膀胱为什么能感觉到尿意?

【字体: 时间:2020年10月16日 来源:

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  尿频、尿失禁和尿不尽等问题在世界上困扰着许多人,科学家想找到膀胱控制尿感的具体开关。

  

尿频、尿失禁和尿不尽等问题在世界上困扰着许多人,科学家想找到膀胱控制尿感的具体开关。

由Scripps研究中心的科学家们共同领导的一个研究小组发现了使膀胱感觉到充满的主要感应蛋白,这种蛋白使正常的膀胱功能成为可能。

这一发现发表在10月14日的《Nature》杂志上,标志着基础神经生物学的一个重要进展,也可能导致更好的治疗膀胱控制和排尿问题,这在老年人中尤为常见。

“我们倾向于认为排尿是理所当然的,而且这方面的研究还不够充分,但如果这个系统出了问题,这将是一个巨大的负担,”文章一作Kara Marshall博士说。

Marshall和她的同事们在这项研究中重点研究了PIEZO2蛋白,这是一种“机械传感器”,可以检测其所在组织的物理拉伸。他们发现PIEZO2在膀胱细胞中表达,对小鼠和人类的正常排尿和功能是必需的。

“谁会想到,同样的机械感应蛋白能使我们的触觉也能提醒我们膀胱已满?”作者之一、Scripps研究所神经生物学教授Ardem Patapoutian说。

2010年,Patapoutian和他的实验室首次确认PIEZO2和它的姊妹蛋白PIEZO1是感知组织机械扭曲的机械传感器。为了这一壮举,Patapoutian与其他人一起获得了著名的2020年卡夫利神经科学奖。

像大多数传感器蛋白一样,PIEZOs是离子通道蛋白,嵌入宿主细胞的外膜,当受到刺激时,允许带电原子流入细胞。传感器离子通道蛋白通常存在于皮肤、关节和其他器官的感觉神经元中。在一个给定的神经元上,当足够多的这些通道打开以接纳离子流时,神经元会向大脑发出一个神经信号。
对于PIEZOs,触发离子通道开放的刺激是由于局部组织上的机械力而导致细胞膜的拉伸。在过去十年的研究中,Patapoutian和他的同事们已经证明了PIEZO2在全身不同的器官和组织中表达。例如,它们存在于肺组织中以感知肺的伸展和帮助调节呼吸,存在于血管中以感知血压,并存在于皮肤中以调节触觉。

这项新的研究是与美国国立卫生研究院的高级研究员Alexander Chesler博士和医学博士Carsten Bönnemann合作进行的。Chesler和Bönnemann和他们的同事们一直在研究那些天生就有基因突变的人,这些突变会导致PIEZO2的功能丧失。这些个体在已知的与PIEZO2相关的感觉通路中遭受各种损伤。

在这项研究中,美国国立卫生研究院的研究人员发现,这些缺乏PIEZO2的个体,除了其他的感觉缺陷之外,还缺乏正常的膀胱充盈感。他们通常会按时间表排尿,以避免尿失禁,而且在排尿时膀胱也很难完全排空。

Patapoutian,Marshall和他们的同事在实验中证明了在小鼠体内失去PIEZO2也有类似的效果。尿路在膀胱感觉神经元和被称为伞细胞的膀胱内层细胞中使用PIEZO2蛋白来检测拉伸和促进排尿,这表明这是一个由两部分组成的传感器系统。正如他们在实验中所确定的那样,当膀胱充满时,小鼠的膀胱神经元通常会对神经信号做出强烈的反应,但如果它们缺乏PIEZO2,在膀胱充盈过程中几乎完全沉默。

下尿路缺乏PIEZO2的小鼠,在控制尿道的肌肉中也显示出异常的排尿反射。这表明,机械感觉蛋白是正常膀胱伸展感觉和正常排尿所必需的。

该小组目前正在跟踪研究膀胱神经元和伞细胞的不同作用,以及它们如何相互传递信号。他们也在研究其他机械传感器,如PIEZO1,在膀胱控制和排尿中的可能作用。

Marshall说:“没有PIEZO2的小鼠有明显的排尿缺陷,但最终还是能排尿,所以这表明可能与另一种机械感觉蛋白有关。”

原文检索:PIEZO2 in sensory neurons and urothelial cells coordinates urination

(生物通:伍松)

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