力信号转导的基本元件：机械力敏感离子通道的研究进展

对力的感知和响应是生命的特征之一,其分子机制一直是生命科学中最引人入胜、最富挑战性的系列问题之一。近年来人们发现,机械力敏感离子通道在细胞感知和响应机械力信号的过程中扮演了"哨兵"的重要角色。越来越多的离子通道被发现能够被机械力激活,从而开启下游的信号通路。其中,MscL和MscS是原核生物中研究最早、最深入的两种离子通道;在真核生物中,Piezo1和Piezo2两种离子通道因为其独特的曲率结构和在哺乳动物各种生理过程中的重要作用而逐渐成为研究的热点。该文主要对以上四种离子通道的研究历史、结构、门控机制以及潜在应用进行综述。     

Piezo1蛋白在骨髓间充质干细胞向皮肤成纤维细胞转化的影响

以人的骨髓间充质干细胞为种子,在体位构建体外细胞机械牵张应力模型,探究新型机械敏感性离子通道Piezo1在干细胞向皮肤成纤维细胞转化的作用。采用梯度离心与贴壁筛选相结合的方法,体外培养人的骨髓间充质干细胞,隔代培养后,取生长状态良好的第3代干细胞,进行后面的研究。根据预实验结果,将干细胞分成以下几组:0 h机械牵张应力组、6 h机械牵张应力组、12 h机械牵张应力组和48 h机械牵张应力组,以及Piezo1蛋白的抑制剂Gs MTx4组。将各组细胞种植在Flexcell公司的膜性6孔板中,待融合率在80%左右时,进行体外机械牵张应力的干预。然后采用RT-qPCR、Western-blotting以及激光共聚焦免疫荧光的实验方法检测各组细胞中Piezo1的表达水平,以及干细胞向表皮成纤维细胞的转化水平。原代骨髓间充质干细胞大多呈短梭形,Piezo1表达水平较低。在周期性机械牵张应力的干预下,细胞向成纤维细胞的长梭形的形态学上发展,并且随着时间的延长,变化越明显。RT-qPCR、Western-blotting以及激光共聚焦免疫荧光均发现Piezo1和Vimentin蛋白的表达水平随着干预时间的延长,其表达量也相应增加。机械敏感性离子通道Piezo1蛋白可以介导骨髓间充质干细胞向表皮成纤维细胞转化,为体外构建组织工程皮肤提供种子细胞。     

机械敏感性离子通道蛋白Piezo2的研究进展

2010年科学家在小鼠神经瘤母细胞中筛选鉴定出Piezo1和Piezo2蛋白.Piezo2是一个由机械刺激直接激活且可将机械刺激转换为电信号进而形成机械敏感性电流通道的蛋白质.Piezo2自发现以来一直受到广泛的关注,在触觉、本体感觉、痛觉、肿瘤癌症等多种生理病理过程中发挥重要作用.本文在前期研究的基础上阐述了机械敏感...     

机械敏感性离子通道蛋白Piezo1响应力学刺激的研究进展

2010年,Coste等首次在小鼠神经母细胞瘤中筛选鉴定出Piezo1,其为一种受力学信号刺激影响的新型机械敏感性离子通道蛋白.这类蛋白质嵌于细胞膜上,可将机械信号通过变形传递到其孔核结构,在毫秒内将机械刺激转化为电信号或生化信号,是细胞对力学产生感知和响应的分子基础.Piezo1蛋白自发现以来一直备受关注.本文详细介...     

细胞力学信号转导中Piezo1机械敏感离子通道作用研究进展

Piezo1是细胞力学信号转导过程中重要的机械敏感阳离子通道,可将机械刺激转化为电化学信号。其高分辨率结构为三聚体三叶螺旋桨状的大分子跨膜蛋白,并与血管发育、血压调节、红细胞体积调节和上皮细胞稳态等生理过程密切相关。Piezo1突变或缺失与多种人类遗传性疾病有关,揭示其功能重要性、病理相关性和作为治疗靶点的潜力。该文将主要对Piezo1离子通道的门控特点、结构、药理学特征及生理功能的研究进展进行综述。     

纤维化疾病中的机械敏感性离子通道Piezo1

Piezo1是哺乳动物中新发现的一种机械敏感(mechanosensitive,MS)离子通道,在不同组织和器官中发挥着重要功能,包括骨骼、泌尿道、眼球和动脉等。然而,异常的Piezo1机械传导会造成多种疾病的发生并促进病程的发展。纤维化疾病几乎可以发生在任何一个组织和器官中,其主要特征是胶原蛋白和其他细胞外基质(extracellular matrix,ECM)成分的过度交联与累积,最终导致组织器官刚度增加,生理功能受到影响。目前,越来越多的研究表明,Piezo1在纤维化疾病的发生和发展中扮演着重要的调控作用,与其基质力学状态变化有着密切联系。本文叙述了Piezo1的结构和激活机理,并且系统地总结了Piezo1在心、肾、胰和肝等多种器官纤维化疾病中的研究进展,以期为纤维化疾病的治疗提供新的视角和策略。     

Piezo1机械敏感性离子通道在心血管系统中的作用

目前心血管系统疾病已成为人类发病率、致残率和病死率最高的疾病之一,严重影响着人们的生活质量.Piezo1 是一种机械敏感性阳离子通道,可将机械刺激转化为电化学信号,介导信息的传递.越来越多的证据表明,Piezo1 在心血管系统的代谢过程中可发挥广泛的生物学作用.本文对近年来Piezo1 参与血流剪切应力感受转导、血管发...     

力学因素对人红细胞葡萄糖运输和阴离子交换的影响

机械应力在心血管系统的正常生理和病理中都起着重要的作用。实验中观察到当提高红细胞悬浮液的旋转速度时会导致葡萄糖跨膜输入的速率增加。改变溶液渗透压及用使细胞膜曲率变化的药物（氯丙嗪）是对红细胞作用的另二种力学因素。研究发现它们同样也能对葡萄糖和阴离子的运输有影响,根据运输速率的温度特性给出了这些力学因素作用下葡萄糖、阴离子运输时活化能的变化,活化能的减小和运输速率的增加有很好的对应关系;活化能减小使膜上运输蛋白在运输过程中的构象变化更为容易,对红细胞血影的内禀荧光淬灭测量量表明,机械应力是通过影响膜上葡萄糖运输蛋白（GLUT1）和阴离子交换蛋白（带3蛋白）物构象起作用的,当用抑制剂抑制了阴离子的运输后。观察到此时葡萄糖跨膜运输对机械应力的响应发生改变,这再次表明在红细胞膜上GLUT1和带3蛋白之间存在着信号连接。     

细胞外基质刚度调控压电型机械敏感离子通道组件1对神经干细胞分化的影响

目的 本研究旨在探讨细胞外基质刚度变化对神经干细胞（neural stem cells,NSCs）分化的影响及其作用机制。方法 本研究基于成功构建脊髓损伤大鼠模型,并制备不同刚度（0.7 kPa、40 kPa）的聚丙烯酰胺凝胶基底,将大鼠原代NSCs于不同刚度基底上培养。压电型机械敏感离子通道组件1（piezo type mechanosensitive ion channel component 1,Piezo1）shRNA质粒转染NSCs细胞。免疫荧光染色检测神经元标志物双皮质醇（doublecortion,DCX）和星形胶质细胞标志物胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein,GFAP）阳性细胞百分比。免疫组织化学及蛋白质免疫印迹（Western blot）法检测损伤组织及NSCs细胞中Piezo1蛋白的表达水平。结果 与0.7 kPa基质刚度组相比,40 kPa基质刚度组中DCX阳性细胞数增加,而GFAP阳性细胞数减少,Piezo1蛋白表达量上升。脊髓损伤大鼠损伤组织Piezo1蛋白表达显著高于空白对照（sham）组。40 kPa基质刚度条件下沉默Piezo1后,DCX阳性细胞数减少,而GFAP阳性细胞数增加,差异具有统计学意义（P<0.05）。机制研究发现,沉默Piezo1导致IV型胶原及纤连蛋白表达下降。重组纤连蛋白逆转了Piezo1 shRNA对NSCs分化的影响,即DCX阳性细胞数增加,而GFAP阳性细胞数减少。结论 综上可见,硬基底刚度通过促进Piezo1蛋白表达,上调IV型胶原及纤连蛋白表达,从而调控NSCs细胞分化。本研究为基于生物材料治疗脊髓损伤提供了新的视角。     

神经系统内机械敏感性TRP通道与疼痛

瞬时感受器电位(transient receptor potential,TRP)离子通道超家族是一类在生物体内分布广泛,能通透钙离子的非选择性阳离子通道。研究表明部分TRP通道能感受内、外环境中多种形式的机械刺激,在细胞机械信号转导过程中发挥重要作用,属于机械敏感性离子通道。越来越多的研究发现,机械敏感性TRP通道参与了痛觉的维持和发展。本文就神经系统内机械敏感性TRP通道及其在痛觉研究中的进展进行综述。     

整合素在细胞响应机械应力中的作用

机械应力在细胞生长、分化和基因表达等生理学过程和某些病理学过程中起了重要的作用.细胞粘附分子——整合素是机械信号转导中重要的跨膜分子.细胞通过整合素与胞外基质蛋白、细胞骨架蛋白以及聚焦粘附激酶等的反应,将感应的力信号转化为化学信号,从而调节细胞的生理机能,其中整合素与胞外基质蛋白之间的动态和特异性反应在细胞的机械信号转导过程中起了功能性作用.     

丝裂原活化蛋白激酶信号通路相关研究

丝裂原活化蛋白激酶信号通路是生物体内重要的信号转导系统之一,参与介导细胞生长、发育、分裂、分化等多种生理反应过程。在哺乳动物细胞中存在5个MAPK亚族,分别是ERK1／2、JNK、p38、ERK3／4和ERK5。MAPK通常定位于细胞质中,受激活后移行进入细胞核,并产生相应的生理作用。     

TRPC6与心血管疾病关系的研究进展

瞬时受体电位通道6(transient receptor potential cation channel 6,TRPC6)是瞬时受体电位离子通道家族的成员之一,属于非选择性阳离子通道。TRPC6广泛分布于大脑、神经、心脏、血管、肺、肾、胃肠道等器官组织中,可被渗透压变化、机械刺激、二酰基甘油激活,进而参与体内多种疾病的病理生理过程。研究发现,TRPC6的失调与心血管系统疾病的发病机制关系密切,且TRPC6与心血管疾病关系的研究成为近来热点。该文主要介绍TRPC6的结构特点及其与心血管系统相关疾病关系的最新研究进展。     

基于机械敏感离子通道的超声神经调制研究进展

机械敏感离子通道（mechanosensitive channels,MSCs）是一类分布于各种细胞膜上可将细胞受到的机械刺激转化为电信号或化学信号的特殊膜蛋白。由于机械敏感通道所具有的特性,使其成为超声调控的重要潜在靶点。超声由于具有良好的空间分辨率和聚焦效果,并且理论上可实现无创条件下的全脑范围定位,具有用于进行物理性神经调制和治疗神经系统疾病的潜力。近年来,越来越多的离子通道被鉴定出具有机械敏感特性,但其中有明确报道可以被超声激活的依然数量较少。此外,现阶段超声激励下机械敏感通道的开放过程和机制仍未被阐明。本文着重介绍了大电导机械敏感通道、瞬时受体电位通道、退化蛋白/上皮钠通道、双孔钾通道和Piezo通道等机械敏感离子通道在超声神经调制中的研究进展及其应用,为未来超声神经调制的深入研究和临床应用提供参考。     

溶酶体膜上的离子通道

溶酶体是真核细胞中广泛存在的一种囊泡状细胞器,其内部含有多种酸性水解酶,是细胞降解生物大分子的主要位点.在溶酶体膜上也存在多种不同类型的蛋白质,包括离子通道、转运体、结构蛋白、酶等,其中离子通道蛋白由于他们在溶酶体离子动态平衡和跨膜转运、溶酶体膜电位和pH以及细胞营养代谢水平的调控中的重要作用,受到越来越多的关注,多种溶酶体离子通道也被相继鉴定出来.本文简要综述了近年来关于不同类型溶酶体膜离子通道蛋白的研究工作,阐述这些离子通道的特性、功能调控和在溶酶体生理活动中的作用.     

γ-氨基丁酸(GABA)转运蛋白的结构、功能和调控

神经信号的有效传递有赖于对神经递质的精确调节,转运蛋白在其中起看决定性的作用。作为哺乳动物中枢神经系统中最主要的抑制性系统,GABA能系统在生物体内参与多种神经生理活动,自90年代初首次克隆了GABA转运蛋白基因以来,对它的研究也越来越深入和越来越多,本对GABA转运蛋白的结构功能和调控仅作了简要综述。     

哺乳动物精子获能过程中信号通路研究进展

哺乳动物精子在雌性生殖道内及体外获能培养过程中伴随着胆固醇外流、质膜重组、离子通道调节及获能相关蛋白磷酸化状态改变等相关生理调节过程,其中信号通路及相应信号分子对精子获能及功能修饰起到重要调节作用,成为精子细胞超激活运动及完成受精作用的关键环节。根据近年来的研究报道,对哺乳动物精子获能过程中已知的信号通路、信号分子及调节因子、离子通道、存在的问题及未来研究主要方向进行综述,为精子体外培养及辅助生殖等提供理论参考。     

钙网蛋白在心肌肥大中的研究进展

钙网蛋白（calreticulin,CRT）是内质网中主要的Ca^2＋结合分子伴侣,具有调控细胞Ca^2＋稳态、蛋白质合成与修饰等作用,参与调节细胞凋亡、应激、心血管炎症反应等多种生理和病理生理过程。CRT属于心脏胚胎基因家族,通过调节心肌细胞肌原纤维形成、促进糖原分解、诱导肥大相关基因转录、调节心脏传导系统发育及心肌细胞凋亡等,在心脏发育及心肌肥大的发生、发展过程起重要作用,本文对CRT在心肌肥大中的作用及其信号转导途径予以综述。     

人促红细胞生成素cDNA逆转录病毒载体的构建及在NIH3T3和CHO细胞中的表达

贫血是慢性肾衰病人常见的症状,其发生的主要原因之一是由于肾脏表达促红细胞生成素(EPO)的量减少。输入基因工程重组的人EPO可以有效地改善病人的症状。由于在体内只有完全糖基化的EPO才有生理活性,所以目前临床所用EPO均来自工程化的哺乳动物细胞,价格昂贵。随着基因治疗研究的进展,人们设想可以采用基因治疗的方法,在体内表达一些有治疗作用的蛋白质,有可能解决目前蛋白     

钙网蛋白在心肌肥大中的研究进展

钙网蛋白(calreticulin, CRT)是内质网中主要的Ca2+结合分子伴侣,具有调控细胞Ca2+稳态、蛋白质合成与修饰等作用,参与调节细胞凋亡、应激、心血管炎症反应等多种生理和病理生理过程.CRT属于心脏胚胎基因家族,通过调节心肌细胞肌原纤维形成、促进糖原分解、诱导肥大相关基因转录、调节心脏传导系统发育及心肌细胞凋亡等,在心脏发育及心肌肥大的发生、发展过程起重要作用,本文对CRT在心肌肥大中的作用及其信号转导途径予以综述.