PIEZO 通道将物理机械力转化为生物电信号的机制

作为2021 年诺贝尔生理或医学奖的明星分子，PIEZO 通道是机械敏感性阳离子通道的孔道蛋白，在触觉和本体觉等传导过程中发挥重要作用。以往研究表明，PIEZO 形成三聚体三叶螺旋桨状离子通道，中心是负责离子通透的孔道部分，外周是三个负责机械力感知的桨叶部分。PIEZO 通道如何将物理机械力转化成生物电信号？仍然是PIEZO 诺奖研究的未解之谜。清华大学药学院肖百龙/生命科学学院李雪明团队首次建立了膜上受力结构解析体系，揭示PIEZO1 在脂膜上的张力感受机制。主要结果如下：（1）在静息状态时，PIEZO1 桨叶高度弯曲，并带动所在的细胞膜形成“纳米碗”结构 (nano-bowl)；（2）膜张力改变时，膜带动PIEZO1 蛋白一起展平；（3）展平的桨叶引起帽子的旋转运动，加上桨叶的展平运动，共同使得孔道区上半段的疏水阀门打开，离子由帽子下的空隙，侧向进入孔道；（4）展平的桨叶带动胞内侧的横梁 (Beam)发生杠杆运动，把形变传递到孔道区胞内侧，打开三个侧向出口塞子，使离子流入细胞 。因此，该研究揭示了PIEZO1 蛋白介导机械力感知的分子机制，为解析机械信号在感觉神经系统的传递及机械感知异常相关疾病提供了理论支撑。

（Yang XZ, Lin C, Chen XD,

. Structure deformation and curvature sensing of PIEZO1 in lipid membranes. Nature, 2022,604(7905): 377-383. 北京大学神经科学研究所，刘风雨 译）