Vì sao bạc hà tạo cảm giác mát lạnh? Các nhà khoa học hé lộ cơ chế ẩn phía sau

Khi bạn bước ra ngoài trời lạnh hoặc đưa một viên kẹo bạc hà vào miệng, cơ thể sẽ kích hoạt một “cảm biến” chuyên biệt gửi tín hiệu lên não rằng bạn đang cảm thấy “mát lạnh”. Mới đây, các nhà nghiên cứu đã thu được những hình ảnh chi tiết đầu tiên cho thấy cơ chế hoạt động của cảm biến này, đồng thời giải thích cách nó phản ứng trước nhiệt độ thấp cũng như menthol – hợp chất tạo cảm giác mát có trong cây bạc hà.

Trọng tâm của nghiên cứu là TRPM8 – một kênh protein có nhiệm vụ phát hiện nhiệt độ mát. Theo ông Hyuk-Joon Lee, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại phòng thí nghiệm Đại học Duke, có thể hình dung TRPM8 giống như một chiếc “nhiệt kế siêu nhỏ” nằm bên trong cơ thể. Đây là cảm biến chính giúp não bộ nhận biết khi trời lạnh. Dù cơ chế này đã được biết đến từ lâu, nhưng trước đây các nhà khoa học chưa hiểu rõ cách nó vận hành ở cấp độ cấu trúc. Giờ đây, họ đã có thể “nhìn thấy” quá trình đó.

TRPM8 nằm trong màng của các tế bào thần kinh cảm giác ở da, miệng và mắt. Khi nhiệt độ giảm xuống khoảng 8–28°C (tương đương 46–82°F), kênh này sẽ mở ra, cho phép các hạt mang điện gọi là ion đi vào tế bào. Sự di chuyển của ion tạo ra tín hiệu điện truyền lên não, nơi nó được diễn giải thành cảm giác mát lạnh. Cơ chế tương tự cũng lý giải vì sao menthol, tinh dầu khuynh diệp hay các chất tương tự có thể tạo cảm giác mát ngay cả khi nhiệt độ thực tế không thay đổi.

Ông Lee cho biết menthol giống như một “mẹo đánh lừa” cơ thể. Nó gắn vào một vị trí cụ thể trên kênh TRPM8 và kích hoạt kênh mở ra, tương tự như khi gặp lạnh. Dù menthol không thực sự làm đóng băng bất cứ thứ gì, cơ thể vẫn nhận được tín hiệu giống như khi chạm vào đá lạnh.

Để tìm hiểu cách TRPM8 thay đổi cấu trúc khi được kích hoạt, nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật kính hiển vi điện tử đông lạnh (cryo-EM). Phương pháp này cho phép ghi lại hình ảnh các protein được làm đông nhanh bằng chùm tia điện tử, từ đó bắt được các trạng thái cấu trúc khác nhau khi kênh chuyển từ đóng sang mở.

Kết quả cho thấy nhiệt độ lạnh và menthol kích hoạt TRPM8 thông qua những con đường nội tại có phần chồng lấn nhưng không hoàn toàn giống nhau. Lạnh chủ yếu tác động lên vùng “lỗ kênh” – phần mở ra để ion đi qua. Trong khi đó, menthol gắn vào một vị trí khác trên protein, sau đó gây ra những thay đổi cấu trúc lan truyền khắp phân tử cho đến khi lỗ kênh mở.

Khi kết hợp lạnh với menthol, phản ứng được tăng cường theo cơ chế cộng hưởng. Nhóm nghiên cứu đã tận dụng sự kết hợp này để ghi lại trạng thái mở hoàn toàn của kênh – điều trước đó chưa thể thực hiện chỉ với nhiệt độ lạnh đơn thuần.

Ý nghĩa y học và “điểm lạnh” đặc biệt

Việc hiểu rõ cách TRPM8 hoạt động có thể mang lại nhiều giá trị trong y học. Những rối loạn liên quan đến kênh này đã được ghi nhận trong các bệnh như đau mạn tính, đau nửa đầu, khô mắt và một số loại ung thư. Một loại thuốc nhắm vào TRPM8 là acoltremon hiện đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA) phê duyệt dưới dạng thuốc nhỏ mắt điều trị khô mắt. Là một chất tương tự menthol, thuốc này kích hoạt con đường tạo cảm giác mát để kích thích tiết nước mắt và giảm kích ứng.

Ngoài ra, các nhà khoa học còn xác định được một khu vực được gọi là “điểm lạnh” trên protein – vùng đóng vai trò trung tâm trong việc cảm nhận nhiệt độ. Khu vực này dường như giúp kênh duy trì khả năng phản ứng khi tiếp xúc lạnh kéo dài, tránh tình trạng mất nhạy cảm.

Trước đây, giới nghiên cứu chưa rõ lạnh kích hoạt kênh này như thế nào ở cấp độ cấu trúc. Giờ đây, họ đã chứng minh được rằng nhiệt độ thấp tạo ra những thay đổi cụ thể ở vùng lỗ kênh. Phát hiện này đặt nền tảng cho việc phát triển các liệu pháp mới nhắm chính xác vào con đường cảm nhận lạnh.

Bằng cách làm sáng tỏ cách nhiệt độ và các hợp chất tạo mát cùng hội tụ vào một cảm biến phân tử duy nhất, nghiên cứu đã đưa ra lời giải chi tiết đầu tiên cho cơ chế cơ thể nhận biết cảm giác mát. Đây là một bước tiến quan trọng trong sinh học cảm giác, đồng thời mở đường cho các phương pháp điều trị chính xác và hiệu quả hơn trong tương lai.