崔昌鵬，熊 雪，王 雪，李蝴蝶，周 萌，馬海蘭，李柏巖

（哈爾濱醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院藥理學(xué)教研室，黑龍江省生物醫(yī)藥工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，心血管藥物研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150081）

Piezo通道是2010年Coste等［1］在小鼠神經(jīng)胚細(xì)胞瘤細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn)的一種新型的機(jī)械敏感性陽離子通道，由中心離子通道結(jié)構(gòu)和三葉螺旋槳樣機(jī)械力感受器結(jié)構(gòu)共同組成，由機(jī)械力刺激激活，引起陽離子內(nèi)流。Piezo通道蛋白在進(jìn)化上具有保守性，包括Piezo1和Piezo2 2種亞型，分別由FAM38A和FAM38B基因編碼，組織分布廣泛，在心、肺和腎等臟器的細(xì)胞膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上均有表達(dá)。Piezo通道參與觸覺感知和血壓的自發(fā)性生理調(diào)節(jié)等過程，也與非小細(xì)胞肺癌、胰腺炎、肝纖維化、肝癌［2］和青光眼［3］等疾病的發(fā)生有關(guān)，而Piezo1通道的特異性激動(dòng)劑Yoda1可促進(jìn)機(jī)械力誘導(dǎo)的Piezo1構(gòu)象變化［4］，進(jìn)而影響疾病進(jìn)程。本文主要綜述Piezo通道的結(jié)構(gòu)、功能及其藥理學(xué)作用。

1 Piezo通道結(jié)構(gòu)

Piezo1通道在結(jié)構(gòu)上擁有24個(gè)跨膜區(qū)域，每個(gè)跨膜區(qū)域均由4組重復(fù)的跨膜單元構(gòu)成，在進(jìn)化上具有保守性，是目前發(fā)現(xiàn)的最大的細(xì)胞膜離子通道［5］。Piezo1通道表現(xiàn)為同源三聚體，其C端細(xì)胞外結(jié)構(gòu)組成細(xì)胞外離子傳導(dǎo)通路，調(diào)控Piezo1通道的離子滲透性和選擇性［6］。細(xì)胞膜外部的三葉螺旋槳樣結(jié)構(gòu)是機(jī)械力感受器，當(dāng)僅重組Piezo1蛋白的磷脂雙分子層受到機(jī)械刺激如擴(kuò)張、擠壓和流體壓強(qiáng)時(shí)，Piezo1通道發(fā)生可逆的扁平變形，表明其機(jī)械敏感性不依賴于其他膜蛋白［7］。Piezo1通道的三葉螺旋槳樣結(jié)構(gòu)比Piezo2通道平整，并且細(xì)胞內(nèi)跨膜離子通道結(jié)構(gòu)向上移位，從而引起2種亞型的功能學(xué)差異［8］。低溫和飽和脂肪酸抑制Piezo1通道活性，與膜的流動(dòng)性降低以及膜剛性增加有關(guān)；與之相反，Piezo2通道不易由膜張力觸發(fā)激活，低溫和飽和脂肪酸反而會(huì)增加Piezo2通道的機(jī)械激活（mechanical activation，MA）電流峰值，并延長MA電流的失活期，從而使跨膜電流總量明顯增加［9］。與Piezo1通道不同，Piezo2通道不僅能夠被施加的負(fù)壓激活，還表現(xiàn)出特異性的正壓激活［10］。

2 Piezo通道功能

2.1 Piezo1通道與心腦血管發(fā)育

Piezo1通道的功能在心血管系統(tǒng)早期發(fā)育中具有重要作用。Piezo1通道蛋白缺失會(huì)導(dǎo)致張力絲（stress fibers）缺乏，使細(xì)胞應(yīng)對剪切力時(shí)的重定向（redirection）發(fā)生異常；其功能缺陷會(huì)導(dǎo)致血管重構(gòu)障礙，嚴(yán)重影響血流，并且導(dǎo)致胚胎發(fā)育中斷［11］。高血壓能夠誘導(dǎo)小鼠發(fā)生病理性動(dòng)脈重構(gòu)，且Piezo1通道蛋白在血管平滑肌細(xì)胞中表達(dá)升高［12］。Piezo1通道也參與腦血管的發(fā)育過程，在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育階段保障神經(jīng)與大腦同步發(fā)育［13］。

2.2 Piezo通道與血壓調(diào)控

在血管發(fā)育和血壓調(diào)節(jié)中，Piezo1通道發(fā)揮血流量傳感器的作用，可通過感受血管張力指導(dǎo)脈管系統(tǒng)的發(fā)育和修復(fù)。機(jī)體活動(dòng)時(shí)，Piezo1通道去極化增強(qiáng)，并激活鄰近血管平滑肌細(xì)胞中的電壓門控Ca2+通道，引起血管收縮和血壓升高。Piezo1通道能感知身體的活動(dòng)，有利于控制血管收縮，優(yōu)化血流量再分配，以提高身體性能［14］。頸靜脈輸注苯腎上腺素，可使大鼠收縮壓呈短暫劑量依賴性升高，壓力反射調(diào)控機(jī)制隨之啟動(dòng)，引起心率降低［15］。在敲除Piezo1和Piezo2基因的小鼠中，未觀察到苯腎上腺素引起的反射性心率降低和神經(jīng)激活電流減少，但發(fā)現(xiàn)壓力反射敏感性下降，平均動(dòng)脈壓顯著升高，達(dá)到高血壓的程度［16］。有研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮細(xì)胞中的Piezo1通道通過誘導(dǎo)ATP的釋放，激活下游G蛋白偶聯(lián)嘌呤能受體P2Y2介導(dǎo)的蛋白激酶A和一氧化氮合酶的磷酸化過程來調(diào)控血壓；此外，特異性敲除內(nèi)皮Piezo1基因的小鼠無法誘導(dǎo)一氧化氮形成，從而發(fā)展為高血壓［17］。

2.3 Piezo2通道與觸覺感知

Piezo2通道主要對低閾值的機(jī)械刺激敏感，介導(dǎo)小鼠和人的痛覺感受。感覺神經(jīng)元和Merkel細(xì)胞中缺少Piezo2通道蛋白的表達(dá)會(huì)導(dǎo)致小鼠喪失對輕微觸覺的感受能力［18］；特異性敲除背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元中的Piezo2基因后，小鼠對輕微觸碰的敏感性缺失，但對有害性機(jī)械刺激的反應(yīng)仍然存在［19］；在炎癥期間和組織損傷后，Piezo2通道蛋白的表達(dá)水平常作為機(jī)體對輕微機(jī)械刺激反應(yīng)靈敏程度的檢測指標(biāo)［20］。小鼠全身性敲除Piezo2基因只會(huì)部分損害機(jī)械感覺，而雙重敲除Piezo1和Piezo2基因的小鼠對機(jī)械痛覺的感知完全喪失［21］。提示Piezo2通道可作為緩解痛覺過敏的潛在靶點(diǎn)。

2.4 Piezo1通道與細(xì)胞黏附和心肌纖維化

細(xì)胞表面的整聯(lián)蛋白家族是細(xì)胞黏附的基礎(chǔ)，在感染、心肌纖維化和癌癥［22］等多種疾病進(jìn)程中均發(fā)揮重要作用。敲除上皮細(xì)胞Piezo1基因能使內(nèi)皮整聯(lián)蛋白β1亞基失活，減少細(xì)胞黏附；抑制鈣蛋白酶活性則可逆轉(zhuǎn)Piezo1通道對整聯(lián)蛋白活性的抑制作用［23］。因此，可通過Piezo1通道調(diào)節(jié)整聯(lián)蛋白的功能。激活心肌成纖維細(xì)胞Piezo1通道后，Ca2+內(nèi)流并使絲裂原活化蛋白激酶活化，并刺激白細(xì)胞介素6分泌，而敲除心肌成纖維細(xì)胞中的Piezo1基因會(huì)降低白細(xì)胞介素6的基礎(chǔ)表達(dá)［24］。

2.5 Piezo1通道與非小細(xì)胞肺癌

Piezo1通道與細(xì)胞的遷移、增殖、分化和凋亡有關(guān)。在人非小細(xì)胞肺癌組織中，Piezo1通道的mRNA和蛋白水平明顯降低。敲除Piezo1基因可顯著促進(jìn)人非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的體外遷移和體內(nèi)生長，而Piezo1通道蛋白高表達(dá)的肺腺癌患者預(yù)后表現(xiàn)良好［25］。提示激活Piezo1通道能抑制非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的遷移和增殖。

3 Piezo通道與藥物和活性肽的交互作用

3.1 Piezo1通道與辣椒素

辣椒素受體1（transient receptor potential vanilloid-1，TRPV1）是另一類非選擇性陽離子通道。辣椒素可通過減輕機(jī)體對機(jī)械刺激的超敏反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)局部止痛，這與辣椒素作用于表達(dá)TRPV1的機(jī)械敏感性傳入神經(jīng)元有關(guān)［26］。辣椒素通過激活TRPV1引發(fā)細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流，從而競爭性抑制Piezo1通道的Ca2+內(nèi)流，因此辣椒素可間接抑制Piezo1通道［27］。

3.2 Piezo1通道與肌漿網(wǎng)鈣泵2

肌漿網(wǎng)鈣泵2（sarcoplasmic endoplasmic retic?ulum Ca2+ATPase 2，SERCA2）是Piezo1通道的互作蛋白，通過作用于細(xì)胞內(nèi)離子通道結(jié)構(gòu)和機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)構(gòu)的連接處抑制Piezo1通道［28］。振幅較低的機(jī)械刺激能激活SERCA2并抑制Piezo1通道，使細(xì)胞外ATP濃度降低，從而抑制破骨細(xì)胞的形成；而高振幅的機(jī)械刺激能促進(jìn)破骨細(xì)胞的形成［29］。提示SERCA2能影響內(nèi)皮細(xì)胞Piezo1通道蛋白依賴性遷移過程以及骨骼的修復(fù)過程。

3.3 Piezo1通道與其特異性激動(dòng)劑Yoda1

小分子Yoda1是Piezo1通道的特異性激動(dòng)劑，作用于Piezo1通道蛋白C端的細(xì)胞內(nèi)區(qū)域［30］，且能在缺乏其他細(xì)胞組分的條件下激活Piezo1通道［31］。螯合細(xì)胞外Ca2+后，Piezo1通道的激活電流顯著降低，但在應(yīng)用毒胡蘿卜素（thapsigargin）消耗掉細(xì)胞內(nèi)Ca2+的條件下，Piezo1通道的激活電流并未發(fā)生明顯的改變，表明Yoda1誘發(fā)的Ca2+應(yīng)答在極大程度上依賴于細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流。另外，機(jī)械刺激能夠增強(qiáng)Yoda1誘發(fā)的Piezo1通道的動(dòng)力學(xué)過程，并顯著延長瞬時(shí)電流的失活期［32］。提示，Yoda1既可修飾Piezo1通道誘發(fā)的MA電流，也可在無外部機(jī)械刺激時(shí)部分激動(dòng)Piezo1通道，且具有主要穩(wěn)定通道的開放期，而不影響通道失活期的特性。

細(xì)胞劃痕實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞形態(tài)學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，Yoda1通過激活Piezo1通道抑制腫瘤細(xì)胞的遷移，并呈現(xiàn)濃度依賴性，表明Yoda1是通過重組細(xì)胞骨架的肌動(dòng)蛋白使小鼠腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞的形態(tài)和遷移性發(fā)生明顯改變，抑制腫瘤細(xì)胞遷移，提示通過Yoda1激活Piezo1通道可作為抑制惡性腫瘤擴(kuò)散的新策略［33］。胰腺炎通常在胰腺受壓后發(fā)生，如腹部創(chuàng)傷、胰管阻塞、胰腺造影或胰腺手術(shù)后。C57小鼠胰管滴注Yoda1刺激Ca2+內(nèi)流，可在胰管內(nèi)誘發(fā)胰腺炎，并且Piezo1通道拮抗劑GsMTx4可預(yù)防由壓力引起的胰腺炎癥；選擇性敲除Piezo1基因可預(yù)防壓迫性胰腺炎［34］。

在人和小鼠的多種細(xì)胞系中，中藥提取物土貝母皂苷1能通過競爭Yoda1的作用靶點(diǎn)，拮抗Yoda1對Piezo1通道的激活作用［35］。

3.4 Piezo2與緩激肽

炎癥信號(hào)可增強(qiáng)Piezo2通道介導(dǎo)的MA電流。炎癥因子（如緩激肽）可促進(jìn)觸覺感受器功能，激活緩激肽受體β2能增加Piezo2通道誘發(fā)的電流幅度，且延長通道失活期。在感覺神經(jīng)元中，緩激肽經(jīng)由蛋白激酶A和蛋白激酶C增強(qiáng)Piezo2通道介導(dǎo)的MA電流，并且蛋白激酶A和蛋白激酶C的激動(dòng)劑可增強(qiáng)Piezo2通道的活性［36］。目前尚未發(fā)現(xiàn)Piezo2通道的特異性激動(dòng)劑，該通道還存在很多問題亟待深入研究。

4 結(jié)語

Piezo機(jī)械敏感性離子通道對觸覺、血壓自主調(diào)節(jié)和血管發(fā)育等生理過程及細(xì)胞黏附、腫瘤細(xì)胞增殖、遷移和分化等疾病進(jìn)程均有重要作用，Piezo1通道的特異性激動(dòng)劑Yoda1可作為相關(guān)靶點(diǎn)藥物研究的重要工具。但Piezo通道的分子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制以及信號(hào)交互作用研究尚不深入，以其作為靶點(diǎn)的藥物研究也剛起步，尤其是Piezo2通道蛋白的特異性作用藥物還屬空白。鑒于該通道對血壓自主調(diào)節(jié)的重要性，可從不同病理?xiàng)l件下如自發(fā)性高血壓與該通道間的交互作用切入研究，以便更清楚地了解該通道的功能，為研發(fā)靶點(diǎn)藥物提供思路。