平滑肌细胞 Piezo1 缺失对小鼠小肠收缩功能的影响及机制探究

为探究 Piezo1 对小肠功能的影响，研究人员敲除小鼠平滑肌细胞 Piezo1，发现其影响肠道运动等，意义重大。

　　在人体的消化系统中，小肠就像一台精密的 “营养加工厂”，有条不紊地进行着食物的消化和营养吸收工作。这一过程离不开肠道肌肉的协调收缩，而其中的奥秘就藏在各种细胞和分子的相互作用之中。在这个微观的 “工厂” 里，有一群关键的 “工人”—— 肠道肌层细胞（IMCs），包括平滑肌细胞（SMCs）、Cajal 间质细胞（ICC）和 Pdgfrα⁺细胞，它们共同组成了 SIP 合胞体，对胃肠道的收缩起着至关重要的作用。然而，长期以来，SIP 合胞体感知机械力的分子机制却如同蒙着一层神秘的面纱，让科学家们困惑不已。

Piezo1 作为一种机械敏感性阳离子通道，广泛存在于肠道的各种细胞中，似乎掌握着解开这一谜团的关键钥匙。但目前，人们对它在胃肠道运动机械感知中的具体功能知之甚少。为了深入了解这一神秘分子的作用，来自美国加利福尼亚大学洛杉矶分校等机构的研究人员展开了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Communications Biology》上。

研究人员为了探究 Piezo1 在小肠平滑肌细胞中的功能，采用了多种先进的技术方法。首先，通过基因编辑构建了平滑肌细胞特异性 Piezo1 敲除小鼠模型（Piezo1^ΔSMC），利用他莫昔芬（Tam）诱导 Cre 重组酶，实现对目标基因的精准敲除。然后，运用蛋白质免疫印迹（Western blot）、实时荧光定量聚合酶链式反应（RT-qPCR）等技术，对基因和蛋白的表达水平进行检测。同时，借助多线肌电图技术，对离体的小肠肠段进行收缩功能分析，以评估 Piezo1 缺失对肠道收缩特性的影响。此外，研究人员还建立了体外 IMC 共培养体系，结合温度敏感型拉伸诱导水凝胶支架，研究细胞内 Ca²⁺通量的变化。

研究结果如下：

• 诱导性敲除肠平滑肌细胞中的 Piezo1：成功构建了 Piezo1^ΔSMC小鼠模型，经检测，在给予 Tam 后，小鼠肠道平滑肌层中 Piezo1 的 DNA、mRNA 和蛋白质表达均显著降低，同时发现 Piezo2 的 mRNA 表达在小肠肌层有所增加。
• SMC 特异性缺失 Piezo1 导致体重减轻和全肠运输受损：Piezo1^ΔSMC小鼠在 Tam 诱导 14 天后开始出现体重减轻的现象，且全肠运输时间显著延长，粪便颗粒数量减少，食物摄入量也低于对照组小鼠。
• SMC 中 Piezo1 缺失导致小肠离体收缩功能受损：对离体小肠肠段的等长力评估显示，Piezo1^ΔSMC小鼠的收缩幅度、曲线下面积（AUC）减小，收缩持续时间缩短，收缩间期延长且更不规则。在使用 Cav1.2 抑制剂尼卡地平后，Piezo1^ΔSMC小鼠肠段的收缩幅度下降更为明显，表明 Piezo1 可调节肠道收缩的强度和模式。
• Piezo1 缺失的 SMC 改变小肠组织特性：Piezo1^ΔSMC小鼠的小肠在被动张力和最大收缩力方面均低于对照组，且松弛速率更快。添加河豚毒素（TTX）或 L-NNA/ODQ 后，虽然不影响长度 - 张力关系的方向性，但会减小两组之间的力降低差异，提示肠神经系统（ENS）与 Piezo1 在 SMCs 中的功能存在复杂关系。
• SMC 特异性缺失 Piezo1 损害共培养 IMC 中的 Ca²⁺通量：在体外 IMC 共培养实验中，Piezo1^ΔSMC小鼠的 IMC 表现出不规则的 Ca²⁺通量，且频率显著降低，在拉伸刺激下 Ca²⁺通量进一步下降。而 Piezo1 激动剂 Yoda1 可增加 Piezo1^WT IMC 的 Ca²⁺通量频率，但无法恢复 Piezo1^ΔSMC IMC 的 Ca²⁺通量，表明 Piezo1 对拉伸诱导的 Ca²⁺刺激至关重要，但在胆碱能和血清素能激活 Ca²⁺通量方面并非必需。
• SMC 中 Piezo1 缺失导致小肠外肌层的形态和细胞变化：组织学检查发现，Piezo1^ΔSMC小鼠的小肠肌层明显变薄，SMCs 密度显著降低，但凋亡标记物激活的裂解半胱天冬酶 3（CC3）表达与对照组相似。同时，ICC、Pdgfrα⁺细胞和神经胶质细胞的密度略有增加，神经元数量也有所增多。
• Piezo1 在肠道平滑肌细胞中独特地定位于细胞内：通过高分辨率共聚焦成像发现，Piezo1 主要定位于肠道平滑肌细胞的细胞内，而非细胞膜，且与肌浆网（SR）上的通道蛋白共定位。
• Piezo1 缺失的 SMC 改变已知的肠道运动调节因子的表达：qPCR 和免疫荧光染色结果显示，Piezo1 缺失影响了其他与 Ca²⁺相关通道的表达和定位，如 Orai1、Orai3、Trpc4 的表达降低，而 Cav1.2 和 Ano1 的表达增加。
• SMC 中 Piezo1 缺失损害对卡巴胆碱的反应：等长力评估表明，卡巴胆碱可使 Piezo1^WT小鼠的主动张力迅速增加，但在 Piezo1^ΔSMC小鼠中，这种张力增加的效应显著减弱，这与 Piezo1 缺失后 IP3R 表达下降一致。

研究结论与讨论：
本研究揭示了 Piezo1 在调节小肠平滑肌细胞功能和肠道运动方面起着关键作用。Piezo1 缺失导致肠道运输延迟、体重减轻、肌层变薄、收缩模式和强度改变、离子通道表达失调等一系列变化。与其他平滑肌细胞特异性敲除模型不同，Piezo1^ΔSMC小鼠表现出相对温和的表型，这表明 Piezo1 在肠道稳态中具有更为微妙的作用。

Piezo1 主要定位于细胞内，与 SR/ER 上的通道共定位，这提示其在调节细胞内 Ca²⁺动态平衡中发挥重要作用。其可能通过触发 Ca²⁺诱导的 Ca²⁺释放（CICR），促进协同门控和信号放大，从而影响平滑肌细胞在 SIP 合胞体中的功能。然而，本研究也存在一些局限性，如使用的 Myh11-CreERT 模型限制了对性别差异的研究，体外研究与体内实验的年龄差异可能影响结果的相关性等。

尽管如此，这项研究为深入理解 Piezo1 在肠道生理学中的复杂作用提供了重要依据，强调了机械敏感性离子通道在胃肠道生理中的重要性，为未来研究胃肠道运动障碍相关疾病的发病机制和潜在治疗靶点提供了新的方向。