机械敏感性离子通道Piezo在消化系统疾病中的作用

Piezo蛋白是一种非选择性机械敏感性阳离子通道,能够响应压力、剪切应力等机械刺激,将机械信号转化为胞内的生物电活动,引起特定的生物学效应。在消化系统中,Piezo有助于维持消化吸收、物质代谢和免疫调节等正常生理活动,但Piezo的异常状态能够促进内脏高敏感、肠黏膜屏障功能障碍、免疫炎症等多个病理环节,参与消化系统疾病的发生发展。故本文对Piezo蛋白的结构、生理特性,及其在消化系统肿瘤、炎性疾病、纤维化疾病和功能性疾病中的作用进行综述,以期为消化系统疾病的机制研究和潜在治疗靶点的探索提供新的思路。

LSD1和PIEZO1在口腔癌中的表达及其与预后转归关系研究

目的分析赖氨酸特异性去甲基化酶1(LSD1)和压电型机械敏感离子通道组件1(PIEZO1)在口腔癌中表达及与预后转归的关系。方法选取2013年1月—2018年3月联勤保障部队第九二〇医院口腔外科收治的口腔癌患者113例,采用免疫组织化学法检测术中留取口腔癌组织和癌旁组织中LSD1、PIEZO1表达;分析口腔癌组织LSD1、PIEZO1表达与临床病理特征的关系;根据口腔癌组织LSD1、PIEZO1表达情况分为LSD1阳性表达组、PIEZO1阳性表达组、LSD1阴性表达组、PIEZO1阴性表达组;采用Kaplan-Meier法绘制LSD1、PIEZO1阳性/阴性表达口腔癌患者生存曲线,Cox回归分析影响口腔癌患者预后转归的因素。结果与癌旁组织比较,口腔癌组织中LSD1、PIEZO1阳性表达率升高(χ^(2)/P=47.684/<0.001、43.929/<0.001)。LSD1、PIEZO1在分化程度低、浸润深度>5 mm、TNM分期Ⅲ期、有淋巴结转移患者中阳性表达率升高(LSD1:χ^(2)/P=5.815/0.016、6.669/0.010、8.145/0.004、10.879/0.001,PIEZO1:χ^(2)/P=6.136/0.013、5.796/0.016、6.771/0.009、8.116/0.004)。113例口腔癌患者5年总生存率为56.64%(64/113)。Kaplan-Meier生存曲线分析显示,LSD1阳性表达组、PIEZO1阳性表达组5年总生存率分别低于LSD1阴性表达组、PIEZO1阴性表达组(χ^(2)/P=12.097/0.001、9.795/0.002)。低分化、浸润深度>5 mm、TNM分期Ⅲ期、有淋巴结转移和LSD1、PIEZO1阳性表达为影响口腔癌患者预后转归的独立危险因素[OR(95%CI)=3.131(1.129~8.679)、4.011(1.426~11.283)、5.100(1.274~20.417)、8.357(1.800~38.795)、3.623(1.059~12.395)、3.454(1.191~10.019)]。结论口腔癌组织LSD1、PIEZO1高表达,与分化程度、浸润深度、TNM分期、淋巴结转移和预后转归有关,可能成为口腔癌患者预后转归评估的生物标志物。

PIEZO机械转导通路在骨细胞中的作用及研究进展

骨骼作为人体的主要机械支撑结构,不断接受来自体内和体外的机械刺激。机械传导对骨骼的生长发育和生理状态的维持,以及骨质疏松等病理过程的发生发展都起着重要作用。因此,揭示骨机械转导机制对于了解骨生理机制和预防骨病以及寻找骨病的治疗靶点均具有十分重要的意义。近期研究表明,PIEZO通道,特别是PIEZO1通道,在骨的机械转导中起重要作用,其作用和机制已成为近几年的研究热点。本文基于PIEZO通道成员和结构的介绍,总结了PIEZO在骨细胞、间充质干细胞、成骨细胞、软骨细胞中的研究进展,以期为PIEZO通道在骨细胞的研究中提供了研究思路。

Piezo作为机械传感分子在骨稳态中的研究进展

Piezo是机械激活的一种广泛存在于人体组织中的阳离子通道,它能感受细胞膜机械力变化并迅速作出反应。Piezo1和Piezo2在不同器官和组织中具有机械感觉和转导的基本功能,骨是一个与机械刺激密切相关的器官,Piezo1离子通道常常以机械传感器的身份在骨及周围细胞的生理功能中发挥重要作用。本文就Piezo1离子通道的研究现状及其在骨领域的研究进行综述。

Piezo机械敏感性离子通道研究现状及其在骨与关节组织的研究进展

机械敏感性离子通道是一类与生物力学机械信号传递密切相关的离子通道,一经发现即引起国内外学者的广泛关注。最近,在哺乳动物中已经发现了一类几乎无处不在的膜通道,即Piezo1和Piezo2,被认为在哺乳动物的机械生物学中起着至关重要的作用。骨细胞、软骨细胞、髓核细胞、骨肉瘤细胞和成骨细胞等均可感受细胞外环境中的力学机械刺激,通过机械敏感性离子通道激活细胞信号转导途径,影响细胞的增殖、分化、迁移及凋亡。本文就有关Piezo机械敏感性离子通道的研究现状及其在骨与关节领域的研究进行综述。

压电型机械门控离子通道组件1在大鼠压力性损伤中的作用机制

背景:压力性损伤的发生机制复杂,哪些因素在其发生中起到核心作用,这些因素具体又是如何发生的尚不完全清楚。目的:探讨压电型机械门控离子通道组件1(piezo-type mechanosensitive ion channel component 1,PIEZO1)与压力性损伤发生的关系。方法:①细胞实验:采用不同浓度的PIEZO1激动剂Yoda1干预人永生化角质形成细胞(HaCaT),检测细胞活性、钙离子内流及PIEZO1、凋亡相关蛋白的表达。②动物实验:采用随机数字表法将12只SD大鼠随机分为4组,每组3只:对照组大鼠不进行任何处理,1,2,3 mm组分别采用厚度1,2,3 mm的磁铁在大鼠背部两侧压迫1 h,建立压力性损伤模型,造模后切除全部创面组织,分别进行苏木精-伊红、Masson、免疫荧光染色及Western blot检测。结果与结论:①细胞实验:活/死细胞染色结果显示,随着Yoda1浓度(0,2.5,5,10μmol/L)的升高,HaCaT细胞凋亡增加;随着Yoda1浓度(0,5,10μmol/L)的升高,HaCaT细胞钙离子内流增加,并且随着处理时间的延长,钙离子内流增多;Western blot检测结果显示,与对照组(0μmol/L Yoda1干预)比较,5,10μmol/L Yoda1干预可提升HaCaT细胞中BAX、TG2、PIEZO1蛋白的表达,降低Bcl-2蛋白的表达;②动物实验:苏木精-伊红与Masson染色结果显示,3个实验组压迫部位皮肤结构被破坏,皮下脂肪液化坏死,胶原蛋白稀疏且排列紊乱,并且随着磁铁厚度(压力)的增加,压迫部位皮肤组织结构破坏程度加重;免疫荧光染色与Western blot检测结果显示,与对照组比较,3个实验组大鼠BAX、TG2、Yap1与PIEZO1蛋白表达升高,Bcl-2蛋白表达降低,并且随着磁铁厚度(压力)的增加,相关蛋白表达值改变更加明显;③结果表明:皮肤受压会激活PIEZO1使钙离子大量内流,随着所受压力的不断增加,最终导致钙超载后的细胞凋亡。

Piezos离子通道在大鼠牙周组织中表达的实验研究

目的:通过观察机械敏感离子通道Piezos蛋白在牙周组织中的表达情况,探讨其在牙周组织机械感受中的作用。方法:使用间接免疫荧光技术,在蛋白水平观察机械敏感离子通道Piezos蛋白在大鼠牙周组织的表达特点及定位。结果:Piezo1和Piezo2在牙周膜成纤维细胞中均呈阳性表达,其中Piezo2的表达量明显低于Piezo1(P<0.05);Piezos两种蛋白主要表达于牙周膜成纤维细胞,但在骨细胞中未见表达;Piezos在细胞中的表达部位主要在胞膜上,部分在胞浆里。结论:牙周组织,特别是牙周膜中有丰富的Piezos离子通道的表达,提示Piezos可能参与了牙周膜的感觉传导。

动脉粥样硬化兔主动脉血管壁机械敏感性离子通道蛋白Piezo1表达与血管内膜厚度相关性分析

目的通过建立兔动脉粥样硬化模型,分析其主动脉血管壁机械敏感性离子通道蛋白Piezo1表达水平与血管内膜厚度的相关性。方法将32只健康新西兰大白兔按随机分组法分为对照组8只、AS模型组24只,对照组给予普通饲料喂饲,AS模型组给予高脂饲料喂饲,共12周。于造模前、造模后4、8、12周每组各处死2只实验兔,取主动脉弓处血管壁组织,采用HE染色进行组织形态学观察,OLYSIA软件测定血管内膜厚度,ELISA法检测机械敏感性离子通道蛋白Piezo1的表达。结果对照组主动脉分层清楚,内膜无增厚;AS模型组随着建模时间延长,主动脉管壁内点状突起增多,内膜增厚,含许多泡沫细胞及脂质沉积。与对照组同时点比较,AS模型组造模后各时点血管内膜厚度、Piezo1表达水平均增加;与造模前比较,AS模型组造模后各时点血管内膜厚度、Piezo1表达水平均增加(P均<0.05)。Pearson相关分析显示,造模4、8、12周血管内膜厚度与Piezo1表达均呈正相关(r=0.53,P=0.043;r=0.65,P=0.038;r=0.78,P=0.025)。结论在AS的发生发展中,兔主动脉血管壁机械敏感性离子通道蛋白Piezo1表达水平与血管内膜厚度呈正相关,通道蛋白Piezo1可能通过影响血管内皮细胞形态引起血管重构,从而参与AS的发生发展。

机械感受器Piezo离子通道激活与调控机制

Piezo通道是在哺乳动物中发现的机械敏感离子通道,参与触觉形成、渗透压调节等多种重要生理过程,并与感觉异常、心血管疾病、肿瘤等疾病密切相关。Piezo将机械信号转化为电信号的机械激活过程可以由膜穹顶机制来描述解释,即Piezo通道与附近磷脂膜在不受力时呈现高度弯曲的穹顶状,而受力开放时变平,以获得在能量上更稳定的构象。这一过程可受Piezo蛋白本身性质、脂质、互作蛋白等多种因素调节,以适应Piezo复杂多样的生理功能。深入理解Piezo机械激活与调控的分子机理,将有助于从机械转导的角度为相关疾病的防治带来新的突破。

Piezo通道的功能及其药理学研究进展

自被发现以来,机械敏感性离子通道受国内外学者广泛关注,尤其是近年来发现的Piezo通道,对哺乳动物的机械信号转导至关重要。该通道分布广泛,参与机体多种生理和病理过程。新近研究表明,Piezo通道参与细胞增殖、分化和迁移及触觉感知、血压的自发调节等过程,也与非小细胞肺癌等疾病的发生有关,而药物可通过Piezo通道干预生理和病理进程。本文主要综述Piezo通道的功能及与之相关的药理学研究进展,为靶向药物的开发提供借鉴。

Piezo机械敏感性离子通道在骨关节系统中的作用

目的总结Piezo机械敏感性离子通道在骨关节系统中的作用,以期为后续研究提供参考。方法广泛查阅国内外相关文献,对Piezo离子通道的结构特点、门控机制、激活剂与阻滞剂及其在骨关节系统中的作用进行总结。结果骨关节系统是机体主要承重和运动组织,其感知并响应机械刺激的能力是维持骨关节正常生理功能的保障之一,许多骨关节疾病的发生、发展与异常机械负荷有紧密关系。目前研究显示Piezo机械敏感性离子通道通过响应拉伸刺激、细胞Ca^(2+)内流信号调节向成骨方向分化;并影响成骨细胞的增殖与迁移,通过成骨细胞-破骨细胞之间细胞交流维持骨内稳态。同时,Piezo1蛋白可以通过其宿主细胞间接参与调控破骨细胞的形成及活性,进而调节骨重塑过程。而Piezo1离子通道在机械刺激时,通过调节Akt、Wnt1信号通路表达,维持骨内稳态;针对Piezo1、2离子通道对高应变机械信号的敏感性,介导的Ca^(2+)内流以及炎症信号使得软骨细胞中Piezo1离子通道机械转导敏感性增加的特性,有望成为靶向性防治骨关节炎的新切入点。但机械刺激如何调控骨关节生理/病理过程仍待阐明。结论Piezo机械敏感性离子通道赋予了骨关节系统感知并响应机械应力的重要能力,在其细胞命运转归、骨骼发育、骨与软骨稳态维持等方面扮演关键的机械传感作用。

瘙痒相关离子通道研究进展

瘙痒是一种引起抓挠欲望或反射的不愉快、刺激性感觉,可由机械、温度、电、内/外源性化学刺激引起。瘙痒的形成需要致痒剂、瘙痒相关受体和离子通道的参与,但以瞬时受体电位(transient receptor potential, TRP)通道为代表的众多瘙痒离子通道的作用机制目前仍不清楚。因此,研究瘙痒,尤其是慢性瘙痒产生的机制,并将其应用于临床从而找到有效抑制瘙痒的方法,近年来备受关注。该文就目前已知的参与瘙痒信号产生和传递的各型离子通道及其作用机制进行总结,以期为瘙痒治疗提供新的思路和治疗靶点。

高频通道干扰的应对策略和改进

高频通道保护广泛应用于220 kV线路的主保护,高频载波通道容易受到干扰的影响。文章介绍了高频通道的基本原理和干扰的来源,以及目前的应对策略和具体措施,分析了一起因操作过电压引起多台收发信机损坏事件的现象、原因、处理方法。从收发信机的设计、通道的设计和现场施工的角度提出了应对高频通道干扰的改进措施,阐明了目前收发信机通道入口处安装保护元件的必要性和具体方法。这些措施可以大大降低侵入收发信机的干扰水平。

穴区机械敏感性Piezo通道在针刺缓解大鼠关节炎性痛启动机制中的作用

目的:研究Piezo通道是否在针刺穴位启动机制中发挥作用。方法:雄性SD大鼠随机分为空白组、模型组、针刺治疗组、钆预处理+针刺组、钌红预处理+针刺组、GsMTx4预处理+针刺组和HC-067047预处理+针刺组,每组6~8只。左侧踝关节腔内行完全弗氏佐剂注射建立佐剂关节炎(AA)模型。造模后48h针刺患侧后三里穴,仅单次治疗20 min。各预处理组于针刺前30 min穴区注射相应抑制剂。以患侧足底痛阈和旷场自主行为测试作为评价疼痛的指标。穴区组织间隙内ATP(inters.ATP)用微透析法采集并用萤光素酶法检测。RTPCR和免疫荧光染色用以检测Piezo的表达。结果:与空白组比较,模型组AA大鼠表现出痛觉过敏现象,痛阈和自主行为均显著降低(P<0.01),在针刺后得到显著改善(P<0.01);与针刺治疗组比较,钌红、GsMTx4、HC-067047预处理+针刺组均可显著抑制针刺镇痛效应(P<0.01)。RT-PCR和免疫荧光染色均证实后三里穴区皮肤组织表达Piezo1和Piezo2两种亚型。针刺可上调穴区inters.ATP的峰值浓度和总量,HC-067047可显著抑制该上调作用(P<0.05)。结论:初步揭示穴区局部表达低机械阈值的Piezo通道;与高机械阈值的TRPV4通道类似,Piezo通道可被针刺激活,并参与针刺镇痛的启动机制。

机械敏感离子通道在牙源性细胞中作用的研究进展

机械敏感离子通道(MS离子通道)是一类能感知机械应力的重要蛋白,将细胞外机械刺激信号转化为电化学信号,导致离子跨膜流通,继而传递至胞内调控下游靶基因。牙源性细胞胞膜表面有多种MS离子通道表达,但其如何调控细胞功能和具体机制仍不明确。本文就MS离子通道的分类及其在牙源性细胞的表达和功能作一综述。

Piezo机械敏感性离子通道在骨关节组织中的研究进展

机械敏感性离子通道是细胞表面机械力学刺激转化为细胞内电信号或化学信号的机械感受器。近年来,在真核生物中Piezo蛋白作为机械敏感性阳离子通道逐渐成为研究热点,Piezo1和Piezo2蛋白在哺乳动物不同器官和组织中表达,而骨关节等组织与力学传导直接相关,机械力的传导及引起的细胞内效应对骨科疾病的治疗和预防起着非常重要的作用。就Piezo蛋白机械敏感性离子通道在骨组织、软骨组织、骨髓组织、椎间盘组织以及在骨科疾病中的研究进展进行综述。

成骨分化促进小鼠胚胎成骨前体细胞中压电型机械敏感离子通道组件1的表达

目的研究小鼠胚胎成骨前体细胞MC3T3-E1经成骨诱导后压电型机械敏感离子通道组件1(PIEZO1)的表达变化及意义。方法成骨诱导MC3T3-E1细胞后,于第0、14、21天分别进行茜素红染色观察钙结节和细胞形态,利用蛋白质印迹法(Western blot)、实时荧光定量聚合酶链反应(qRT-PCR)分别检测成骨诱导对各时间点PIEZO1蛋白和PIEZO1 mRNA表达的影响,组间比较采用One-way ANOVA检验。结果MCET3-E1成骨诱导0 d时基本未见红色钙化结节,细胞呈梭形;诱导14 d时出现钙化结节,细胞呈聚集样和层叠样生长,且随着诱导时间延长钙化结节数量增多,形状逐渐增大,细胞层叠样生长加重;同时MC3T3-E1中PIEZO1蛋白及mRNA的表达量随着成骨诱导时间的延长而逐渐增高(PIEZO1蛋白0 d组0.26±0.04、14 d组0.42±0.16、21 d组0.81±0.04,F=24.05,P<0.001;PIEZO1 mRNA 0 d组1.00±0.03、14 d组1.45±0.11、21 d组4.51±0.44,F=161.90,P<0.001),差异有统计学意义。结论成骨分化可促进MC3T3-E1在矿化结节形成期PIEZO1蛋白的表达。

诺贝尔生理学或医学奖获奖者大卫·朱利叶斯(David Julius)和阿登·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian)对温度和触觉感受器研究的贡献

David Julius利用辣椒辣素来识别皮肤神经末梢上对热/冷刺激做出反应的感受器,Ardem Patapoutian利用压力敏感细胞发现了一种对皮肤和内部器官的机械刺激作出反应的新型感受器。两位学者对感受器受体的分型、结构特点、作用及调控机制进行了深入的探讨,这使我们对热、冷、机械刺激以及疼痛的认识更为深入。

破解人类感知之谜

戴维·朱利叶斯和阿尔登·帕塔普蒂安因发现TRPV1、TRPM8离子蛋白通道和PIEZO基因,“揭开了人类温度和触觉感受器的‘神秘面纱’”,荣获2021年诺贝尔生理学或医学奖。通过回顾2位科学家的成长经历、科研历程及在人类感知领域的研究成果,探讨了“痛感”对人体的利弊,分析了新科学仪器的应用与基础科研的关系。

温度感应和触觉受体研究进展——2021年度诺贝尔生理学或医学奖解读

人体通过触觉、听觉、视觉、味觉和嗅觉这五种基本的感觉过程来感受外界的物理和化学信号并做出响应.此外,环境中的高温(热)或低温(冷)刺激也能够被人体细胞中的受体所感知.温度感应过程以及触觉中的机械力刺激和响应与疼痛的产生有关,该方面的研究不仅有助于了解疼痛的本质,而且有望为疼痛的治疗提供新的靶点和启示.2021年度诺贝尔生理学或医学奖授予了加州大学旧金山分校的David Julius教授和斯克利普斯研究所(Scripps Research Institute)的Ardem Patapoutian教授,以表彰他们在发现温度感应和触觉受体方面做出的贡献.本文围绕此次诺贝尔生理学或医学奖所涉及的研究工作进行解读,回顾相关的研究进展,并展望该领域研究的未来发展方向.