近日，我院动物生存适应策略课题组在无脊椎动物新型酸敏感受体的发现与机制研究中取得新进展。相关成果以“A proton-gated channel identified in the centipede antenna”为题发表于国际权威期刊《欧洲分子生物学实验室报告》（EMBO Reports）。该发现不仅拓展了对动物酸感知功能多样性的认识，也为理解动物在碳排放加剧和环境酸化背景下的感知与适应策略提供了关键分子靶点。

酸感知系统作为动物感知环境和维持生理稳态的重要途径，在动物的觅食、避害等关键行为中发挥着核心作用。全球碳排放引起的大气CO₂浓度升高正在导致环境酸化，持续升高的CO₂背景水平将会构成一个恒定的“化学噪音”。这样的“噪音”会使动物难以分辨出天敌的呼吸、猎物接近等重要生物学意义的波动性CO₂信号，对关键的生存行为造成直接影响。环境中CO₂浓度的变化会直接引起体液或周围介质中pH值的改变，动物对CO₂信号的捕捉很大程度上是通过酸感知受体介导的。因此，从分子层面系统解析典型物种的酸感知受体及其工作机制，解析其分子功能多样性，是揭示动物感知环境中CO₂的分子策略和生存适应机制的关键。

该研究聚焦于具备感知CO₂能力且感觉器官较为单一的节肢动物——少棘蜈蚣（Scolopendra subspinipes mutilans），结合电镜扫描技术（SEM）、单细胞核RNA测序（sn-RNAseq）、膜片钳电生理（Patch-clamping）、冷冻电镜技术（croy-EM）、定点氨基酸调控、荧光探针定点标记以及免疫共定位等多种技术手段，首次从蜈蚣的触角中识别了一个新型酸敏感离子通道PDPNaC1（Proton dissociation permeative sodium channel），该通道能够响应波动的低pH值信号，与哺乳动物节律性的呼吸和蜈蚣触角的快速摆动相互搭配，实现蜈蚣对环境中波动性CO₂信号的感知。

少棘蜈蚣触角上带有孔洞结构的感受器是其感知CO₂的关键结构基础，这些感受器下方的感觉神经元被局部淋巴液包裹，淋巴液会因为空气中CO₂浓度的升高和降低而在短时间内产生显著的pH值变化。PDPNaC1特异性表达在少棘蜈蚣触角中的一类感觉神经元中，能够介导对外界环境中化学信号的感知。该通道在质子结合状态下（酸刺激下）仅产生小电导电流（I₁），而在质子解离瞬间（撤去酸刺激）释放大电导电流（I₂）。该受体响应酸-碱切换的现象与目前已知的其他酸敏感受体具有显著区别，其他酸敏感受体并不具备质子解离释放大电导电流的能力。PDPNaC1这一特性依赖于其特异性位点Ser376。该残基侧链的羟基与离子流通路径中的水合氢离子（H₃O⁺）形成氢键连接，阻碍了其他阳离子的流通，从而引发小电导电流I₁。由于氢键的断裂非常迅速（10^-12 s），通道构象变化却相对较慢（10^-3 s），在撤去酸刺激时孔径中的阻断消失，通道仍处于开放状态，从而引发瞬时显著的大电导电流I₂。这一机制的解析揭示了酸敏感受体对质子响应的分子机制多样性，阐明了动物为满足不同环境下的生存需求而做出的适应性进化策略。

蜈蚣触角高频率摆动介导淋巴液在CO₂作用下发生快速的pH波动，PDPNaC1不断与氢离子发生结合和解离的循环而不断被重复激活，促使感觉神经元最大程度地去极化，触发警告信号。因此，PDPNaC1可特异性地响应环境中pH值的快速波动（如捕食者呼吸），帮助蜈蚣避开哺乳类捕食者，赋予蜈蚣等多足纲动物适应土壤地栖的生存策略。

该研究在近原子水平揭示了PDPNaC1通道具备感知变化酸刺激的结构基础和功能机制，从个体、组织、细胞和分子多个层面系统解析了蜈蚣特化酸敏感受体响应环境中波动性CO₂刺激的工作机制。该发现不仅拓展了对酸敏感受体跨物种功能多样性和物种特异性的认识，也为理解多足纲动物在碳排放加剧和环境酸化背景下的感知与适应策略提供了关键分子靶点。该成果对评估气候变化对多足纲动物行为的影响，以及基于酸感知机制的仿生传感器开发具有重要理论意义。

我院副教授王云飞为论文唯一通讯作者，我院博士研究生董文琪、袁立成以及浙江大学博士研究生尚江铭为共同第一作者。

原文链接：https://www.embopress.org/doi/full/10.1038/s44319-025-00606-2