微小的分子閘門幫助蚊子感知人類皮膚
深圳一支研究團隊解析了瘧蚊斯氏按蚊（Anopheles stephensi）體內的一種受體，如何辨識與人體皮膚相關的酸類，並開啟傳遞電訊號的通道。這項研究將氣味分子的形狀與蛋白質內部的運動連結起來，揭示蚊子尋找人類過程中的一個分子步驟。
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這項研究於2026年10月14日發表於《自然》（Nature），呈現IR8a–IR75k受體複合體的四種結構狀態，包括通道關閉時的完整受體、結合壬酸後通道開啟時的完整受體，以及外部區域分別結合不同酸類的兩種結構。
深圳醫學研究與轉化院及深圳灣實驗室的研究人員結合冷凍電子顯微鏡、電學測量與電腦模擬。研究結果顯示，氣味分子附著位置的一點微小變化，如何沿著受體傳遞，進而打開細胞膜上的孔道。
這篇發表於《自然》的研究論文題為〈蚊子IR受體配體辨識與閘控的結構基礎〉，確認了辨識化學物質的口袋，以及傳遞訊號的連結結構。這些結構為研究人員提供了明確的標靶位置，可用於設計可能干擾蚊子尋找宿主的化合物。
這項研究直接說明了一種氣味偵測機制。以此機制為基礎開發驅蚊劑、誘引劑及其他化合物，是可能的應用方向，但仍須進一步研發與測試。
受體會辨識哪些皮膚化學物質？
壬酸與辛酸是與人類汗液和皮脂相關的羧酸。這類分子有助於蚊子偵測附近是否有宿主。人體皮膚釋出的化學物質有所不同，也因此每個人產生的氣味組合各異。
羧酸具有可辨識的化學頭部，連接著一串碳原子。壬酸有九個碳原子，辛酸則有八個。兩者只差一個碳原子及其連接的氫原子，但受體對這兩種分子的反應並不相同。
IR75k是複合體中負責選擇氣味分子的部分。它的結合口袋會辨識酸的頭部，以及碳鏈的長度與形狀，因此能區分極為相似的化學物質。
皮膚化學、出汗與新陳代謝都會影響一個人釋出的氣味。這項結構研究說明受體如何辨識氣味混合物中的特定成分；不過，蚊子尋找宿主也會運用其他感官線索。
兩種蛋白質組成一個運作中的通道
IR8a與IR75k負責不同工作。IR8a是共同受體，是組成可運作通道所需的夥伴；IR75k則是調諧受體，負責決定複合體會辨識哪些氣味分子。
組成後的複合體含有四個蛋白質次單元：兩個IR8a和兩個IR75k。科學家稱這種結構為異源四聚體，意指由四個並非全都相同的部分組成。
兩個IR8a次單元形成類似Y形的中央支架。兩個IR75k次單元則位於兩側，彼此不直接接觸。它們的位置顯示，兩個氣味辨識區域可以相對獨立地運作。
複合體的一部分伸出細胞外，氣味分子可在此結合；另一部分則穿過細胞膜，環繞中央孔道。在關閉狀態的結構中，孔道較窄。孔道打開後，帶電粒子，也就是離子，便能穿越細胞膜。
四種結構快照揭示運動部件
冷凍電子顯微鏡可讓研究人員根據快速冷凍樣本的影像，重建蛋白質的形狀。在這項研究中，比較多種狀態，讓團隊得以追蹤受體從等待氣味到通道開啟的變化。
四種結構分別是未結合氣味分子的完整受體、由壬酸開啟的完整受體，以及分別結合壬酸與辛酸的外部結構域。能與受體結合的分子稱為配體。
深圳醫學研究與轉化院的研究公告指出，開啟狀態的結構解析度達3.33埃。埃是十億分之一公尺，用來描述原子尺度的距離。
該院列出潘曉靜、劉峰與黃凱為共同通訊作者，徐麗、王鑫與全學博為共同第一作者。公告指出，研究還運用了單細胞定序，以及電學實驗與分子動力學模擬。
為什麼多一個碳原子會改變反應
根據該院的說明，壬酸在IR75k結合口袋中的位置比辛酸更穩定。兩者都能嵌入受體外部結合結構域的兩個葉片之間，但碳鏈長度不同，會影響它們形成的接觸。
壬酸的酸性頭部由一組氫鍵固定。氫鍵是分子相鄰部分之間微弱的吸引力。它的碳鏈則受到形成口袋的蛋白質部分包覆，而這個口袋適合容納該碳鏈。
辛酸的碳鏈較短，因此會呈現較彎曲的姿勢。固定它的作用力較弱。這有助於解釋，儘管兩種酸在化學結構上十分相似，活化受體的能力卻不相同。
團隊也改變個別胺基酸，也就是組成蛋白質的基本單位，以測試結合口袋的功能。包括R323與F318在內的位點一旦改變，壬酸觸發的電流便大幅減少，甚至幾乎消失。這些實驗將結構上的接觸與受體活性連結起來。
氣味結合如何打開電氣閘門
壬酸進入IR75k結合口袋，啟動活化過程。結合結構域的兩個葉片隨後合攏，包住壬酸。其中一個葉片旋轉，帶動一連串朝受體細胞膜內部延伸的動作。
位於A344、K460與C603等位置的機械連結會傳遞這股運動。K460附近有一段特別短的連結，只有四個胺基酸。它的剛性讓它能像小槓桿一樣傳遞動作，而不只是彎曲。
傳遞而來的運動會使穿過細胞膜的蛋白質螺旋移位並旋轉。螺旋是蛋白質中呈捲曲狀的部分。它們向外移動時，中央孔道便擴大，通道也隨之開啟。
接著，離子便能通過孔道。由於離子帶有電荷，其移動會改變細胞的電狀態。外部感官細胞結合化學物質後，就能藉此啟動電訊號，供神經系統使用。
這一連串過程提供了可供研究人員檢視的完整機制：氣味結合、結合結構域閉合、動作經連接區段傳遞、細胞膜螺旋移位，以及孔道開啟。
以柔性插入序列測試分子槓桿
研究人員在一處關鍵連結加入名為GSGS的柔性序列，以測試假設中的槓桿作用。這四個字母代表四種胺基酸：甘胺酸、絲胺酸、甘胺酸與絲胺酸。在該處增加柔性，大幅削弱了動作的傳遞。
該院表示，配體結合與通道開啟之間的訊息傳遞幾乎完全中斷。這項實驗說明連結處的機械特性為何重要：結合口袋產生的動作必須有效傳至細胞膜閘門。
研究人員以電訊號紀錄測試受體活性，並用分子動力學模擬檢視結構隨時間的變化。在模擬中，鈉離子會通過結合壬酸的開啟狀態結構；在相同條件下，未結合配體的關閉狀態結構則未觀察到相應的離子通過現象。
結構比較、蛋白質改造、電學測量與模擬共同支持同一種機制。每種方法都檢視了受體從化學偵測器轉變為開啟的離子通道過程中的不同環節。
這項發現如何納入蚊子的其他感官機制
蚊子會運用數種受體系統偵測與食物及宿主相關的線索。味覺受體、氣味受體與離子型受體有助於偵測二氧化碳、糖、苦味物質、羧酸與胺類等物質。
《昆蟲科學期刊》（Journal of Insect Science）於2025年的一篇學術綜述指出，離子型受體構成第二套嗅覺系統，在解剖結構上與使用氣味受體的路徑分開。表現這些受體的神經細胞位於專門的感覺結構中，並連接到不同的訊息處理區域。
這篇綜述指出，IR8a在不同目昆蟲之間高度保守，也就是相關昆蟲保有相似版本的IR8a。IR8a與調諧受體配對後，主要負責偵測羧酸。綜述涵蓋與公共衛生及農業相關的昆蟲，包括蒼蠅、蚊子、蛾與蝴蝶。
深圳團隊也指出，在宿主偏好不同的數種蚊子中，重要的辨識位點仍然保守。因此，相關受體值得進一步研究；不過，這些結構實驗聚焦於斯氏按蚊。
這項研究脈絡從對酸類偵測的廣泛認識，延伸至單一受體的詳細觀察：
- 2025年：《昆蟲科學期刊》綜述整理昆蟲的羧酸感知機制及相關IR75受體。
- 2026年10月14日：《自然》發表斯氏按蚊IR8a–IR75k複合體的結構與功能研究。
- 2026年10月15日：深圳醫學研究與轉化院發布研究結果說明。
研究發現對蚊蟲防治的可能意義
結合口袋是新化合物可能鎖定的目標之一。研究人員可利用其形狀與化學接觸資訊，尋找能與皮膚氣味競爭、以不同方式活化受體，或干擾受體反應的分子。
機械連結則是另一個標靶。GSGS實驗顯示，即使氣味辨識機制仍在，只要干擾訊號傳遞，就能阻止通道正常開啟。針對這種運動設計的化合物，仍須另行測試。
誘引劑也是可能的應用方向。了解哪些分子特徵會活化受體，或有助於尋找可引誘蚊子進入陷阱的化學物質。受體活性、蚊子行為與陷阱的實際效能都需要評估。
斯氏按蚊是瘧疾病媒，因此減少牠與人類接觸有助於疾病預防。更廣泛的蚊蟲防治研究也致力降低登革熱等疾病傳播，而登革熱涉及其他蚊種。要將這項機制應用於其他蚊種，仍須研究牠們的受體與行為。
這項研究為相關工作提供分子地圖：具有化學選擇性的口袋、特定胺基酸接觸，以及控制離子孔道的短機械連結。研究團隊未公布驅蚊劑、誘引劑或疾病防治產品的研發時程。
重點整理
- 《自然》於2026年10月14日發表的研究，解析瘧蚊斯氏按蚊（Anopheles stephensi）的一種氣味感知受體。
- 該受體由兩個IR8a次單元與兩個IR75k次單元組成，IR75k負責辨識與皮膚相關的羧酸。
- 壬酸與辛酸只差一個碳原子，卻會因此以不同方式嵌入並活化受體。
- 氣味結合會使外部結構域閉合、帶動機械連結，並打開讓離子通過的孔道。
- 在關鍵連結處加入柔性GSGS序列，幾乎切斷了結合與通道開啟之間的訊息傳遞。
- 這些結構為未來蚊蟲防治研究提供標靶；實際產品仍須研發與測試。
