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细胞如何保护自己免受机械压力

2019-04-25 10:48:24 • 来源：

已知Piezo1和Piezo2离子通道可以打开对最轻微机械刺激的响应。MDC研究人员现已发现，通道对膜电压的变化也很敏感。电压灵敏度似乎是这些通道的古老特性，可保护细胞免受机械应力。

细胞如何保护自己免受机械压力

轻微的微风，轻柔的中风 - 人体皮肤可以感受到轻微的触感。在这个过程中的关键参与者是皮肤内部细胞膜中的离子通道，这种离子通道仅在七年前被发现：Piezo2通过在其周围的细胞膜扩张时打开来响应机械刺激。打开通道激发感觉细胞向大脑发送信号。

Piezo1以同样的方式作为的Piezo2打开，但被参与组建的血液的血管，而不是触摸的感觉。新血管仅在血流记录在体内时才会产生，Piezo1是记录血流的传感器。因此，这个通道对人类和其他哺乳动物至关重要。在基因缺失后丢失Piezo1的小鼠在出生前或出生后不久死亡。

大多数Piezo频道都关闭了

到目前为止，假设Piezo1和Piezo2仅对机械刺激作出反应 - 可能是因为两个离子通道的独特结构，这与经典电压门控通道的结构根本不同。然而，柏林亥姆霍兹联合会(MDC)MaxDelbrück分子医学中心的Gary Lewin领导的一个研究小组现在发现，Piezo通道实际上对膜电压的变化非常敏感。

细胞可能利用这种能力来保护自己免受机械过度刺激，正如自然通讯杂志发表的一篇文章所报道的那样，该文章由主要作者Mirko Moroni博士和Lewin研究小组的其他成员发起和实施。该研究由Alexander von Humboldt基金会和德国研究基金会(DFG)资助。

甚至苍蝇和鱼也有保护机制

“当膜电压正常时，大多数细胞中的膜电压为~60 mV，所有压电通道中约有95%被关闭，即使暴露在机械刺激下也会保持关闭状态，”Lewin解释道。“只有当电压变化并且膜变得去极化时，才会激活更多通道。”研究人员解释说，这似乎是一个非常古老的进化属性，并且起着非常重要的作用。

鉴于在果蝇和斑马鱼中也发现了电压依赖的压电通道，科学家们得出结论，这种新发现的保护机制可能存在了数百万年。事实上，这些机制在这两个物种中比在小鼠和人类等进化上更年轻的物种中更为明显。

Piezo1中的突变会损害红细胞

这种电压调节的重要性不仅体现在它已经存在超过1亿年的事实中，而且Moroni还发现人体血细胞的Piezo1通道中的突变改变了这些离子通道的电压依赖性，使它们成为可能。对膜电位的变化更敏感，因此对机械刺激更敏感。

“患有这种基因突变的人患有一种叫做遗传性黄细胞增多症的疾病，”Lewin说。这是先天性红细胞异常，导致患者贫血。德国速度滑冰运动员Claudia Pechstein实际上患有这种疾病的轻微形式，这就是为什么她在2014年被发现体内有太多未成熟的红细胞，并被怀疑服用兴奋剂。

该机制实际上是偶然发现的

“由于Piezo通道的电压依赖性变化导致人们生病的事实证明了这种机制的重要性 - 这种机制长期以来一直未被注意到，而Mirko Moroni博士几乎偶然发现了这种机制，”Lewin说。该机制似乎可以保护血细胞免受机械应力的影响，否则它们会在穿过狭窄的血管时永久暴露。作为下一步，Lewin及其同事希望了解改变Piezo2的电压依赖性是否会对皮肤的触感产生任何影响。

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