2篇Nature文章：“痛触觉”离子通道蛋白

　　

生物通报道 来自斯克里普斯研究所的科学家们在2月19日最新一期的《自然》（Nature）杂志上发表了2篇具有里程碑意义的论文，他们鉴定了一类检测“痛触觉”的蛋白。

科学家们都知道，我们皮肤中的感觉神经利用表皮上专门的“离子通道”蛋白来检测感知压力、疼痛、寒冷和其他刺激。然而到目前为止，科学家们也不过才仅仅鉴别和确定了与这些感觉信号相关的一些特异蛋白的特征。新研究为我们提供了证据，证实了一类被称为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。

在新研究中，科学家们是在果蝇，一种哺乳动物感觉神经系统的模式生物中完成实验检测的。除了感觉神经系统，在哺乳动物耳朵、肾脏、心脏和其他一些组织中也有piezo蛋白表达。未来的研究将侧重于声音、血压与细胞膜加压和/或延伸相关等刺激感知过程中，piezo蛋白
的主要功能。

两篇论文的资深研究员（senior investigator）、斯克里普斯研究所Dorris神经科学中心和细胞生物学系教授Ardem Patapoutian说：“数十年来该领域的研究人员一直试图发现哺乳动物的压力传导离子通道蛋白，这些piezo蛋白是极有力的候选因子。我们现在掌握了实质的线索，通过追踪这些线索就可以了解到动力传导信号通路是如何发挥功能的，以及在疾病中信号通道的异常机制。”

追踪线索轨迹

Patapoutian实验室专门从事感觉离子通道蛋白研究。感觉离子通道蛋白在受到敏感刺激时，通常会改变自身结构，使带电荷的钙离子、钠离子或钾离子从细胞外流入到细胞内。人们通常认为当机械压力超过一定的阈值时，感知这些压力的离子通道就会开放，导致离子内流。最终电荷流会触发细胞内其他的信号，例如感觉神经中的神经冲动——人类的大脑将足够量的神经冲动解读为触觉或压力相关的感觉。

在2010年底发表在《科学》（Science）杂志上的一篇高引用的论文中，Patapoutian和他的同事报道，他们发现两种从前未知功能的小鼠蛋白显示出了压力传导蛋白的特性。研究人员将这两种蛋白添加到细胞中，发现当受到机械压力时正电荷离子会流入这些细胞。这篇论文的第一作者Bertrand Coste将两种密切相关的蛋白分别命名为piezo1 和 piezo2——"piezo-"这个前缀词起源于古希腊语中的“压力”或“挤压”之义。

 “由于这些蛋白质与目前已知的离子通道蛋白相似之处很少，接下来我们要做的就是证实它们确实是离子通道蛋白，”Patapoutian说。新研究朝此目标迈进了一大步。

在第一篇文章中，文章的主要作者Bertrand Coste，Bailong Xiao和同事们证实piezo蛋白确实是离子通道蛋白，且可装配形成一个极大的复合物。“4个piezo蛋白装配形成了一个‘四聚体’，样子看起来像过去发现的那种最大的质膜离子通道，”Patapoutian实验室研究人员Coste说。Piezo蛋白序列也表明它的离子通道结构在细胞膜中来回盘曲了100多次。

Patapoutian的合作者、加州大学圣地亚哥分校神经生物学著名教授Mauricio Montal实验室的研究人员发现甚至在缺乏其他蛋白的情况下，piezo蛋白也能自组装成四聚体复合物，在脂双层人工膜中形成离子通道。

在第2篇文章中，第一作者Sung Eun Kim采用遗传工程方法构建了一种不表达果蝇piezo (dpiezo)基因的果蝇系。“我们发现对于原本应产生疼痛相关信号的机械刺激，这些果蝇幼虫丧失了应答反应能力，而对于其他诸如热和轻微压力等刺激它们却仍能产生正常反应，”Kim说。

利用基因“敲除”技术，Kim还在果蝇中证实破坏某些感觉神经元中的dpiezo表达可重现这一敏感性丧失现象。最后，当她人为恢复幼虫中dpiezo表达时，发现这些幼虫重新显示出了对强压的敏感性。“这是我们首次证实一个piezo家族蛋白的特定生理学功能，”Cook说。

Patapoutian实验室现在正在对piezo和其他潜在的压力传导蛋白开展进一步的详细研究。“在未来的几年内，我们将致力于鉴定这些压力感受蛋白在所有生物学过程和疾病中所发挥的作用，”Patapoutian说。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

Piezo proteins are pore-forming subunits of mechanically activated channels.Nature Year published: (2012) DOI: doi:10.1038/nature10812

The role of Drosophila Piezo in mechanical nociception.Nature Year published: (2012) DOI: doi:10.1038/nature10801