一般认为成人大脑活动受化学和电传导机制支配。然而，由机械门控离子通道介导的机械传导在脑功能中的重要性却鲜为人知。
2022年8月12日，清华大学肖百龙团队在Neuron 在线发表题为“Astrocytic Piezo1-mediated mechanotransduction determines adult neurogenesis and cognitive functions”的研究论文，该研究表明机械门控 Piezo1 通道在星形胶质细胞的探索过程中表达，并利用其机械敏感性来介导机械诱发的 Ca2+ 反应和 ATP 释放，从而在星形胶质细胞中建立 Piezo1 介导的机械化学转导。
星形胶质细胞中的 Piezo1 缺失导致海马体积和脑重量显著减少，并在体内严重损害（但 ATP 可挽救）成人神经发生，并在体外消除神经干细胞 (NSC) 增殖的 ATP 依赖性增强。 Piezo1 缺陷小鼠的海马长程增强 (LTP) ，学习和记忆行为受损。相比之下，星形胶质细胞中 Piezo1 的过表达足以增强机械转导、LTP 以及学习和记忆性能。因此，星形胶质细胞利用 Piezo1 介导的机械转导机制来强有力地调节成人神经发生和认知功能，从概念上强调机械转导在大脑结构和功能中的重要性。
成人大脑活动，如海马神经发生和认知行为，通常被认为分别由化学受体、配体门控和电压门控离子通道介导的化学和电转导机制主导。相比之下，中枢神经系统中机械门控离子通道介导的机械转导的参与和重要性相对较少。例如，成人海马神经发生受限于海马齿状回 (DG) 的颗粒下区 (SGZ) 的特殊神经原生态位，其中神经干细胞 (NSC) 的维持、增殖和神经干细胞 (NSC) 的命运选择是由不同的细胞类型以及局部化学和机械线索协调的。众所周知，NSCs 利用不同类别的信号受体来响应由 NSCs 本身或其他生态位构成细胞类型（如星形胶质细胞）产生的各种化学信号。另一方面，对由生态位细胞、血管和细胞外基质组成的独特机械环境作出反应的细胞类型和分子受体仍然知之甚少。星形胶质细胞是存在于整个大脑中并介导发育、生理和病理过程的形态复杂的细胞。例如，星形胶质细胞是海马生态位细胞的主要类型，促进体外共培养的 NSCs 的增殖和神经元命运承诺，这可能取决于分泌的神经源性因子。然而，指导海马星形胶质细胞促进神经发生的关键生态位线索仍不清楚。星形胶质细胞具有丰富的精细过程的特征形态，这可能使它们不仅可以探索生态位空间，还可以与其他生态位构成成分形成直接相互作用，包括 NSC 本身、血管和神经元的突触。此外，星形胶质细胞在其探索过程中表现出自发发生、高度局部化和异质的 Ca2+ 瞬变，独立于神经元spiking、代谢型谷氨酸受体活性、三磷酸肌醇 (IP3) 受体、电压门控 Ca2+ 通道、TRPA1 通道和储存操作的 Ca2+ 释放激活的 Ca2+ 通道。这些观察表明，除了正常均匀分布的化学和电信号之外，非均匀分布的信号可能与激活负责自发 Ca2+ 瞬变的尚未确定的 Ca2+ 可渗透离子通道相关。除了对化学信号作出反应外，星形胶质细胞还表现出机械敏感的阳离子电流、Ca2+ 反应和机械刺激后的 ATP 释放，但负责的机械门控阳离子通道仍然未知。
文章模式图（图源自Neuron ）
真正的机械门控压电通道家族的开创性发现和建立，包括哺乳动物中的 Piezo1 和 Piezo2，极大地促进了对哺乳动物机械传导机制的生理重要性和分子原理的理解。鉴于除了机械力之外，没有牢固建立内源性化学物质或物理刺激来激活 Piezo1 或 Piezo2，因此 Piezos 被认为是完全专业化的机械传感器，用于介导多种细胞类型中的多功能机械转导。因此，研究人员假设星形胶质细胞可能利用压电通道作为指定的机械传感器来探索大脑机械环境，从而调节成人大脑活动，如海马神经发生和认知行为。该研究表明机械门控 Piezo1 通道在星形胶质细胞的探索过程中表达，并利用其机械敏感性来介导机械诱发的 Ca2+ 反应和 ATP 释放，从而在星形胶质细胞中建立 Piezo1 介导的机械化学转导。星形胶质细胞中的 Piezo1 缺失导致海马体积和脑重量显著减少，并在体内严重损害（但 ATP 可挽救）成人神经发生，并在体外消除神经干细胞 (NSC) 增殖的 ATP 依赖性增强。 Piezo1 缺陷小鼠的海马长程增强 (LTP) ，学习和记忆行为受损。相比之下，星形胶质细胞中 Piezo1 的过表达足以增强机械转导、LTP 以及学习和记忆性能。因此，星形胶质细胞利用 Piezo1 介导的机械转导机制来强有力地调节成人神经发生和认知功能，从概念上强调机械转导在大脑结构和功能中的重要性。
参考消息：https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(22)00655-9#%20
