学物质的结合口袋，以及传递信号的连接结构。这些结构为研究人员提供了具体靶点，可用于设计可能干扰蚊子寻找宿主的化合物。
这项研究直接解释了一种气味检测机制。基于该机制开发驱避剂、引诱剂及其他化合物，是研究提出的潜在应用；这些产品仍需进一步研发和测试。
这种受体能识别哪些皮肤化学物质？
壬酸和辛酸是与人体汗液和皮脂有关的羧酸。这类分子有助于蚊子探测附近是否有宿主。皮肤释放的化学物质有所不同，因此每个人散发的气味混合物也不一样。
羧酸具有一个容易识别的化学基团，连接着一串碳原子。壬酸含有九个碳原子，辛酸含有八个。两者只相差一个碳原子及其连接的氢原子，但受体对它们的响应并不相同。
IR75k是复合物中负责选择气味分子的部分。它的结合口袋能够识别酸基团，也能识别碳链的长度和形状，因此受体可以区分化学结构极为相似的物质。
皮肤化学成分、出汗和新陈代谢都会影响一个人释放的气味。这项结构研究解释了受体如何识别这种混合气味中的特定成分；不过，蚊子寻找宿主还会利用其他感官线索。
两类蛋白质组成一个功能性通道
IR8a和IR75k各有不同功能。IR8a是一种共受体，是组装功能性通道所必需的搭档。IR75k则是一种调谐受体，决定复合物能够识别哪些气味分子。
组装后的复合物包含四个蛋白质亚基：两个IR8a和两个IR75k。科学家称其为异源四聚体，意为由四个并非完全相同的部分组成的结构。
两个IR8a亚基构成一个类似Y形的中央支架。两个IR75k亚基分列两侧，彼此不直接接触。它们的位置表明，两个气味识别区域可以相对独立地发挥作用。
复合物的一部分伸出细胞外，气味分子可在此结合。另一部分穿过细胞膜，环绕中央孔道。在关闭状态下，孔道收窄；孔道打开后，带电粒子即离子便有了穿过细胞膜的通路。
四种结构快照揭示运动部件
冷冻电镜可以根据快速冷冻样品的图像重建蛋白质的形状。通过比较不同状态，研究团队得以追踪受体从等待气味到通道打开的变化过程。
四种结构分别是：未结合气味分子的完整受体、被壬酸打开的完整受体，以及分别结合壬酸和辛酸的外部结构域。与受体结合的分子称为配体。
根据深圳医学科学院的研究公告，开放状态结构的分辨率达到3.33埃。1埃为一米的百亿分之一，是描述原子尺度距离的单位。
深圳医学科学院将潘晓静、刘峰和黄凯列为共同通讯作者，将徐力、王鑫和全雪博列为共同第一作者。公告称，研究还结合了单细胞测序、电学实验和分子动力学模拟。
多一个碳原子为何会改变响应
根据深圳医学科学院的说明，壬酸在IR75k结合口袋中的结合比辛酸更稳定。两者都能嵌入受体外部结合结构域的两个叶片之间，但碳链长度不同，影响了它们形成的相互作用。
壬酸的酸基团由一组氢键固定。氢键是分子不同部分之间的一种微弱吸引力。壬酸的碳链则被蛋白质组成的结构包围，形成适合容纳这条碳链的口袋。
辛酸的碳链较短，因此呈现更弯曲的姿态，将它固定在位的相互作用也较弱。这有助于解释为何这两种酸虽然化学结构相近，激活受体的能力却不同。
研究团队还改变了个别氨基酸，即构成蛋白质的基本单元，以检验结合口袋的功能。R323和F318等位置发生改变后，壬酸触发的电流显著减弱，甚至几乎消失。这些实验将结构上的相互作用与受体活性联系起来。
气味结合如何打开电信号闸门
壬酸进入IR75k结合口袋，启动受体激活过程。结合结构域的两个叶片随后合拢，将壬酸包在其中。其中一个叶片发生旋转，引发一系列运动，朝着受体位于细胞膜内的部分传递。
位于A344、K460和C603等位置的机械连接结构传递这一运动。K460附近有一段特别短的连接结构，仅含四个氨基酸。它具有一定刚性，能像小杠杆一样传递运动，而不只是弯曲。
传递过来的运动会使穿过细胞膜的蛋白质螺旋发生位移和旋转。螺旋是蛋白质中呈卷曲状的部分。它们向外移动时，中央孔道扩大，通道随之打开。
随后，离子便可穿过孔道。由于离子带有电荷，它们的移动会改变细胞的电状态。细胞外部的化学物质与感官细胞结合后，正是通过这一过程启动电信号，供神经系统利用。
这一过程为研究人员提供了一套连贯的机制：气味结合、结合结构域闭合、运动沿连接片段传递、膜螺旋发生位移，最终孔道打开。
通过插入柔性片段检验分子杠杆
研究人员在一个关键连接处插入一段名为GSGS的柔性序列，以检验他们提出的杠杆机制。这四个字母分别代表四个氨基酸：甘氨酸、丝氨酸、甘氨酸和丝氨酸。在该处增加柔性后，运动传递能力大幅减弱。
深圳医学科学院表示，配体结合与通道开放之间的信号传递几乎被切断。这项实验表明，连接结构的机械特性十分重要：结合口袋产生的运动必须有效传递到膜上的闸门。
研究人员通过电学记录检测受体活性，并用分子动力学模拟考察结构随时间的变化。在模拟中，钠离子可以穿过结合壬酸的开放结构；在相同条件下，未结合配体的关闭结构中则未观察到相应的离子通过现象。
结构比较、蛋白质改造、电学测量和模拟共同支持同一机制。每种方法都考察了受体从化学物质检测器转变为开放离子通道的不同环节。
这项发现如何融入蚊子的其他感官系统
蚊子利用多种受体系统检测与食物和宿主有关的线索。味觉受体、气味受体和离子型受体共同参与检测二氧化碳、糖类、苦味化合物、羧酸和胺类等物质。
《昆虫科学杂志》2025年的一篇学术综述将离子型受体描述为第二套嗅觉系统，在解剖结构上与气味受体通路分开。表达这些受体的神经细胞位于专门的感觉结构中，并连接至独立的信号处理区域。
该综述指出，IR8a在不同目昆虫中高度保守，也就是说，亲缘关系较近的昆虫都保留了相似版本的IR8a。IR8a与调谐受体配对后，主要参与羧酸检测。综述涉及与公共卫生和农业有关的昆虫，包括苍蝇、蚊子、蛾和蝶。
深圳研究团队还报告称，在宿主偏好不同的多个蚊种中，关键识别位点都较为保守。因此，相关受体值得进一步研究，但本次结构实验聚焦于斯氏按蚊。
相关研究从对羧酸检测机制的总体认识，逐步深入到对单一受体的详细观察：
- 2025年：《昆虫科学杂志》的综述总结了昆虫中的羧酸感知机制及相关IR75受体。
- 2026年10月14日：《自然》发表了有关斯氏按蚊IR8a–IR75k复合物结构与功能的研究。
- 2026年10月15日：深圳医学科学院发布了对研究结果的说明。
这项发现对蚊虫防控有何意义
结合口袋可能成为新型化合物的靶点之一。研究人员可以利用它的形状和化学相互作用，探索能与皮肤气味竞争结合、以不同方式激活受体或干扰受体响应的分子。
机械连接结构则提供了另一个靶点。GSGS实验表明，即使气味识别机制完好无损，只要干扰信号传递，也能阻止通道正常打开。旨在影响这一运动过程的化合物仍需单独测试。
引诱剂是另一种潜在应用。了解哪些分子特征能够激活受体，有助于寻找用于引诱蚊子进入陷阱的化学物质。受体活性、蚊子行为和陷阱的实际效果都需要分别评估。
斯氏按蚊是疟疾传播媒介，因此减少它与人类的接触有助于预防疾病。更广泛的蚊虫防控研究还致力于减少登革热等疾病的传播，而登革热涉及其他蚊媒。要将这一机制推广到其他蚊种，还需研究它们的受体和行为。
这项研究为后续工作绘制了分子层面的路线图：一个具有化学选择性的结合口袋、特定的氨基酸相互作用，以及一个控制离子孔道的短机械连接结构。研究人员尚未公布驱避剂、引诱剂或疾病防控产品的开发时间表。
要点
- 这项发表于2026年10月14日的《自然》研究，绘制了疟蚊斯氏按蚊中的一种气味感知受体。
- 该受体由两个IR8a亚基和两个IR75k亚基组成；IR75k负责识别与皮肤有关的羧酸。
- 壬酸和辛酸相差一个碳原子，这会改变它们与受体的结合方式及激活受体的能力。
- 气味结合会使外部结构域闭合，带动机械连接结构运动，并打开供离子通过的孔道。
- 在关键连接处加入柔性GSGS序列，几乎切断了配体结合与通道开放之间的信号传递。
- 这些结构为未来的蚊虫防控研究提供了靶点；实用产品仍需研发和测试。
