清华大学Cell子刊发表离子通道研究新成果

生物通报道 来自清华大学的研究人员揭示出了机械敏感性阳离子通道piezo的离子渗透及机械力传导机制，研究结果发布在2月25日的《神经元》（Neuron）杂志上。

清华大学的肖百龙（Bailong Xiao）研究员是这篇论文的通讯作者。其主要研究方向是着重对包括温度激活型的TRp通道和CRAC通道，以及最新鉴定出来的机械力激活型的piezo通道的结构功能关系以及它们的生理学和病理学意义进行研究。

piezo蛋白是由美国加州Scripps研究所Ardem patapoutian教授研究组在 2010年首次鉴定得到的第一个真核生物机械力敏感离子通道。该蛋白与目前已知的所有离子通道蛋白均没有同源性，尤其值得一提的是，该蛋白是目前已知所有膜蛋白中跨膜区最多的蛋白。

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与低等生物中只存在一个piezo蛋白不同，在高等生物中存在两类piezo蛋白，piezo1和piezo2，在人类中二者具有47%的同源性。piezo2蛋白主要在感觉背根神经节中高表达，近年来的研究表明其主要与生物体感受外界触碰即感觉相关。piezo1主要在肺、膀胱、红细胞和皮肤细胞中高表达，在红细胞中功能获得性突变可导致干瘪细胞增多症和裂口红细胞症等遗传性疾病。

自从该蛋白被发现以来，在世界范围内掀起了一股piezo蛋白研究的热潮，多个研究组先后在世界顶级期刊发表多篇研究论文阐述了该蛋白的重要生理功能。

2012年，斯克里普斯研究所的科学家们在Nature杂志上发表了两篇具有里程碑意义的论文，证实了称作为piezo蛋白的感觉神经蛋白家族是感知痛触觉必需的离子通道蛋白（2篇Nature文章：“痛触觉”离子通道蛋白）。2014年4月，哥伦比亚大学的研究人员在Nature杂志上报道，鉴别出了皮肤细胞中的触觉活化因子piezo2（Nature解答古老神经学谜题 ）。同月，华人科学家顾建国博士在Cell杂志上证实了，在皮肤中与许多感觉神经末梢接触的Merkel细胞是感知触觉的初始位点。轻微的触摸使得Merkel细胞发射动作电位，这种机械-电传导是通过一种叫做piezo2的受体/离子通道来实现(华人科学家Cell解答百年神经学谜题 )。

2015年，清华大学的杨茂君教授、肖百龙研究员及高宁研究员领导研究人员，确定了哺乳动物机械敏感性piezo1通道的结构，由此提供了有关这类新型机械敏感性离子通道离子传导及门控机制的一些重要见解。这一重要的研究成果发布在Nature杂志上(清华大学Nature发布离子通道研究新成果 )。

在这篇最新的Neuron文章中，肖百龙研究员和合著者们指出，尽管已知哺乳动物机械敏感性阳离子通道piezo在各种机械力传导过程中起重要作用。但对于它们的离子渗透和机械力传导机制却仍知之甚少。

他们报告称发现了piezo1微型的成孔模块，其与其他三聚体离子通道的孔结构相似，编码了一些重要的孔特性。研究人员进一步在这一孔模块中鉴别出了一些决定单通道电导、孔道堵塞，二价和单价阳离子与阴离子离子选择性的特异残基。他们证实piezo1不含孔区域可赋予机械不敏感三聚体酸感受离子通道机械敏感性，表明piezo1通道的内在机械力传导模块与它们的孔模块分离。

作者们表示，这是第一项研究报告揭示出了piezo通道的真实孔模块和机械力传导元件。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Ion permeation and Mechanotransduction Mechanisms of Mechanosensitive piezo Channels

piezo proteins have been proposed as the long-sought-after mechanosensitive cation channels in mammals that play critical roles in various mechanotransduction processes. However, the molecular bases that underlie their ion permeation and mechanotransduction have remained functionally undefined. Here we report our finding of the miniature pore-forming module of piezo1 that resembles the pore architecture of other trimeric channels and encodes the essential pore properties. We further identified specific residues within the pore module that determine unitary conductance, pore blockage and ion selectivity for divalent and monovalent cations and anions. The non-pore-containing region of piezo1 confers mechanosensitivity to mechano-insensitive trimeric acid-sensing ion channels, demonstrating that piezo1 channels possess intrinsic mechanotransduction modules separate from their pore modules. In conclusion, this is the first report on the bona fide pore module and mechanotransduction components of piezo channels, which define their ion-conducting properties and gating by mechanical stimuli, respectively.

作者简介：

肖百龙

清华大学医学院 研究员、博士生导师

教育经历：
2001年9月-2006年12月： 博士， 加拿大卡尔加里大学（University of Calgary）, 生理及生物物理学系，心血管分子生物学专业
1997年9月-2001年6月： 学士，中山大学，生物化学专业

工作经历：
2013年1月至今：研究员，博士生导师，清华大学医学院药学系,
2013年1月至今：研究员，清华大学-北京大学生命科学联合中心
2007年1月-2012年12月：博士后，美国斯克利普斯研究所 (The Scripps Research Institute)

实验室主要研究方向：
着重对包括温度激活型的Transient Receptor potential (TRp) 通道 和Calcium Release Activated Calcium (CRAC) 通道，以及最新鉴定出来的机械力激活型的piezo通道的结构功能关系以及它们的生理学和病理学意义进行研究。