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。

机械敏感离子通道Piezo1在压力侧正畸牙槽骨改建的动物实验研究

目的探讨机械敏感性离子通道Piezo1在大鼠正畸牙移动过程中压力侧牙槽骨中的表达及作用,并探究可能的信号通路。方法建立正畸牙移动模型,对不同时间点压力侧牙周组织中机械敏感离子通道Piezo1、破骨细胞数目、破骨细胞标记物(RANKL、OPG)、成骨标记物(Runx2、Osterix)和Wnt非经典信号通路(Wnt5a、CAMKⅡ)的表达水平进行检测并分析其变化规律。结果在正畸牙移动过程中,压力侧破骨细胞数目增加,RANKL表达增加;Piezo1、OPG、Runx2、Osterix、Wnt5a及CAMKⅡ的表达先增高后下降。结论Piezo1可能参与了正畸牙移动过程中压力侧的牙槽骨改建,并通过Wnt非经典信号通路发挥作用。

Piezo1通道激活促进大鼠冠脉平滑肌细胞内钙浓度升高的机制研究

目的:探讨机械敏感性离子通道Piezo1激活促进冠状动脉平滑肌细胞(CASMCs)内Ca^(2+)浓度([Ca^(2+)]i)升高的机制。方法:采用原代成年大鼠CASMCs为研究对象,用细胞免疫荧光技术观察Piezo1在CASMCs中的表达与亚细胞定位情况;利用Western blot检测用si RNA敲减CASMCs中Piezo1和基质相互作用分子1(STIM1)后CASMCs中的蛋白表达情况;利用激光共聚焦显微镜,通过基于Flou-4 AM负载的细胞内Ca^(2+)成像技术,测量CASMCs[Ca^(2+)]i的变化。结果:细胞免疫荧光染色结果显示,Piezo1在原代大鼠CASMCs中表达;Piezo1与肌浆/内质网Ca^(2+)-ATP酶2(SERCA2)、线粒体外膜蛋白TOM20和核膜蛋白lamin B1共定位程度较高。Western blot结果表明,si RNA转染后STIM1和Piezo1蛋白表达下调(P<0.05)。激光共聚焦显微镜检测[Ca^(2+)]i结果表明:与对照组相比,Piezo1激动剂Yoda1诱导CASMCs的胞外Ca^(2+)内流增加(P<0.01),抑制L型钙通道不影响Yoda1诱导的Ca^(2+)内流;Yoda1诱导CASMCs胞内Ca^(2+)释放增加(P<0.01),抑制内质网上的钙通道(雷诺丁受体和1,4,5-三磷酸肌醇受体)不影响Yoda1诱导的胞内Ca^(2+)释放;使用毒胡萝卜素(TG)排空内质网中Ca^(2+)后,Yoda1仍能诱导CASMCs中其它细胞器的Ca^(2+)释放(P<0.01);抑制L型钙通道后,使用钙库操纵性钙通道(SOCC)抑制剂BTP2或敲减STIM1使Yo‐da1诱导CASMCs胞外Ca^(2+)内流减少(P<0.01);敲减Piezo1使TG诱导的CASMCs内质网Ca^(2+)释放增加(P<0.05),但不影响TG诱导的胞外Ca^(2+)内流;抑制L型钙通道和SOCC后,敲减Piezo1导致Yoda1诱导的CASMCs胞内Ca^(2+)释放以及胞外Ca^(2+)内流均减少(P<0.01)。结论:Piezo1激动剂诱导CASMCs胞外Ca^(2+)内流主要通过细胞膜上的Piezo1通道和间接激活的SOCC,也可触发胞内细胞器Ca^(2+)释放,共同升高[Ca^(2+)]i。

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。

推拿调控Piezo2机械敏感性离子通道防治糖尿病胃轻瘫的可行性分析

糖尿病胃轻瘫(DGP)是以胃肠运动障碍为特点的临床常见病,已成为重要的社会公共卫生问题。推拿作为防治DGP重要的中医技法,疗效显著。本文从中医理论和西医认识阐述了DGP的发病机制,通过查阅文献并结合前期研究,提出了从Piezo2机械敏感性离子通道这一关键环节探讨推拿防治DGP的方法与思路。

基于机械敏感性阳离子通道Piezo1的黄芪丹参药物血清对低流体切应力诱导的人内皮细胞功能紊乱的影响

目的观察黄芪丹参药物血清调控机械敏感性阳离子通道Piezo1对低流体切应力(FSS)诱导的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)功能紊乱的影响,探讨其可能的作用机制。方法将细胞分为空白组、模型组、Piezo1激活剂组和芪参血清组,采用FSS加载分析设备加载低FSS建立细胞损伤模型,Piezo1激活剂组和芪参血清组分别给予Piezo1激活剂Yoda-1和黄芪丹参药物血清干预,空白组和模型组加入空白血清培养。MTT法检测细胞活力,流式细胞仪检测细胞凋亡,硝酸还原酶法检测细胞灌流液一氧化氮(NO)含量,均相竞争法检测内皮素-1(ET-1)含量,ELISA检测白细胞介素-1β(IL-1β)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)含量,RT-PCR检测细胞内Piezo1、内皮型一氧化氮合酶(eNOS)m RNA表达,Western blot检测细胞内Piezo1、eNOS、pro-IL-1β蛋白表达。结果与空白组比较,模型组细胞活力显著降低(P<0.05),凋亡率显著升高(P<0.01),细胞灌流液NO含量显著减少,ET-1、IL-1β和TNF-α含量显著增加(P<0.01),细胞Piezo1、eNOS mRNA和蛋白表达显著降低(P<0.01),pro-IL-1β蛋白表达显著升高(P<0.01);与模型组比较,芪参血清组细胞活力显著升高(P<0.01),Piezo1激活剂组和芪参血清组细胞凋亡率显著降低(P<0.01),细胞灌流液中NO含量显著增加(P<0.01),ET-1、IL-1β和TNF-α含量显著减少(P<0.01),细胞Piezo1、eNOS mRNA和蛋白表达显著升高(P<0.01),pro-IL-1β蛋白表达显著降低(P<0.05,P<0.01)。结论黄芪丹参药物血清对低FSS诱导的HUVEC炎症和功能紊乱有保护作用,其机制与调控机械敏感性阳离子通道Piezo1有关。

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。

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。

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。

丹酚酸B介导巨噬细胞Piezo1/MAPK/YAP轴对动脉粥样硬化的保护作用

[目的]探讨丹酚酸B对氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)诱导的泡沫细胞形成在动脉粥样硬化中的保护作用。[方法]提取小鼠骨髓来源巨噬细胞(BMDM),用50 mg/L氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)诱导泡沫细胞模型,同时加入Piezo1通道激动剂Yoda1观察与Piezo1相关性,药物组加入不同浓度的丹酚酸B处理。采用油红O染色法检测各组细胞脂质含量,Western blot法检测肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素1β(IL-1β)和白细胞介素6(IL-6)等炎症因子的蛋白表达水平,以及YAP及MAPK级联蛋白表达水平,免疫荧光法检测YAP蛋白核易位表达。[结果]Yoda1干预组的泡沫细胞形成显著增加(P<0.05);与Yoda1干预组比较,SalB组明显抑制泡沫细胞形成(P<0.05)。与正常对照组比较,模型组炎症因子蛋白表达升高,而Yoda1干预组升高更明显,SalB组炎症因子蛋白表达水平明显降低,差异具有统计学意义(P<0.05)。此外,模型组细胞YAP蛋白明显向核内易位,而Yoda1干预组向核内易位更明显,差异具有统计学意义(P<0.05),SalB组YAP蛋白向细胞核内易位明显减少。同时,模型组和Yoda1干预组细胞磷酸化P38、ERK1/2、JNK蛋白表达升高,SalB组磷酸化P38、ERK1/2、JNK蛋白表达明显降低,差异具有统计学意义(P<0.05)。[结论]丹酚酸B抑制ox-LDL及Yoda1诱导的泡沫细胞形成,抑制炎症因子的蛋白表达水平,从而延缓动脉粥样硬化斑块的形成,其机制可能与丹酚酸B介导Piezo1调控MAPK/YAP轴相关。

Piezo1蛋白在人退变软骨细胞应力模型中的表达特点

目的:探索新型机械敏感性离子通道Piezo1蛋白在人退变软骨细胞应力模型中的表达特点。方法:构建人退变软骨细胞体外培养-应力刺激模型,采用多通道细胞牵张应力加载系统FX-4000T处理软骨细胞,根据预试验结果加载0.5 Hz的加载频率和20%的细胞拉伸率。按细胞的处理时间分成0 h,2 h,12 h,24 h和48 h机械应力组。采用RT-PCR技术,Western-blot检测Piezo1蛋白在周期性牵张应力作用下的表达水平。利用激光共聚焦显微镜检测Piezo1蛋白荧光的强弱。结果:(1)RT-PCR结果显示,2 h牵张应力组Piezo1的基因相对表达量较0 h牵张应力组增加(F=13.917,q=0.037 1,P<0.05),24 h牵张应力组Piezo1基因相对表达量达峰值,而48 h牵张应力组Piezo1基因相对表达量较24 h牵张应力组降低,差异有统计学意义(F=13.917,q=0.049 5,P<0.05)。(2)Western-blot结果显示,2 h牵张应力组Piezo1的蛋白表达量较空白对照组(0 h牵张应力组)略有增加(F=19.341,q=0.037 1,P<0.05),24 h牵张应力组的Piezo1蛋白的表达量最多,而48 h牵张应力组的Piezo1蛋白表达量较24 h牵张应力组降低(F=19.341,q=0.017 7,P<0.05)。(3)Piezo1蛋白表达于髓核细胞的细胞质与细胞核,并且随着加力时间的增加,蛋白的荧光强度也有相应的增加。结论:在人类退变软骨细胞中,新型机械敏感性离子通道Piezo1蛋白有微量表达,加载周期性机械拉伸力后,Piezo1蛋白的表达量增多,并且呈现时间依赖性。

黄芪丹参含药血清调控机械敏感性阳离子通道Piezo1对低流体剪切力诱导血管平滑肌细胞增殖迁移的影响

目的观察黄芪丹参含药血清调控机械敏感性阳离子通道Piezo1对低流体剪切力(FSS)诱导的血管平滑肌细胞(VSMCs)增殖迁移的影响。方法通过流体剪切力加载分析设备加载低FSS建立细胞模型,分组给予Piezo1激动剂Yoda-1和黄芪丹参水煎液含药血清干预,CCK-8法和BrdU法检测VSMCs增殖能力,Transwell法和划痕法评价VSMCs迁移能力。ELISA法检测细胞上清IL-1β和TNF-α水平。RT-PCR和Western blot法分别检测Piezo1和pro-IL-1βmRNA和蛋白表达。结果低FSS可诱导VSMCs增殖和迁移增加,炎症因子IL-1β和TNF-α分泌及pro-IL-1β蛋白表达增加。Piezo1激动剂Yoda-1和芪参血清均可以抑制低FSS诱导的VSMCs增殖和迁移、炎症因子IL-1β和TNF-α的分泌及pro-IL-1β蛋白表达。低FSS可下调VSMCs的Piezo1 mRNA和蛋白表达,芪参血清可上调低FSS诱导下的VSMCs Piezo1 mRNA和蛋白表达。结论低FSS可下调VSMCs的Piezo1而激活IL-1β介导的炎症反应诱导VSMCs的增殖和迁移;黄芪丹参含药血清可通过上调低FSS诱导下的VSMCs的Piezo1表达而发挥抑制VSMCs炎症、增殖和迁移的功效。

基于营卫气血理论与PIEZO1通道探讨血管重构

中医气血理论认为,气血是构成人体的最基本物质,也是维持人体生命活动的物质基础。血管重构多由于心气虚衰则运血无力,络脉失养,瘀血内停,故气虚血瘀是血管重构的主要病机,但发生发展过程中往往兼夹多个病因病机,表现为虚实夹杂。PIEZO1是血管领域一个重要的基因,提供了血管调节的重要物质基础。因此,血管重构可能是与血管内细胞PIEZO1机械敏感蛋白结构和生理病理功能相关。该研究采用中医经典理论加离子通道的“理-证-药”结合的研究思路与方法,为中医药“精准医疗”治疗血管重构提供范式。

针刺对膀胱过度活动大鼠膀胱尿路上皮Piezo1介导机械刺激的影响

目的观察针刺对膀胱过度活动(OAB)大鼠膀胱尿路上皮Piezo1机械激活离子通道的影响,探讨针刺调节膀胱机械刺激敏感性的作用机理。方法50只雌性Wistar大鼠随机分为假手术组、模型组、针刺组、Piezo1拮抗剂组及Piezo1拮抗剂+针刺组,每组10只。采用环磷酰胺腹腔注射制备OAB模型。各组每天干预1次,连续3天。采用尿动力学方法测定大鼠膀胱功能,免疫荧光染色法检测Piezo1在膀胱尿路上皮的分布表达,Western blot法检测膀胱尿路上皮Piezo1蛋白表达,qRT-PCR法检测膀胱尿路上皮Piezo1 mRNA表达。结果与假手术组相比,模型组大鼠储尿时间缩短、膀胱有效容量减小、排尿压力降低(P<0.05);与模型组相比,针刺组、Piezo1拮抗剂组和Piezo1拮抗剂+针刺组大鼠储尿时间延长,膀胱有效容量增加,排尿压力升高(P<0.05);与假手术组相比,模型组大鼠膀胱尿路上皮层Piezo1平均强度值、蛋白及mRNA表达均升高(P<0.05);与模型组相比,针刺组、Piezo1拮抗剂组和Piezo1拮抗剂+针刺组大鼠膀胱尿路上皮层Piezo1平均强度值、蛋白及mRNA表达均降低(P<0.05)。结论针刺可通过下调膀胱尿路上皮Piezo1机械激活离子通道表达,降低膀胱对机械刺激的敏感性,从而提高OAB大鼠膀胱功能。

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。