电压调控的Piezo1离子通道马尔可夫模型及其在心肌机电起搏机制研究中的应用

来自国际团队的研究人员针对Piezo1离子通道的电压调控特性与机械敏感脱敏现象，构建了基于连续时间马尔可夫链的新型数学模型。该研究创新性地揭示了正电化学驱动力下机械响应重置机制，并将模型成功整合至Mahajan-Shiferaw心室肌细胞模型中，为解析心肌细胞机电耦合机制提供了重要工具。研究证实Piezo1在机电起搏中的关键作用，同时指出其单独作用可能不足以解释Quinn-Kohl实验中的速率依赖性现象。

　　

这项研究开创性地建立了Piezo1机械敏感离子通道的电压调控马尔可夫模型。作为重要的机械力-电信号转换器，Piezo1通道在心血管发育和稳态维持中发挥关键作用。研究团队通过四态连续时间马尔可夫链建模，首次定量重现了该通道在正电化学驱动力下独特的机械响应重置现象——这种特性在传统脱敏理论中从未被揭示。

通过将新模型整合至经典的Mahajan-Shiferaw兔心室肌细胞模型中，研究者成功模拟了机电起搏过程中的细胞响应。有趣的是，虽然模型能复现Quinn和Kohl在Langendorff灌流兔心脏实验中观察到的部分速率依赖性现象，但分析表明单靠Piezo1通道可能不足以完全解释这些复杂现象。研究采用的跨尺度建模策略（从离子通道到细胞水平）为理解心脏机电耦合提供了新视角，其中电压门控特性与机械敏感性的交互作用展现出令人着迷的动态特征。

这项工作的亮点在于：1）首次建立能同时描述电压依赖性和机械敏感性的Piezo1数学模型；2）发现正电位下机械响应重置的定量规律；3）为心脏机电起搏机制研究提供了可扩展的计算框架。这些发现不仅推进了对机械敏感通道基础生物物理特性的认识，更为心血管疾病治疗中机电干预策略的开发奠定了理论基础。