機械感受器Piezo離子通道激活與調控機制

郭雨松

華中科技大學 同濟醫學院基礎醫學院，武漢 430030

生物體感受外界機械刺激并做出正確的反應對其維持正常生理功能十分重要。將環境中的機械信號轉化為電化學信號的過程稱為機械轉導，是觸覺、聽覺、機械痛覺等感覺形成的核心信號轉導過程，也是滲透壓調節等機體穩態維持的關鍵途徑。完成機械轉導這一重要功能的分子機器即生物體的機械感受器，在機體中分布廣泛而稀疏，因此與集中于特定感覺器官的其他感受器(如視網膜上的光感受器，味蕾、鼻黏膜上的化學感受器)相比，研究難度更大。長期以來，人們在細菌、線蟲、果蠅等模式生物中找到了一些機械敏感分子，但其在哺乳動物中沒有同源蛋白，或者有同源蛋白但其并不具有機械敏感特性[1]。直到2010年，美國加州Scripps研究所Ardem Patapoutian教授研究組首次在哺乳動物中鑒定了介導機械轉導的蛋白分子，并命名為Piezo(希臘語意為“壓力”)[2]。

Piezo是一類大型跨膜蛋白，在細胞膜上以三聚體組成機械力門控的離子通道[3-6]。Piezo通道受力時激活，打開孔道使陽離子通過，并存在失活現象(inactivation)，即在作為門控刺激的機械力持續存在的情況下，Piezo通道依然會在打開后迅速自發關閉[7]。基于細胞膜內外的離子濃度和電化學勢，在一般生理條件下，通過Piezo的離子主要包括流入細胞的鈉離子和鈣離子。因此，Piezo通道開放可以具有兩種效應：改變膜電位，可引起其他電壓門控的離子通道開放，進而觸發動作電位；同時，改變細胞內鈣離子濃度，鈣離子作為第二信使引發下游信號轉導通路?！?br>