纖維化疾病中的機(jī)械敏感性離子通道Piezo1*

尹詩(shī)韻 陳國(guó)寶**

（1）重慶理工大學(xué)藥學(xué)與生物工程學(xué)院，重慶 400056；2）藥物化學(xué)與分子藥理學(xué)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400056）

力轉(zhuǎn)導(dǎo)（mechanotransduction）指細(xì)胞通過機(jī)械敏感（mechanosensitive，MS）轉(zhuǎn)導(dǎo)分子感知外界不同形式的機(jī)械信號(hào)輸入，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)化為可引起細(xì)胞發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)的過程［1］，其在哺乳動(dòng)物觸覺、肌肉拉伸和血壓調(diào)節(jié)等生理活動(dòng)中起著重要的作用［2-3］。在這些稱為MS 轉(zhuǎn)導(dǎo)分子的特殊蛋白質(zhì)中，MS離子通道被施加到脂質(zhì)雙層或其相關(guān)非膜成分的應(yīng)力直接激活，將物理刺激轉(zhuǎn)化為電化學(xué)信號(hào)，使感覺細(xì)胞能夠在毫秒內(nèi)便快速作出反應(yīng)［4］。2010年，Coste等［5］的一項(xiàng)研究在Neuro2A小鼠神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系中首次發(fā)現(xiàn)了一組新的哺乳動(dòng)物MS 非選擇性陽(yáng)離子通道，命名為Piezo 家族。在此之前研究人員對(duì)MS離子通道的門控機(jī)制理解主要來自細(xì)菌層面［6］，一直未深入探究，幾乎沒有一種候選的介導(dǎo)哺乳動(dòng)物中生理相關(guān)的MS非選擇性陽(yáng)離子通道。因此這一突破性的發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)了哺乳動(dòng)物的MS離子通道分子機(jī)制、疾病和健康相關(guān)功能的研究，為MS離子通道的組成和功能的研究開辟了一個(gè)新領(lǐng)域。

Piezo 家族中包含Piezo1 和Piezo2，它們?cè)诓煌M織和器官中發(fā)揮著重要功能。其中，Piezo2主要在初級(jí)感覺神經(jīng)元中表達(dá)，與觸覺疼痛、本體感覺和膀胱控制功能等有關(guān)［6-7］，而Piezo1 主要存在于非神經(jīng)細(xì)胞類型中，在骨骼、血管和腎等組織中高表達(dá)。在骨骼中，Piezo1可以保證成骨細(xì)胞成骨作用，維持骨結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度［8］。在胃部腫瘤中，Piezo1的上調(diào)縮短了癌細(xì)胞的增殖周期［9］，促進(jìn)了癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移、侵襲以及血管浸潤(rùn)［10］。在泌尿道中，尿路上皮細(xì)胞上的Piezo1在感應(yīng)到尿液堆積而產(chǎn)生的管壁拉伸刺激后，會(huì)引起Ca2+內(nèi)流和ATP的釋放，啟動(dòng)排尿反射并促進(jìn)排尿［11-12］。在眼球中，Piezo1的激活調(diào)節(jié)了小梁網(wǎng)中纖連蛋白的表達(dá)以此控制眼壓［13］。在動(dòng)脈中，Piezo1 由血液的流體剪切力激活，誘導(dǎo)ATP 的釋放而使血管舒張，調(diào)節(jié)血壓［14］（圖1）。由此可見，Piezo1 的正確機(jī)械傳導(dǎo)對(duì)機(jī)體生理活動(dòng)具有重要的調(diào)控作用。而異常的Piezo1的機(jī)械傳導(dǎo)可能會(huì)導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生。

Fig.1 The roles of Piezo1 in tumors of the stomach, arteries, urinary tract, bone, and eyeball圖1 Piezo1在胃部腫瘤、動(dòng)脈、泌尿道、骨和眼球中的作用

纖維化的主要特征是膠原蛋白和其他細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）成分的過度交聯(lián)和累積［15］，最終導(dǎo)致基質(zhì)剛度的上升。通常是由反復(fù)或慢性組織損傷的傷口愈合反應(yīng)而導(dǎo)致［16］，可使組織結(jié)構(gòu)破壞和器官功能喪失。纖維化疾病幾乎可以發(fā)生在任何一個(gè)組織和器官中，因此這也是影響人類健康和壽命的重要疾病。據(jù)估計(jì)，在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，纖維化導(dǎo)致的死亡約占所有死亡的45%［17］。鑒于纖維化疾病的多樣性和病因的未知性，纖維化疾病的治療方法少且療效有限，迫切需要擴(kuò)大當(dāng)前有限的抗纖維化治療策略。細(xì)胞可以感知其所處基質(zhì)微環(huán)境的剛度變化并轉(zhuǎn)化為最終影響細(xì)胞功能的基因表達(dá)變化［18］。研究人員發(fā)現(xiàn)，在纖維化疾病中細(xì)胞與拉伸力、壓力作用力之間存在異常機(jī)械反饋回路［19-20］，這其中就包括Piezo1的異常激活或抑制，這使纖維化病理進(jìn)程不斷加劇。因此針對(duì)機(jī)械反饋回路中Piezo1本身以及其上下游信號(hào)分子的干預(yù)，可能會(huì)是抗纖維化治療的一個(gè)新策略。本文綜述了MS離子通道Piezo1在各類纖維化疾病中的相關(guān)研究進(jìn)展和潛在的臨床意義，試圖為纖維化疾病的治療靶點(diǎn)提供新的策略與方法。

1 Piezo1概述

1.1 Piezo1的結(jié)構(gòu)

Piezo1離子通道是一種巨大的跨膜蛋白質(zhì)，具有許多跨膜片段（transmembrane segment，TM），因?yàn)槠洫?dú)特的序列模式，它幾乎與其他任何已知的離子通道（不包含Piezo2）都不具有序列同源性［21］。在 人 類 中，Piezo1 基 因 位 于 染 色 體16q24.3，包含51個(gè)外顯子，由2 520個(gè)氨基酸殘基組成。在小鼠中，Piezo1基因位于8號(hào)染色體，有53個(gè)外顯子，由2 547個(gè)氨基酸殘基組成［22］。

2015年，Ge等［23］結(jié)合蛋白質(zhì)工程、X射線晶體學(xué)和單粒子冷凍電子顯微鏡（cryo-electron microscopy，cryo-EM）等技術(shù)在4.8 ?的分辨率下對(duì)小鼠全長(zhǎng)Piezo1 的結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定，首次確定了Piezo1是一個(gè)類似風(fēng)扇形狀的蛋白質(zhì)，內(nèi)含3個(gè)螺旋槳葉，互成120°角，在中間形成一個(gè)內(nèi)凹的孔，孔的上方有一個(gè)中心帽。隨著cryo-EM 技術(shù)的進(jìn)步，Guo 等［24］和Saotome 等［25］也先后在3.7 ? 和3.8 ?的高分辨率下研究了Piezo1的cryo-EM結(jié)構(gòu)，使人們對(duì)Piezo1的結(jié)構(gòu)有了更為準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，最終確認(rèn)了Piezo1 的主要結(jié)構(gòu)域包括跨膜螺旋（transmembrane helice，TM）、梁、錨、C 端結(jié)構(gòu)域（C-terminal domain，CTD）和C 端胞外結(jié)構(gòu)域（C-terminal extracellular domain，CED）［22］，可分為孔道區(qū)模塊、轉(zhuǎn)導(dǎo)模塊和機(jī)械傳感模塊。

Piezo1 擁有38-TM 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)亞基含有38 個(gè)TMs，三聚體通道的復(fù)合體中總共有114 個(gè)TM。最靠近蛋白質(zhì)中心的兩個(gè)TM區(qū)域（TM37和TM38）分別被指定為內(nèi)螺旋（inner helix，IH）和外螺旋（outer helix，OH），并包圍孔道區(qū)模塊的跨膜孔。外周有36 個(gè)TM 螺旋，其中TM13~36 這24個(gè)TM螺旋已被解析，而TM1~12這12個(gè)TM螺旋還尚未被分辨，每4 個(gè)TM 螺旋折疊成1 個(gè)重復(fù)的TM 螺旋單元（TM helical unit，THU），共形成了9個(gè)重復(fù)折疊，它們串聯(lián)一起構(gòu)成了高度彎曲的TM 葉片結(jié)構(gòu)［22］，使得局部脂質(zhì)膜被扭轉(zhuǎn)成圓頂狀，這是Piezo1具有較高M(jìn)S的原因之一。在每個(gè)THU 中，前2 個(gè)TM 與1 個(gè)短的細(xì)胞外連接體緊密間隔，朝著TM 葉片的中心端折疊。第2 個(gè)TM 向后折疊到遠(yuǎn)端并連接到第3個(gè)TM，第3個(gè)TM通過細(xì)胞外連接子連接到第4 個(gè)TM。2 個(gè)相鄰的THU通過1個(gè)細(xì)胞內(nèi)環(huán)路來連接，該內(nèi)環(huán)路橫跨內(nèi)含所有8 個(gè)TM，保證所有TM 被串聯(lián)連接起來。CTD和THU7-THU9組件之間有90 ?長(zhǎng)的梁，梁結(jié)構(gòu)由H1300-S1362 殘基組成，從THU7 的TM28 開始，達(dá)到CTD后再返回至THU8的TM29并與其相互作用。在錨定區(qū)域，有α1-33 個(gè)螺旋，連接TM36 與OH-CED-IH-CTD。在梁和錨的連接下，機(jī)械傳感模塊和孔道區(qū)模塊成功耦合［26］（圖2）。

Fig.2 The structure of Piezo1圖2 Piezo1的結(jié)構(gòu)

1.2 Piezo1的激活機(jī)理

從結(jié)構(gòu)上來看，Piezo1的周邊葉片感應(yīng)機(jī)械變化并與梁構(gòu)成杠桿式裝置作為孔道的長(zhǎng)距離機(jī)械和化學(xué)門控的指定轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑［27］，其中關(guān)鍵機(jī)械傳感元件包括遠(yuǎn)端葉片上的2 個(gè)細(xì)胞外環(huán)路L15-16（TM15-16）和L19-20 （TM19-20），以及細(xì)胞內(nèi)近端梁結(jié)構(gòu)上的2 個(gè)氨基酸位點(diǎn)L1342 和L1345。遠(yuǎn)端葉片結(jié)構(gòu)使局部脂質(zhì)膜被扭轉(zhuǎn)成圓頂狀，當(dāng)脂質(zhì)膜上產(chǎn)生機(jī)械刺激（包括壓縮、拉伸、剪切力、基質(zhì)剛度和基底納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等［28］），橫向膜張力促使Piezo1的形狀向著兩邊的平面結(jié)構(gòu)發(fā)生可逆的變形［29］，在梁的作用下，中心孔道被打開，允許陽(yáng)離子選擇性跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)（如：K+、Na+、Ca2+、Cs+、Ba2+、Mg2+、四甲基銨、四乙基銨［30］），最終完成整個(gè)機(jī)械傳導(dǎo)激活的過程。

事實(shí)上，Piezo1的激活還有一部分是依靠細(xì)胞骨架的拖拽，誘導(dǎo)中心孔道構(gòu)象發(fā)生變化。但是細(xì)胞骨架對(duì)Piezo1 門控是具有一定機(jī)械保護(hù)作用的，使通道在某些機(jī)械刺激的情況下更難打開［31］。

化學(xué)小分子Yoda1 作為Piezo1 的特異性激動(dòng)劑，能影響其機(jī)械誘導(dǎo)反應(yīng)的敏感性和失活動(dòng)力學(xué)，但是在沒有機(jī)械刺激的情況下，Yoda1只能引起Piezo1 的激活［32］。已有研究表示，Yoda1 可以Piezo1依賴性的方式模擬流體剪切應(yīng)力對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的誘導(dǎo)激活［14］。Jedi1/2 是Piezo1 的另一種特異性激動(dòng)劑，與Yoda1相比它們有著更為快速的激活和快速可逆性，說明它們兩者有著不同的激活機(jī)制，Jedi1/2在激活Piezo1過程中作用于上游的葉片，而Yoda1作用于下游的梁［27］。

此外，研究發(fā)現(xiàn)Piezo1 還可以通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的作用來調(diào)控激活。Stomatin 樣蛋白3（Stomatin-like protein-3，STOML3）可與Piezo1 發(fā)生相互作用，使Piezo1中的機(jī)械感應(yīng)電流增加，提高了該MS 離子通道的機(jī)械敏感性［33］。肌漿/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP 酶（sarcoplasmic/endoplasmic-reticulum Ca2+-ATPase， SERCA）家族可以作用于由14個(gè)殘基組成用于連接孔道區(qū)模塊和機(jī)械傳感模塊的細(xì)胞內(nèi)連接體，使接頭發(fā)生突變從而抑制Piezo1［34］。

2 Piezo1在纖維化疾病中的作用

在纖維化疾病發(fā)生和發(fā)展機(jī)制的研究過程中，多種信號(hào)激活途徑備受關(guān)注。例如，c-Jun 氨基端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）［35］、血小板衍生生長(zhǎng)因子/血小板衍生生長(zhǎng)因子受體（plateletderived growth factor/platelet-derived growth factor receptor，PDGF/PDGFR）［36］、磷酯酰肌醇3 激酶/蛋白激酶B （phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B，PI3K/PKB；別名PI3K/Akt）［37］、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β/Smad（transforming growth factor-β/Smad，TGF-β/Smad）［38］、腺苷酸活化蛋白激酶（AMPactivated proteinkinase，AMPK）［39］等。近年來，越來越多的研究表明，Piezo1離子通道與纖維化疾病的發(fā)生有關(guān)，并且不斷推進(jìn)著纖維化疾病病程的發(fā)展，形成異常的機(jī)械反饋回路（圖3）。

Fig.3 Mechanism of Piezo1 mediating the pathogenesis and progression of fibrotic diseases圖3 Piezo1介導(dǎo)纖維化疾病發(fā)生與發(fā)展的機(jī)制

2.1 Piezo1與心肌纖維化

心臟細(xì)胞所處的機(jī)械環(huán)境隨著心臟的跳動(dòng)在不斷發(fā)生變化，當(dāng)疾病出現(xiàn)時(shí)，這種機(jī)械環(huán)境的變化會(huì)更加明顯。心肌纖維化，即ECM 的過度積累，發(fā)生在幾乎所有類型的心臟病中，包括心肌梗死、主動(dòng)脈狹窄、擴(kuò)張型心肌病、糖尿病心肌病和肥厚型心肌病，會(huì)嚴(yán)重?fù)p害心臟的電功能和機(jī)械功能。心臟中的纖維化有幾種形式，即血管周圍纖維化、間質(zhì)纖維化和局灶性纖維化，這種ECM 重塑增加了心律失常的風(fēng)險(xiǎn)，并可能降低泵功能［40］。心臟成纖維細(xì)胞有助于維持心肌完整性，當(dāng)心肌發(fā)生應(yīng)激或損傷后，心臟成纖維細(xì)胞可保護(hù)心臟功能，但如果病理信號(hào)的長(zhǎng)期激活不可逆地建立起來，反應(yīng)機(jī)制就會(huì)出現(xiàn)，心臟成纖維細(xì)胞就會(huì)分化為肌成纖維細(xì)胞而分泌與沉積過多的ECM。

Blythe 等［41］使用Fura-2 Ca2+熒光探針，發(fā)現(xiàn)Yoda1 能誘導(dǎo)心臟成纖維細(xì)胞中Ca2+內(nèi)流，證實(shí)了在心臟成纖維細(xì)胞中Piezo1 能夠形成MS 離子通道。然后，通過使用Yoda1 誘導(dǎo)、Piezo1 小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）的轉(zhuǎn)染和p38 絲裂原激活蛋白激酶（p38 mitogen activated protein kinases，p38 MAPK）特異性抑制劑等方式處理心臟成纖維細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)了Piezo1通過Ca2+下游的p38 MAPK 刺激白介素-6（interleukin-6，IL-6）的分泌，而IL-6 正是一種促纖維化的細(xì)胞因子。Bartoli 等［42］發(fā)現(xiàn)Piezo1 功能獲得性突變會(huì)啟動(dòng)心臟重塑，增加了Piezo1依賴的Ca2+的進(jìn)入進(jìn)而放大下游的p38 MAPK-IL-6-肌腱蛋白C（tenascin C，TNC）信號(hào)，最終造成了纖維化和心肌肥大的發(fā)生。這使Piezo1促IL-6分泌的信號(hào)回路得到了進(jìn)一步擴(kuò)增。除p38 MAPK介導(dǎo)了Piezo1促纖維化因子分泌以外，Emig等［43］還研究了其他信號(hào)分子的介入。他們?cè)谌祟惻咛ツI細(xì)胞中過表達(dá)Piezo1后，發(fā)現(xiàn)Piezo1 過表達(dá)的細(xì)胞剛度上升至0.26 kPa，是對(duì)照組的1.7 倍。為了證實(shí)Piezo1 在心肌纖維化中的作用，他們?cè)谌诵姆砍衫w維細(xì)胞系上進(jìn)行了進(jìn)一步研究。研究表明，這是由于Piezo1的過表達(dá)導(dǎo)致細(xì)胞骨架中肌動(dòng)蛋白束變粗，從而使肌動(dòng)蛋白網(wǎng)絡(luò)更有序的排列。此外，通過在不同剛度的凝膠基底上（硬凝膠剛度為軟凝膠的1.6倍）培養(yǎng)人心房成纖維細(xì)胞，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)基質(zhì)剛度變大時(shí)，Piezo1發(fā)生響應(yīng)，同時(shí)誘導(dǎo)細(xì)胞剛度變大，形成一條正反饋回路。具體激活路徑為Piezo1上調(diào)了下游分子黏著斑激酶（focal adhesion kinase，F(xiàn)AK）的表達(dá)，然后通過旁分泌的方式將IL-6 傳遞給其他細(xì)胞，因此細(xì)胞得以適應(yīng)周圍機(jī)械環(huán)境，以此發(fā)生表型改變，分泌更多膠原和ECM，進(jìn)一步加重纖維化的病程?；|(zhì)剛度能夠增強(qiáng)細(xì)胞剛度，反之細(xì)胞剛度也可能促進(jìn)基質(zhì)剛度的增強(qiáng)。已有研究表明，纖維化的肺中成纖維細(xì)胞剛度顯著大于正常肺中的成纖維細(xì)胞［44-45］，而成纖維細(xì)胞剛度的上升主要是由于α平滑肌肌動(dòng)蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）表達(dá)增加。因此細(xì)胞剛度和基質(zhì)剛度之間的相互作用都有可能包含Piezo1蛋白的參與。心臟與血管疾病密不可分，劉慧意等［46］使用自制的加壓裝置建立了高血壓模型小鼠，證實(shí)了在高靜水壓情況下Piezo1 呈依賴性上調(diào)，激活了Src 激酶，增加了纖維化相關(guān)蛋白Col1A1/3A1 和MMP-2/9 的分泌，促進(jìn)了心肌纖維化。此外高血壓引起的機(jī)械應(yīng)力變化除了靜水壓上升之外，還包括血管壁牽引力的增加，這可能也是導(dǎo)致Piezo1上調(diào)的原因之一。以上結(jié)果均表明，Piezo1的上調(diào)促進(jìn)了一系列反饋回路的信號(hào)傳遞，最終導(dǎo)致心臟成纖維細(xì)胞中促纖維化因子的生成，引起纖維化的發(fā)生。

雖然多數(shù)研究表明Piezo1與心肌纖維化的正相關(guān)關(guān)系，但是一些研究人員卻持有不一樣的觀點(diǎn)。Ploeg等［47］確定了Piezo1是心臟成纖維細(xì)胞中拉伸誘導(dǎo)的腦鈉肽（brain natriuretic peptide，BNP）表達(dá)以及其他重塑基因的關(guān)鍵介導(dǎo)蛋白。除此之外，重組BNP抑制了心肌成纖維細(xì)胞中TGF-β1誘導(dǎo)的Acta2 表達(dá)，起到了抗纖維化的作用。Jiang 等［48］證實(shí)了Piezo1通道可受心肌細(xì)胞的機(jī)械拉伸誘導(dǎo)啟動(dòng)Ca2+內(nèi)流-Rac1-煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2 （nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase， NOX2） - 活 性 氧 （reactive oxygen species，ROS） -Ca2+火花信號(hào)通路。將小鼠的Piezo1條件性敲除或過表達(dá)后，再對(duì)其左心室進(jìn)行切片和Masson 染色。結(jié)果一致顯示，實(shí)驗(yàn)組有著明顯的肌間纖維化，膠原蛋白含量大約為0.3%，而對(duì)照組的膠原蛋白含量約為0.1%，表明Piezo1表達(dá)異常會(huì)導(dǎo)致心肌疾病的發(fā)展。

以上研究均表明，Piezo1廣泛分布于心肌成纖維細(xì)胞和心肌細(xì)胞，在心肌纖維化的病程中影響多種下游信號(hào)分子的表達(dá)水平，針對(duì)不同的信號(hào)分子，Piezo1起到了截然不同的調(diào)節(jié)作用（圖3a）。

2.2 Piezo1與腎纖維化

Piezo1在泌尿系統(tǒng)中廣泛分布，在許多生理功能中起著關(guān)鍵的作用，同時(shí)它也是造成泌尿系統(tǒng)中各種疾病的發(fā)生的重要因素之一［12］。腎纖維化發(fā)生在終末期慢性腎臟疾病中，病理基質(zhì)在腎小球毛細(xì)血管壁、間質(zhì)空間和小動(dòng)脈周圍的沉積可導(dǎo)致腎單位及其周圍脈管系統(tǒng)的功能性死亡［49］。

目前，腎纖維化的潛在機(jī)制尚不完全清楚。Fu等［50］將腎系膜細(xì)胞培養(yǎng)在不同剛度（（2±0.32） kPa和（50±1.57） kPa，分別對(duì)應(yīng)正常腎和硬化腎）的聚丙烯酰胺水凝膠上來模擬細(xì)胞在正常腎臟和纖維化腎臟組織上的生理和病理微環(huán)境。通過一系列條件性敲除、抑制和激活Piezo1蛋白的實(shí)驗(yàn)，確定了由基質(zhì)剛度而觸發(fā)的一條信號(hào)通路，即Piezo1-p38 MAPK-Yes 相 關(guān) 蛋 白 （yes-associated protein，YAP）核易位。為了進(jìn)一步確認(rèn)該信號(hào)通路在腎纖維化的作用，研究人員對(duì)小鼠進(jìn)行單側(cè)輸尿管梗阻建立了腎纖維化的動(dòng)物模型，檢測(cè)肌成纖維細(xì)胞蛋白標(biāo)志物α-SMA 和ECM 相關(guān)蛋白質(zhì)的表達(dá)情況，最終證實(shí)機(jī)械刺激激活該通路并促進(jìn)了腎系膜細(xì)胞過度分泌ECM，進(jìn)一步加重腎纖維化，形成異常反饋回路。Zhao等［51］同時(shí)采用單側(cè)輸尿管梗阻和注射葉酸兩種方法誘導(dǎo)小鼠腎纖維化的發(fā)生，通過抑制和激活，確認(rèn)了Piezo1與腎纖維化之間的必然關(guān)系。使用機(jī)械拉伸、壓縮或基質(zhì)剛度這些機(jī)械力分別刺激人腎皮質(zhì)近曲小管上皮細(xì)胞（HK2 cells）和小鼠近端小管細(xì)胞（mouse kidney proximal tubular cells，mPTCs）來研究Piezo1活化進(jìn)而促纖維化發(fā)生的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)Piezo1的抑制可緩解TGF-β 1 所導(dǎo)致的纖維化表型改變。同時(shí)，Piezo1 的開放導(dǎo)致人腎皮質(zhì)近曲小管上皮細(xì)胞Ca2+內(nèi)流誘導(dǎo)鈣蛋白酶2（calpain2）的激活，最終使得下游的踝蛋白1（talin1）斷裂和整合素β1（integrin β1）上調(diào)，亦造成了ECM 的過度沉積，引發(fā)早期纖維化事件（圖3b）。

除了研究泌尿系統(tǒng)內(nèi)細(xì)胞中的Piezo1對(duì)腎纖維化的作用之外，還有研究人員將免疫系統(tǒng)-Piezo1-腎纖維化三者之間的正反饋關(guān)系建立了起來。He等［52］建立了髓系細(xì)胞中條件性敲除Pizeo1 特異性基因工程小鼠模型，并誘導(dǎo)腎纖維化研究Piezo1在腎纖維化中調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的作用。結(jié)果顯示，髓樣Piezo1 缺失小鼠可以通過C-C 基序趨化因子配體2（C-C motif chemokine ligand，CCL2）、C-C 基序趨化 因 子 受 體2 （C-C motif chemokine receptors，CCR2）通路和Notch 信號(hào)級(jí)聯(lián)減少巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)，減輕炎癥反應(yīng)，最終保護(hù)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT） 引起的腎纖維化。此外，該小組成員還發(fā)現(xiàn)了在巨噬細(xì)胞中鈣蛋白酶為Piezo1的下游分子，該信號(hào)分子同樣介導(dǎo)了腎纖維化中的炎癥反應(yīng)。

總之，Piezo1在腎纖維化的發(fā)生發(fā)展和炎癥反應(yīng)中起著重要的作用，阻斷Piezo1的信號(hào)傳遞可能可以緩解腎纖維化的病理進(jìn)程（圖3c）。

2.3 Piezo1與胰腺纖維化

胰腺纖維化是慢性胰腺炎和胰腺癌的主要特征。胰腺星狀細(xì)胞（pancreatic stellate cells，PSCs）在胰腺纖維化的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。在炎癥發(fā)生時(shí)，PSCs 出現(xiàn)肌纖維蛋白樣表型，并分泌大量ECM分子，損害胰腺的正常功能［53］。

胰腺炎可由Piezo1活化所導(dǎo)致的Ca2+內(nèi)流而引起，然而Piezo1 離子通道的開啟只會(huì)造成短暫的Ca2+內(nèi)流，不足以引起胰腺炎，甚至是胰臟纖維化。Swain 等［54］發(fā)現(xiàn)，在胰腺腺泡細(xì)胞中化學(xué)或物理刺激Piezo1活化所致的Ca2+超載介導(dǎo)了線粒體功能障礙和胰腺內(nèi)胰蛋白酶原激活，這與過量膽囊收縮素刺激下的現(xiàn)象類似。他們通過導(dǎo)管結(jié)扎誘導(dǎo)的胰腺炎小鼠模型，最終證實(shí)了瞬時(shí)受體電位香草酸亞家族4 （transient receptor potential vanilloid subfamily 4，TRPV4）在Piezo1介導(dǎo)的胰腺炎中的關(guān)鍵作用。于是他們提出假設(shè)，即高血管壓力導(dǎo)致Piezo1開啟，Ca2+短暫內(nèi)流激活了TRPV4，引起了繼發(fā)性、持續(xù)的Ca2+內(nèi)流。2022年，他們證實(shí)了這一假設(shè)［55］，并且通過化學(xué)和物理刺激在PSCs中發(fā)現(xiàn)了核周脂肪滴減少，TGF-β1、纖連蛋白和I型膠原表達(dá)增加，明確地將Piezo1與胰腺纖維化聯(lián)系了起來（圖3d）。

Piezo1 的激活有一部分是依靠細(xì)胞骨架的拖拽，而在不同外界條件下，細(xì)胞骨架的行為可能會(huì)發(fā)生改變。Kuntze 等［56］研究表明，根據(jù)細(xì)胞內(nèi)外pH，PSCs 中的Piezo1 可與細(xì)胞骨架密切配合發(fā)生細(xì)胞行為。在生理pH下，Yoda1作用下Ca2+內(nèi)流激活的PSCs改變細(xì)胞骨架，可向周圍ECM傳遞更多的力，導(dǎo)致ECM 的牽引力增加。在酸性條件下，Piezo1 的激活導(dǎo)致PSCs 球體破壞的同時(shí)也限制了細(xì)胞的活力，這使纖維組織在對(duì)PSCs 施加大量應(yīng)力時(shí)，PSCs 不會(huì)發(fā)生死亡反而順利遷移，加重了纖維化間質(zhì)的沉積和胰腺導(dǎo)管腺癌的病理進(jìn)程。

這些發(fā)現(xiàn)支持了一種通過阻斷Piezo1通道來預(yù)防或治療胰腺纖維化的可能策略，提示了一個(gè)新的治療靶點(diǎn)。

2.4 Piezo1與肝纖維化

肝纖維化是因?yàn)橹虏∫蜃訉?dǎo)致肝臟損傷，肝臟結(jié)締組織異常增生而引起的一種病變。肝纖維化的病因包括乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒感染、膽道梗阻、酒精性肝病、非酒精性脂肪性肝炎和藥物性肝損傷等［57］。肝纖維化到晚期可發(fā)展成肝硬化、肝功能衰竭和肝癌［58］。肝星狀細(xì)胞（hepatic stellate cells，HSCs）的活化是肝纖維化發(fā)生和發(fā)展中的一個(gè)重要事件。

Hilscher 等［59］對(duì)肝竇內(nèi)皮細(xì)胞施加拉伸作用力，發(fā)現(xiàn)Piezo1可與Notch受體結(jié)合發(fā)生相互作用導(dǎo)致下游轉(zhuǎn)錄因子Hes1 和Hey1 的產(chǎn)生，增加了C-X-C 趨 化 因子 配體1 （C-X-C motif chemokine ligand，CXCL1）的表達(dá)，從而招募中性粒細(xì)胞，誘導(dǎo)竇性血栓形成，促進(jìn)門靜脈高壓。在長(zhǎng)時(shí)間的門靜脈高壓作用下即可驅(qū)動(dòng)纖維化的發(fā)生。肝細(xì)胞內(nèi)Ca2+增加觸發(fā)的肌動(dòng)球蛋白收縮作用，可使膽汁沿著膽管不斷推進(jìn)，Gupta 等［60］使用基于熒光的Ca2+指示器鈣黃綠素乙酰氧基甲酯（calcein acetoxymethyl ester，calcein-AM）、Fluo-4和Fluo-8發(fā)現(xiàn)了Ca2+在膽管中富集，并通過SiR-Actin 染色排除了其內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的來源。然后使用Ca2+傳感器GCaMP 追蹤，發(fā)現(xiàn)膽管內(nèi)Ca2+的消耗和肝細(xì)胞中產(chǎn)生的Ca2+波都與膽管收縮有關(guān)。通過4種離子通道的亞細(xì)胞定位成像以及活化和抑制，最終證實(shí)Piezo1 可促進(jìn)Ca2+從膽管向相鄰的肝細(xì)胞循環(huán)轉(zhuǎn)移，在調(diào)節(jié)膽管收縮周期中起著重要的作用。當(dāng)Piezo1的活性被抑制時(shí)，即可導(dǎo)致膽汁淤積，長(zhǎng)期持續(xù)的膽汁淤積將進(jìn)展為肝纖維化甚至肝硬化。Zhu 等［61］表明，條件性敲除Piezo1 會(huì)下調(diào)上皮標(biāo)志物（鈣黏蛋白E）和間充質(zhì)標(biāo)志物（神經(jīng)鈣黏素和波形纖維蛋白），阻礙膽管癌細(xì)胞的EMT，而機(jī)械刺激會(huì)使Piezo1通過Hippo/YAP信號(hào)軸靶向上調(diào)下游基因使膽管癌細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)移，加速膽管癌的病程。此外，膽管癌導(dǎo)致的膽汁淤積同樣會(huì)進(jìn)展為肝纖維化。

目前，有關(guān)Piezo1 在肝纖維化疾病中尤其是HSCs 活化的具體作用機(jī)理尚不明確。然而，根據(jù)現(xiàn)有的Piezo1在肝門靜脈和膽管發(fā)病機(jī)制方面的研究，有可能找到一個(gè)預(yù)防和治療肝纖維化的新方向。

2.5 Piezo1與其他纖維化疾病

除了心肌、腎、胰腺和肝纖維化疾病之外，還有一些研究表明Piezo1與其他纖維化疾病的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。Solis等［62］研究表明，巨噬細(xì)胞在周期性靜水壓的刺激下啟動(dòng)Piezo1 通道，Ca2+內(nèi)流驅(qū)動(dòng)c-JUN的激活和內(nèi)皮素1（endothelin-1，EDN1）的轉(zhuǎn)錄上調(diào)，EDN1 反過來穩(wěn)定缺氧誘導(dǎo)因子1α（hypoxia inducible factor 1α，HIF-1α），促進(jìn)了IL-1β、環(huán)加氧酶2（prostaglandin endoperoxide synthase 2，PTGS2）和CXCL10等促炎性細(xì)胞因子強(qiáng)效且持續(xù)的轉(zhuǎn)錄。然而，在Piezo1條件性敲除后，浸潤(rùn)單核細(xì)胞可通過循環(huán)力募集中性粒細(xì)胞，清除經(jīng)EDN1感染的肺部銅綠假單胞菌，以此減少炎癥。使用博萊霉素誘導(dǎo)小鼠肺纖維化，發(fā)現(xiàn)Piezo1條件性敲除的小鼠在進(jìn)行博萊霉素治療時(shí)，產(chǎn)生的EDN1 更少，證明肺纖維化等自身炎癥過程中，Piezo1在驅(qū)動(dòng)病理方面發(fā)揮重要的生理作用（圖3c）。Huang等［63］通過干擾Piezo1 部分逆轉(zhuǎn)了由輻射而誘發(fā)的EMT，抑制了大鼠肺泡II 型上皮細(xì)胞和RLE-6TN細(xì)胞系中TGF-β1、神經(jīng)鈣黏素、波形纖維蛋白、纖連蛋白和α-SMA 表達(dá)上調(diào)，采用免疫組化、蛋白質(zhì)免疫印跡等實(shí)驗(yàn)，確定了Piezo1-Ca2+-HIF-1α-TGFβ1這條正反饋回路。He等［19］發(fā)現(xiàn)，在肥厚性瘢痕組織的肌成纖維細(xì)胞中Piezo1過表達(dá)。通過周期性拉伸刺激上調(diào)了人真皮成纖維細(xì)胞中Piezo1的表達(dá)水平。反之，抑制或條件性敲除Piezo1 后α-SMA 的表達(dá)明顯更低，膠原密度減弱，抑制了過度瘢痕的形成。Mora 等［20］對(duì)前脂肪細(xì)胞使用Yoda1激動(dòng)劑，與對(duì)照組相比減少了33%的脂肪生成，而在Piezo1條件性敲除的細(xì)胞中，Yoda1的抗脂肪生成作用被逆轉(zhuǎn)。該研究結(jié)果提示，通過該機(jī)制，脂肪細(xì)胞數(shù)量減少，從而可以最大限度地減少血管活性脂肪因子的分泌，增強(qiáng)高血壓對(duì)血管周圍脂肪組織的促纖維化作用。

上述研究均表明，Piezo1離子通道可以對(duì)多種纖維化疾病的發(fā)生和發(fā)展起著直接或間接的作用。

3 總結(jié)與展望

綜上所述，MS 離子通道Piezo1 在心、腎、胰和肝等多種器官纖維化疾病的發(fā)生與發(fā)展中起著重要的作用。在心肌纖維化中，Piezo1 與p38 MAPK、IL-6、FAK、BNP 和NOX2 等下游分子交互作用形成了復(fù)雜的信號(hào)通路［41-42，47-48］。在腎纖維化中，Piezo1 與p38 MAPK、YAP、整合素β1 和Notch 等信號(hào)分子有關(guān)［50-52］。在胰臟纖維化中，Piezo1在TRPV4的輔助作用下，使TGF-β1這樣的促纖維化因子持續(xù)表達(dá)上調(diào)［54-55］。雖然還沒有證據(jù)表明Piezo1直接導(dǎo)致了肝纖維化的出現(xiàn)，但有關(guān)Piezo1在膽管與肝臟其他疾病的異常表達(dá)也可能為此提供一個(gè)新的研究啟示。此外，在腎、肝和肺纖維化中，研究還發(fā)現(xiàn)Piezo1 與免疫系統(tǒng)之間的聯(lián)系［52，59，62］，Piezo1 的上調(diào)會(huì)導(dǎo)致巨噬細(xì)胞等炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)，增強(qiáng)促炎因子的持續(xù)轉(zhuǎn)錄，使局部炎癥不斷發(fā)生，間接促進(jìn)了纖維化的發(fā)生與發(fā)展。反之，Piezo1的條件性敲除可能會(huì)促使單核細(xì)胞對(duì)中性粒細(xì)胞的招募，這對(duì)于由細(xì)菌引發(fā)的炎癥反應(yīng)將起到明顯的減輕作用，同時(shí)纖維化就會(huì)得到緩解。然而，在肝纖維化中，Piezo1 可與Notch 受體相結(jié)合增強(qiáng)對(duì)中性粒細(xì)胞的招募，從而形成血栓，提高血壓，對(duì)纖維化疾病造成不利的影響。因此免疫系統(tǒng)-Piezo1-纖維化之間的關(guān)系是復(fù)雜的，仍需要進(jìn)一步探索。

雖然有關(guān)Piezo1的深層機(jī)制仍不清楚，但是它依然在抗纖維化治療上擁有許多潛在的價(jià)值。一方面，由于Piezo1具有獨(dú)特的生物化學(xué)特征，并且在大多數(shù)纖維化疾病中表達(dá)上調(diào)，因此Piezo1可能可以成為一項(xiàng)纖維化疾病的診斷指標(biāo)，使人們?cè)谠缙谀軌虬盐詹∏榧皶r(shí)治療。此外，它也有可能作為其他纖維化疾病治療方法的療效的一項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)。另一方面，Piezo1有可能作為藥理靶點(diǎn)來治療相關(guān)纖維化疾病。目前，市面上暫時(shí)還沒有有關(guān)Piezo1的靶向治療纖維化疾病的藥物，但是其特異性激動(dòng)劑Yoda、Jedi1/2 和特異性抑制劑GsMTx4［64］，可以為新藥物的開發(fā)提供線索。此外，在心肌梗死中，有一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了血漿中的miR-103a 能靶向作用于Piezo1并抑制其表達(dá)［65］，這為靶向受體-配體相互作用來調(diào)節(jié)Piezo1提供新的思路。中醫(yī)藥在治療多種疾病方面的效果得到了廣泛認(rèn)可。Liu 等［66］發(fā)現(xiàn)，在市面上已有的血栓通可以靶向抑制Piezo1從而減少血小板的聚集，緩解血栓的形成。血栓通中含有三七根的提取物，因此，還可以從中醫(yī)的角度來靶向治療Piezo1引起的纖維化疾病。然而，由于Piezo1參與的組織生理學(xué)功能非常復(fù)雜，Piezo1的藥理學(xué)研究受到了很大的限制。比如，在心臟成纖維細(xì)胞中，Piezo1 可以促進(jìn)BNP 的生成［47］，而BNP 能抑制TGF-β1 活化，起著抗纖維化的作用。同時(shí)，Piezo1 介導(dǎo)p38 MAPK、FAK 和Src 激酶等下游分子［41-43，46］，上調(diào)促纖維化基因的表達(dá)。因此，單純的Piezo1抑制在心肌纖維化疾病的治療受限。另外，Piezo1靶向藥物的使用還有可能導(dǎo)致其他疾病的發(fā)生，所以未來如何安全又有效地使用Piezo1藥物靶向方法來治療不同的纖維化疾病還有很長(zhǎng)一段路要走?？傊?，對(duì)Piezo1在纖維化疾病中的機(jī)制不斷探索，能夠?yàn)槔w維化疾病的治療提供更多、更清晰的新思路。