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piezo机械敏感性离子通道在骨关节系统中的作用

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中国修复重建外科杂志 2024年第2期38卷 240-248页

作者：陈国辉李亚星张晖解慧琪四川大学华西医院骨科成都610041 四川大学华西医院骨科研究所成都610041 四川大学华西医院国家重点实验室干细胞与组织工程研究室成都610041

目的总结piezo机械敏感性离子通道在骨关节系统中的作用,以期为后续研究提供参考。方法广泛查阅国内外相关文献,对piezo离子通道的结构特点、门控机制、激活剂与阻滞剂及其在骨关节系统中的作用进行总结。结果骨关节系统是机体主要承重... 详细信息

目的总结piezo机械敏感性离子通道在骨关节系统中的作用,以期为后续研究提供参考。方法广泛查阅国内外相关文献,对piezo离子通道的结构特点、门控机制、激活剂与阻滞剂及其在骨关节系统中的作用进行总结。结果骨关节系统是机体主要承重和运动组织,其感知并响应机械刺激的能力是维持骨关节正常生理功能的保障之一,许多骨关节疾病的发生、发展与异常机械负荷有紧密关系。目前研究显示piezo机械敏感性离子通道通过响应拉伸刺激、细胞Ca^(2+)内流信号调节向成骨方向分化;并影响成骨细胞的增殖与迁移,通过成骨细胞-破骨细胞之间细胞交流维持骨内稳态。同时,piezo1蛋白可以通过其宿主细胞间接参与调控破骨细胞的形成及活性,进而调节骨重塑过程。而piezo1离子通道在机械刺激时,通过调节Akt、Wnt1信号通路表达,维持骨内稳态;针对piezo1、2离子通道对高应变机械信号的敏感性,介导的Ca^(2+)内流以及炎症信号使得软骨细胞中piezo1离子通道机械转导敏感性增加的特性,有望成为靶向性防治骨关节炎的新切入点。但机械刺激如何调控骨关节生理/病理过程仍待阐明。结论piezo机械敏感性离子通道赋予了骨关节系统感知并响应机械应力的重要能力,在其细胞命运转归、骨骼发育、骨与软骨稳态维持等方面扮演关键的机械传感作用。

关键词：骨关节系统 piezo 机械敏感性离子通道机械转导

机械敏感离子通道蛋白piezo家族在机械痒中的作用

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中国皮肤性病学杂志 2024年

作者：胡君怡张国花上海交通大学医学院临床医学系上海交通大学医学院解剖学与生理学系

机械痒是一种由皮肤上的轻触觉刺激（压力、触摸或振动）引起的瘙痒。痒觉异化是指长期病理条件下痒觉感受器敏化，轻微的触觉刺激即可引起持久且严重瘙痒的病理现象，会诱发瘙痒、抓挠和炎症的恶性循环，严重影响患者的身心健康和生活... 详细信息

机械痒是一种由皮肤上的轻触觉刺激（压力、触摸或振动）引起的瘙痒。痒觉异化是指长期病理条件下痒觉感受器敏化，轻微的触觉刺激即可引起持久且严重瘙痒的病理现象，会诱发瘙痒、抓挠和炎症的恶性循环，严重影响患者的身心健康和生活质量。作为最先在哺乳动物中发现的机械门控通道，piezo蛋白家族可将外界的机械刺激转换为电化学信号从而影响细胞行为，进而参与机体多种生命活动的调节。本文总结了近年来有关piezo蛋白家族参与机械痒形成的研究进展，为痒觉异化的治疗提供思路和依据。

关键词：机械痒痒觉异化 piezo

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piezo1在呼吸系统疾病中的研究进展

临床肺科杂志 2024年第2期29卷 280-284页

作者：蒋诗音蒋永亮湖南师范大学附属第一医院(湖南省人民医院)呼吸与危重症医学科湖南长沙410000

piezo是一种存在于细胞膜以及细胞质中介导阳离子通透性的通道蛋白,在细胞发育以及稳态中起到十分关键的作用。在自然界广泛表达,在进化中高度保守,与其他的阳离子通道不具有同源性,在非兴奋细胞中介导阳离子的跨膜流动。编码这种蛋白的... 详细信息

piezo是一种存在于细胞膜以及细胞质中介导阳离子通透性的通道蛋白,在细胞发育以及稳态中起到十分关键的作用。在自然界广泛表达,在进化中高度保守,与其他的阳离子通道不具有同源性,在非兴奋细胞中介导阳离子的跨膜流动。编码这种蛋白的是Fam38A以及Fam38B基因,分别命名为piezo1以及piezo2,其中piezo1主要在非感觉组织中表达,如肺、膀胱、乳腺、前列腺等,piezo2主要在背根神经节等感觉组织中表达。piezo1广泛参与机体各种生理以及病理过程的调控,并且在多种肺疾病如先天性肺发育不良、肺炎、肺纤维化、ARDS以及呼吸机相关性肺病、哮喘、肺动脉高压、肺癌等疾病中表达异常,因此,本综述主要对piezo1与呼吸系统相关疾病进行回顾和总结。

关键词： piezo 呼吸系统疾病机械通道钙离子

Demystifying Mechanosensitive piezo Ion Channels

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Neuroscience Bulletin 2016年第3期32卷 307-309页

作者： X.Z.Shawn Xu Life Sciences Institute and Department of Molecular and Integrative Physiology University of Michigan

Mechanosensitive channels mediate touch,hearing,proprioception,and blood pressure *** proteins,including piezo1 and piezo2,represent a new class of mechanosensitive channels that have been reported to play key roles in most,if not all,of these *** structural architecture and molecular mechanisms by which piezos act as mechanosensitive channels,however,remain *** new studies have now provided critical insights into the atomic structure and molecular basis of the ion permeation and mechano-gating properties of the piezo1 channel.

关键词： Mechanosensation Mechanosensory echanotransduction Mechanical Cryo-EM piezo

piezo机械敏感性离子通道在膝骨关节炎中的镇痛作用机制

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中国疼痛医学杂志 2023年第10期29卷 774-778页

作者：吕少伟高海南林嘉琪邵欣欣朱翔宇北京中医药大学针灸推拿学院北京102401

膝骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)是常见的退行性关节疾病,可导致关节疼痛、肿胀、僵硬、活动受限甚至残疾,膝关节疼痛是KOA病人求诊的主要原因。机械力学信号在KOA中的作用已经越来越引起人们的关注,其中新型机械蛋白piezo1和piezo... 详细信息

膝骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)是常见的退行性关节疾病,可导致关节疼痛、肿胀、僵硬、活动受限甚至残疾,膝关节疼痛是KOA病人求诊的主要原因。机械力学信号在KOA中的作用已经越来越引起人们的关注,其中新型机械蛋白piezo1和piezo2是最近发现的与机械力学信号密切相关的机械敏感性离子通道,并且piezo与KOA疼痛的相关机制研究成为现在国内外学者的研究热点。piezo对KOA疼痛的影响主要包括力学因素、炎症因素和神经病理因素三方面,但其具体诱发机制国内外均缺乏系统全面的总结和论述。因此,本文从piezo机械敏感性离子通路的角度探讨其在KOA疼痛中的作用机制,为KOA的研究和治疗,为KOA潜在分子靶向镇痛药物的研发和KOA临床治疗提供理论依据。

关键词： piezo 疼痛镇痛膝骨关节炎

piezo介导的辅助孵化对小鼠胚胎着床和发育影响的研究

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Piezo介导的辅助孵化对小鼠胚胎着床和发育影响的研究

作者：赵一桐内蒙古大学

学位级别：硕士

透明带(zona pellucida,ZP)是包裹在卵母细胞外的一层由糖蛋白组成的外被结构,在初级卵泡早期阶段由卵母细胞和颗粒细胞共同分泌形成。在受精过程和早期胚胎发育中起着重要作用。然而,透明带的厚化和硬化不利于胚胎的孵化。因此,我们尝... 详细信息

透明带(zona pellucida,ZP)是包裹在卵母细胞外的一层由糖蛋白组成的外被结构,在初级卵泡早期阶段由卵母细胞和颗粒细胞共同分泌形成。在受精过程和早期胚胎发育中起着重要作用。然而,透明带的厚化和硬化不利于胚胎的孵化。因此,我们尝试利用辅助孵化(assisted hatching,AH)技术提高囊胚的孵化率,从而提高胚胎的着床率以及子代的出生率。辅助孵化是通过人为的方法对透明带进行处理,使胚胎从透明带释放出的技术。目前,辅助孵化技术有许多种,我们组早期的实验发现,不同的辅助孵化技术对不同时期的胚胎进行操作会有不同的效果。piezo介导的各种辅助孵化技术中,在桑椹胚期进行透明带打小孔处理后(打孔尺寸约为10 μm),可获得最高的囊胚孵化率。而该种方法是否能够提高胚胎的着床率以及子代的出生率仍有待考究。本实验利用该种辅助孵化方法处理胚胎,再进行胚胎移植(embryo transfer,ET),统计其胚胎着床率、母鼠妊娠率、子代出生率以及子代生长曲线等数据,以探明piezo介导的辅助孵化对小鼠胚胎着床和发育的影响。本研究对以下三种不同来源的胚胎进行分析,包括:(1)自然交配组(mating组),用作非辅助孵化、非胚胎移植操作的对照组;(2)体内受精获得的胚胎,仅进行胚胎移植,而不进行辅助孵化处理,用于观察胚胎移植对妊娠效率及后代发育的影响(embryo transfer,ET组);(3)体内受精获得的胚胎,进行辅助孵化处理后,再进行胚胎移植,用于观察辅助孵化和胚胎移植对妊娠效率及后代发育的影响(small hole,SH组)。我们的研究结果表明,与Mating组相比,ET组中的胚胎移植操作会降低胚胎着床数,着床后的胚胎发育迟缓,孕天延迟,子代出生数降低,并影响子代生长曲线;但对胚移后妊娠率、活胎率、性别都没有影响。胚移后得到的子代小鼠再进行自然交配,其孕天以及生育能力没有受到影响。与ET组相比,SH组虽然能够提高胚胎的体外孵化效率,但着床后胚胎发育迟缓,并影响子代生长曲线。打孔之后的胚胎在胚移之后,母鼠存活率、着床数、着床率、妊娠率、孕天、子代小鼠出生数、出生率、活胎率、性别、孕天以及子代小鼠生育能力等都没有影响。SH组与Mating组相比较,会降低胚胎着床数,着床后的胚胎发育更加迟缓,孕天延迟,子代出生数降低,并影响子代生长曲线;但对胚移后妊娠率、活胎率、性别都没有影响。胚移后得到的子代小鼠再进行自然交配,其孕天以及生育能力没有受到影响。综上所述,piezo介导的透明带打小孔的辅助孵化方式并不能够提高胚胎的着床率、母鼠的妊娠率和子代的出生率。相反,经过辅助孵化和胚胎移植操作后,会导致胚胎发育紊乱,对着床后胚胎的发育和子代生长曲线都有影响,但并不影响子代小鼠的性别和生殖能力。因此,我们认为,依赖于打孔方式的辅助孵化技术,在临床上应该被谨慎使用。

关键词：辅助孵化透明带打孔 piezo 胚胎移植

机械敏感离子通道piezo促进房水外排的功能研究

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机械敏感离子通道Piezo促进房水外排的功能研究

作者：陈苏苏青岛大学

学位级别：硕士

房水(Aqueous humor,AH)是由后房睫状突产生,经小梁网(trabecular meshwork,TM)-史莱姆(Schlemm,SC)管通路和葡萄膜巩膜(uveoscleral)通路,外排至巩膜静脉。房水产生和流出的动态平衡对于眼内压(intraocular pressure,IOP)的维持至关重要。房水外排阻力增大是导致眼内压升高以及原发性开角型青光眼的关键致病原因。因此,保证正常的房水外排是维持眼内压的重要手段。小梁网是调控小梁网-Schlemm管房水外排的关键组织;睫状肌对于葡萄膜巩膜途径的房水外排至关重要。课题组前期研究已经证明,机械敏感离子通道piezo在房水循环通路的小梁网和睫状肌中高表达,并初步阐明piezo参与了房水循环,改变了房水动力学参数,推测piezo可能与房水外排密切相关。因此,明确piezo在调控房水外排中的关键作用将对青光眼的降眼压治疗意义重大。研究目的:基于自主研发的Syringe-pump系统,参考i Perfusion系统的离体眼球房水测定的新理论自主修正Goldman Equation,探究piezo感知眼压、传递力学信号、调节房水动力学参数的作用,进而明确piezo调控小梁网-Schlemm管与葡萄膜巩膜房水外排的作用,最终为基于piezo治疗青光眼的新药研发提供理论依据。研究方法:针对piezo调控葡萄膜巩膜房水外排,采用免疫荧光方法,确定piezo在C57 BL/6J葡萄膜巩膜房水外排通路组织中的表达情况;借助药物学手段(piezo 1的激动剂Yoda 1和机械敏感离子通道的抑制剂Gs TMx4),调控piezo功能;通过示踪法,前房灌注PBS、TMRD-PBS、Yoda 1-TMRD-PBS、Gs TMx4-TMRD-PBS,借助组织切片技术和激光共聚焦显微镜,定量分析葡萄膜巩膜房水外排通路组织中的荧光强度,评价piezo对葡萄膜巩膜房水外排的影响。针对piezo调控小梁网-Schlemm管房水外排,C57 BL/6J小鼠前房注射乳胶微球(beads),模拟病理状态高眼压,并利用Tonometer实时监测眼压;借助Syringe-pump系统,准确测定离体高眼压眼球房水流畅系数(C);灌注Yoda 1,分析piezo对小梁网-Schlemm管房水外排的作用;通过LC-MS/MS分析,分析正常培养小梁网细胞、20%循环式拉力处理组、20%循环式拉力和Gs TMx4处理组,阐明机械敏感通道(CMCs)在调节人源小梁网细胞(HTMCs)应对机械力的作用。研究结果:*** 1、piezo 2高表达于睫状肌、小梁网。2.荧光示踪剂Tracer-TMRD在睫状肌的荧光强度随灌注后存活的时间减弱;灌注后30 min、60 min、90 min时荧光强度比较结果:均为实验组(Yoda 1-TMRD-PBS)较对照组(TMRD-PBS)的荧光强度显著提高;灌注后120 min时,各组荧光强度无显著差异。灌注后60 min内,各组荧光强度比较结果:Yoda 1-TMRD-PBS组>TMRD-PBS组>Gs TMx4-TMRD-PBS组>PBS组。由此提示:piezo 1的激活促进葡萄膜巩膜途径的房水外排速率,包括piezo在内的机械敏感离子通道的功能抑制降低葡萄膜巩膜途径的房水引流速率。3.前房注射beads引发高眼压,其房水流畅系数较正常组显著降低;通过比较病理状态下PBS组与Yoda 1组的房水流畅系数:灌注PBS组的房水流畅系数为16.0±1.2 n L/min/mm Hg(n=9),灌注Yoda 1组的房水流畅系数为21.0±0.5n L/min/mm Hg(n=11),两组的房水流畅系数C值存在显著性差异,且Yoda 1房水流畅系数比PBS组高(4.0 n L/min/mm Hg)20%～45%。4.机械敏感通道调控人源小梁网细胞应对机械变化,其下游信号包括:钙信号、细胞骨架重塑、自噬、细胞周期和细胞命运。研究结论:***在房水外排的葡萄膜巩膜途径和小梁网-Schlemm途径的组织中均有表达,且在关键部位睫状肌和小梁网有表达。*** 1通过激活piezo 1的功能,可以调节睫状肌的生理功能,促进葡萄膜巩膜途径房水的外排;Gs MTx4抑制包括piezo在内的机械敏感离子通道,进而抑制葡萄膜巩膜通路的房水引流功能。由此提示,piezo 1在葡萄膜巩膜房水外排途径中发挥积极作用。3.在病理状态下,Yoda 1激活piezo 1,可改善小梁网房水外排能力,促进小梁网-Schlemm管途径房水的外排。由此推测,通过调控piezo,可能促进青光眼患者小梁网房水外排,从而实现眼压的降低达到治疗效果。4.在HTMCs受到机械拉伸时,Ca稳态、自噬、细胞周期和细胞命运相关的

关键词： piezo 房水葡萄膜巩膜小梁网眼内压

基于AFM的人乳腺癌细胞piezo蛋白机械敏感性研究

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基于AFM的人乳腺癌细胞PIEZO蛋白机械敏感性研究

作者：翁远琦湘潭大学

学位级别：硕士

机械力转导是一种能将机械刺激作用转化为生物信号的方式,在人体及绝大部分生物的日常生理活动中起着十分关键的作用。机械激活离子通道是机械力信号转导的重要载体。piezo蛋白是最新发现的一种机械敏感性阳离子蛋白通道,在脊椎动物中... 详细信息

机械力转导是一种能将机械刺激作用转化为生物信号的方式,在人体及绝大部分生物的日常生理活动中起着十分关键的作用。机械激活离子通道是机械力信号转导的重要载体。piezo蛋白是最新发现的一种机械敏感性阳离子蛋白通道,在脊椎动物中一般分为结构相似的piezo1和PIEZ02,这两类蛋白只有在生物体内协同作用才能产生效果。piezo蛋白可以通过外围叶片感知机械刺激,继而通过打开中心盖传输如K+、Na+、Ca2+、Mg2+和Mn2+等阳离子。本论文选择了MDA-MB-231恶性人乳腺癌细胞,能够在没有其他额外处理的情况下表达出piezo蛋白的机械力敏感特性,并且有针对性地采用了原子力显微镜对piezo蛋白进行生物力学测试。主要工作概况如下:(1)通过原子力显微镜探针对piezo蛋白进行了瞬时力刺激实验,结果表明其能够在MDA-MB-231细胞上自然表达,受力刺激的细胞内钙离子浓度会在极短时间内急剧升高,并且快速地将这种改变传达给相邻的细胞。(2)piezo力学性能实验证明其表达概率在100-500nN范围内随所受压力增长而提高,且表达强度与其所属的细胞活性有关联。探针振动试验证明MDA-MB-231的细胞活性受细胞周期所影响,一直在随时间发生改变。(3)通过GsMTx4、SKF96365、EGTA、RR等药剂对piezo通道进行了阻断实验,结果表明piezo能被GsMTx4特异性阻断,且EGTA与RR实验证明piezo激活时钙离子从细胞外流向细胞内,说明其为牵张激活性阳离子通道。(4)通过对细胞膜表面进行AFM扫描与共聚焦观察,发现在细胞表面较为平滑的情况下其杨氏模量有较大起伏且非核区域存在较多丝状蛋白结构,这证明细胞膜受细胞内细胞骨架支持,其表面piezo通道可能与之产生联动。

关键词： piezo MDA-MB-231 机械力转导原子力显微镜

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piezo通道在心血管系统中的作用

心脏杂志 2022年第5期34卷 573-578页

作者：王媛赵星成王永春孙喜庆空军军医大学航空航天医学系航空航天医学训练教研室陕西西安710032

机械传导在心血管系统的发育、生理功能的实现以及疾病的发展中具有重要的作用。piezo1、piezo2是机械敏感离子通道,在血管内皮细胞和平滑肌细胞中皆有表达,同源三聚体的结构可以使它们便利地感受局部血流增加引起的剪切力以及血压升高... 详细信息

机械传导在心血管系统的发育、生理功能的实现以及疾病的发展中具有重要的作用。piezo1、piezo2是机械敏感离子通道,在血管内皮细胞和平滑肌细胞中皆有表达,同源三聚体的结构可以使它们便利地感受局部血流增加引起的剪切力以及血压升高使细胞膜拉伸的机械刺激,进而转导为生物信号。piezo是非选择性阳离子通道,主要可以通过Ca^(2+),而Ca^(2+)作为第二信使,下游的信号通路在血压调节、血管张力变化中具有关键作用。我们系统总结了piezo在心血管系统中的功能及其在肺动脉高压、动脉粥样硬化中的作用,以期为心血管系统疾病的治疗带来新思路。

关键词： piezo 心血管系统发育血压调节肺动脉高压动脉粥样硬化