综述：关于机械敏感性Piezo1通道及其信号传导机制在中枢神经系统（CNS）功能与疾病中所起作用的见解

《NEUROSCIENCE AND BIOBEHAVIORAL REVIEWS》：Insights into the role of the mechanosensitive Piezo1 channel and signaling mechanisms in CNS functions and diseases

本文综述了Piezo1通道在CNS中的广泛分布及其介导机械信号转导至化学和电信号的关键作用，探讨其在神经发生、轴突再生、脑损伤修复及神经退行性疾病中的机制，并指出未来研究方向。

　　

莫章|葛莹莹|左旺|李慧|王桂林|张月|王霞|侯慧芳|李萌|魏琳瑜|孟东丽|卢旺|盛海燕|尹亚玲|莎里法·阿拉维耶亚·赛义德·莫塔扎|塞巴斯蒂安·罗杰|李静|冯仁|姜林华

河南省人民医院生理学与病理生理学系，中英脑功能与损伤联合实验室，中国新乡

摘要

机械敏感的Piezo1通道在中枢神经系统（CNS）中广泛分布，表达于神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞、神经干细胞及前体细胞、视网膜神经节细胞和光感受器细胞，以及神经血管和淋巴内皮细胞中，这表明Piezo1通道在中枢神经系统生理和疾病中起着重要作用。近期研究表明，Piezo1通道在介导或调节多种中枢神经系统功能方面发挥着关键作用，这些功能包括大脑发育、突触功能、神经发生、轴突（再生）、轴突导向、星形胶质细胞-神经元通讯、轴突髓鞘形成、免疫反应、脑血管重塑以及脑脊液引流等。越来越多的证据表明，Piezo1通道在多种致残性中枢神经系统疾病的发病机制和进展中也起着关键作用，例如脊髓损伤、中风及相关缺血/再灌注性脑损伤、神经退行性疾病和年龄相关性黄斑变性。本文全面总结了目前对Piezo1通道在中枢神经系统功能及疾病中作用和机制的理解，并强调了尚未解决的问题，同时将Piezo1通道视为干预中枢神经系统损伤和疾病的潜在治疗靶点。

引言

中枢神经系统（CNS）由脊髓和大脑组成，通过其中包含的各种细胞的协同作用来控制身体的关键功能。神经元是CNS的主要组成部分，它们构成了复杂而紧密连接的神经网络或回路，负责接收、处理、存储、检索、转发和传递信息。非神经元细胞（主要包括星形胶质细胞、少突胶质细胞和小胶质细胞）在提供发育支持、代谢支持以及结构支持方面至关重要，这些支持有助于维持CNS的稳态，促进神经元功能，并保护CNS免受损伤和感染（Allen和Lyons，2018；Russo和McGavern，2015）。CNS组织，尤其是大脑，是人体中最柔软的组织之一。然而，其机械特性会随着发育、衰老、损伤和疾病而发生动态变化，更重要的是，越来越多的证据表明，这些变化可以通过机械感应机制转化为化学和电信号，从而调节神经元和非神经元细胞的功能，对CNS功能产生深远影响（Budday等人，2017；Cooper等人，2020）。此外，由神经血管内皮细胞、星形胶质细胞和周细胞构成的血脑屏障（BBB）是保护大脑的关键结构机制，而脑膜淋巴管（mLVs）作为淋巴系统的一部分，对脑脊液（CSF）的引流至关重要。最新研究表明，血液或脑脊液的流动可以调节神经血管内皮细胞和淋巴内皮细胞的功能，进而影响BBB和mLV的功能（Choi等人，2024；Liu等人，2020；Matrongolo等人，2023）。 细胞感知外部或内部机械信号的能力对其生存和功能至关重要，但支撑这种机械感应的分子机制长期以来一直存在争议。2010年发现的Piezo蛋白家族（Piezo1和Piezo2）能够形成真正的机械激活或机械敏感的离子通道，这一突破性发现彻底改变了我们对机械感应分子机制的理解（Coste等人，2010；Xiao，2024）。不出所料，由于Piezo通道蛋白在机械感应中的关键作用，其在植物、昆虫、动物以及大多数其他真核生物中都有发现，并构成了机械感应机制的核心（Coste等人，2010；Kim等人，2012；Mousavi等人，2021）。在哺乳动物中，Piezo通道在不同组织和细胞中的分布存在差异：Piezo2通道主要存在于感觉神经元中并参与机械转导，而Piezo1通道则广泛存在于体内并参与多种生理功能（Bartoli等人，2022；Kinsella等人，2024；Li等人，2014；Li等人，2019；Xiao，2024）。在中枢神经系统中，Piezo1通道既表达于神经元也表达于非神经元细胞中（Zheng等人，2023；Zong等人，2023），这表明其在中枢神经系统功能及疾病中的重要性。正如预期的那样，最新研究揭示了Piezo1通道在通过多种机械信号调节多种中枢神经系统功能中的重要作用。越来越多的证据还表明，Piezo1通道在脊髓损伤、中风、神经退行性疾病等多种严重中枢神经系统疾病的发病机制和进展中起着关键作用。本文首先简要介绍了Piezo1通道的结构、门控机制和药理特性，然后全面总结了目前关于Piezo1通道在中枢神经系统功能及疾病中作用和信号传导机制的研究进展。

Piezo1通道的结构、门控机制和药理特性

Piezo1通道最初是在Patapoutian团队的研究中被发现的，该研究显示Piezo1通道能够在小鼠神经母细胞瘤Neuro2A细胞中介导机械激活的离子电流（Coste等人，2010）。Piezo1通道对生理阳离子具有通透性，尤其是对Ca²⁺具有选择性通透性，由于其广泛的分布，已被认为是重要的机械信号诱导的Ca²⁺信号传导机制。通过分析重组到脂质双层中的通道蛋白复合物，进一步证实了这一特性。

Piezo1通道在中枢神经系统中的表达

多项研究表明，Piezo1通道或其同源蛋白在包括人类、大鼠和小鼠在内的多种物种的中枢神经系统中广泛表达。已有多项研究记录了Piezo1通道在中枢神经系统神经元（例如Guo等人，2024；Koser等人，2016；Nakazawa等人，2025；Qiu等人，2019；Song等人，2019；Wang等人，2019）、星形胶质细胞（例如Chi等人，2022；Cibelli等人，2024；Garcia等人，2023；Liu等人，2021b；Velasco-Estevez等人，2018；Velasco-Estevez等人，2020b；Wan等人）中的表达。

神经元迁移

神经元迁移是新生神经元不可或缺的能力，尤其是在发育中的大脑中。最近一项针对小脑颗粒神经元（CGNs）的研究发现，Piezo1通道在受限条件下的神经元迁移以及在大脑组织中的迁移过程中起着重要作用（图3）（Nakazawa等人，2025）。使用跨孔实验发现，用Ca²⁺螯合剂BAPTA或EDTA处理会抑制神经元通过狭窄孔道的迁移。

脊髓损伤

脊髓损伤（SCI）是一种创伤性状况，初始的急性损伤会导致脊髓组织受损，随后一系列变化会引发继发性损伤，影响脊髓功能的恢复（Hejrati和Fehlings，2021）。SCI后髓内压力升高，可能会加重继发性损伤，导致严重的神经功能缺陷。最近使用大鼠挫伤模型进行的研究表明，联合使用GsMTx-4和运动训练可以改善这种情况。

简要总结与展望

近年来，关于Piezo1通道在中枢神经系统中的广泛分布及其在生理和疾病中的作用和潜在机制的研究取得了快速进展。作为关键的机械感应和机械转导机制，Piezo1通道在感知机械变化并将其转化为化学和电信号以调节中枢神经系统功能方面发挥着重要作用。

伦理批准和参与同意

不适用。

资助

本文作者所做的原始研究得到了Wellcome Trust、Alzheimer’s Research Trust、河南省人民医院（资助LHJ）、河南省人才引进计划（G2022026006L）和河南省人才引进计划（HNGD2022067）（资助YLY），以及河南省科技研究项目（242102310333）（资助MZ）的支持。

CRediT作者贡献声明

MZ：概念化、文献分析、数据整理与展示、手稿准备与修订；YYG、ZW、HL、GLW、YZ、XW、HFH、LM、LYW、DLM、LW、SHY、YLY、SASM、SR和JL：文献分析、数据整理与讨论；RF和LHJ：监督、概念化、文献分析、数据整理与展示、手稿准备与修订。

致谢

本研究部分得到了图尔大学授予LHJ的访问教授职位的支持。我们感谢审稿人在修订过程中提供的宝贵意见。

利益冲突

所有作者均声明无利益冲突。

出版同意

所有作者均已同意发表。

主要作者信息

姜林华，中国河南省人民医院基础医学院生理学与病理生理学系生物医学科学杰出教授，同时担任图尔大学INSERM U1327 ISCHEMIA项目的访问教授。