機(jī)械敏感離子通道，又稱為機(jī)械激活離子通道，是一種能夠?qū)C(jī)械刺激轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的離子通道。這些通道廣泛存在于從細(xì)菌到人類(lèi)的各種生物細(xì)胞中，在不同生物體內(nèi)具有多樣化的生物學(xué)功能。在細(xì)菌中，它們調(diào)節(jié)滲透壓，在變化的環(huán)境中對(duì)于生存至關(guān)重要；在植物中，參與諸如氣孔調(diào)節(jié)和根部生長(zhǎng)等過(guò)程；在動(dòng)物中，則發(fā)揮作用于聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)感知、本體感覺(jué)以及胚胎發(fā)育過(guò)程。

機(jī)械激活離子通道的多樣性：

最近的研究取得了重大進(jìn)展，極大地拓展了我們對(duì)機(jī)械敏感離子通道的理解，揭示了其結(jié)構(gòu)和功能的驚人多樣性。迄今為止，已有數(shù)個(gè)離子通道家族被認(rèn)為參與了機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程：

PIEZO通道，即PIEZO1和PIEZO2，在機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中扮演重要角色，涉及觸覺(jué)、機(jī)械性超敏和血壓感知等生理過(guò)程。這些通道由三個(gè)亞基組成的大型蛋白質(zhì)構(gòu)成，其獨(dú)特結(jié)構(gòu)賦予其機(jī)械敏感功能。

MscL和MscS通道源自原核生物，對(duì)滲透壓沖擊作出反應(yīng)，允許離子和溶質(zhì)通過(guò)，防止細(xì)胞破裂。它們的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制已經(jīng)得到了深入研究，為我們理解其在細(xì)菌和植物中的功能提供了洞見(jiàn)。

K2P通道（TREK-1、TREK-2和TRAAK）具有天生的機(jī)械敏感性，能夠參與細(xì)胞對(duì)多種機(jī)械刺激的響應(yīng)，包括刺戳、腫脹和拉伸，以及對(duì)溫度和多種化學(xué)物質(zhì)的響應(yīng)。

OSCA/TMEM63通道是在植物和動(dòng)物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的兩種通道，已被證實(shí)為伸展激活離子通道，在細(xì)胞對(duì)機(jī)械壓力和滲透壓的多種反應(yīng)中發(fā)揮作用。

MET通道：位于聽(tīng)覺(jué)毛細(xì)胞中的機(jī)械電轉(zhuǎn)換（MET）通道，以TMC1和TMC2作為其孔形成亞基，對(duì)于將聲學(xué)刺激轉(zhuǎn)換為電信號(hào)至關(guān)重要，從而實(shí)現(xiàn)聽(tīng)力。

NOMPC是一種由機(jī)械激活的TRP通道，在果蠅、線蟲(chóng)和斑馬魚(yú)的機(jī)械感受器中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但在哺乳動(dòng)物中沒(méi)有同源物。

除了已經(jīng)得到證實(shí)作用的離子通道外，還有其他一些通道也被提出參與了機(jī)械感受過(guò)程，但它們的功能尚未得到充分證實(shí)。這些通道包括：

鈣離子通道DEG/ENaC和ASIC通道雖然與機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)，但在哺乳動(dòng)物中直接的機(jī)械敏感性證據(jù)仍然難以確鑿。它們?cè)谘獕焊兄吞弁锤兄冗^(guò)程中的作用表明可能具有機(jī)械敏感性功能。

瞬時(shí)受體電位（TRP）通道中，幾個(gè)家族成員參與了機(jī)械感覺(jué)過(guò)程；然而，只有NOMPC被明確證明直接由機(jī)械刺激所激活。哺乳動(dòng)物TRP通道在機(jī)械感覺(jué)中的作用，尤其是TRPV4，在間接證據(jù)支持下得到了認(rèn)可，但需要進(jìn)一步確認(rèn)。

TACAN和Elkin通道代表著最近提出的機(jī)械激活離子通道家族，并且展示出未來(lái)研究領(lǐng)域的巨大發(fā)展前景。這些渠道在機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)中確切作用仍需深入探討，突顯了該領(lǐng)域不斷發(fā)現(xiàn)新知識(shí)的過(guò)程。

這種多樣性凸顯了生命體中機(jī)械力傳導(dǎo)機(jī)制的復(fù)雜性，每個(gè)通道家族都以獨(dú)特的方式為生物體對(duì)機(jī)械力的響應(yīng)能力做出貢獻(xiàn)。隨著研究的深入，預(yù)計(jì)這些通道的功能作用將得到進(jìn)一步闡明，從而增進(jìn)我們對(duì)它們?cè)谏韺W(xué)和疾病中的貢獻(xiàn)的理解。

機(jī)械力傳導(dǎo)檢測(cè)：

研究機(jī)械激活離子通道的技術(shù)多種多樣且復(fù)雜精密，這反映了機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象的復(fù)雜性。全細(xì)胞膜片鉗技術(shù)仍然是研究機(jī)械激活通道活動(dòng)的基石，可直接測(cè)量機(jī)械刺激下的離子流。從流體剪切應(yīng)力和細(xì)胞腫脹到膜拉伸和壓痕，各種機(jī)械力施加方法模擬生理刺激，有助于闡明這些通道在細(xì)胞環(huán)境中的作用。現(xiàn)代自動(dòng)化膜片鉗平臺(tái)（Patchliner和SyncroPatch 384）現(xiàn)在允許以高通量方式同時(shí)使用機(jī)械和化學(xué)刺激來(lái)研究機(jī)械敏感離子通道。這些平臺(tái)可快速向細(xì)胞施加溶液，為在機(jī)械應(yīng)力下研究機(jī)構(gòu)敏感通道活性提供了一種可靠方法。

利用SyncroPatch 384進(jìn)行PIEZO1研究：

PIEZO1通道在感知機(jī)械力方面起著至關(guān)重要的作用，其功能障礙與多種病理生理狀況相關(guān)，因此PIEZO通道對(duì)藥物發(fā)現(xiàn)至關(guān)重要。已有研究使用化學(xué)激活劑（如Yoda1）進(jìn)行高通量自動(dòng)化膜片鉗（APC）實(shí)驗(yàn)，但僅利用機(jī)械刺激（M-Stim）和APC方法尚未應(yīng)用于PIEZO1通道。最近的研究表明，在SyncroPatch 384上使用多孔NPC-384芯片可以優(yōu)化高通量APC實(shí)驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)M-Stim的高通量電生理研究。在SyncroPatch 384上通過(guò)M-Stim激活PIEZO1通道需要以較高吸液速度施加溶液。同時(shí)比較機(jī)械和化學(xué)刺激對(duì)于PIEZO1通道的影響是非常重要的，在高通量膜片鉗實(shí)驗(yàn)中為藥物開(kāi)發(fā)提供了寶貴工具。

圖表解釋了機(jī)械刺激（M-Stim）在SyncroPatch 384上的應(yīng)用。圖示為NPC-384芯片一個(gè)孔的橫截面示意圖。M-Stim通過(guò)局部輸送少量溶液至細(xì)胞（1和2），并使用吸液步驟（3，虛線箭頭）回收施加的溶液量。右側(cè)展示了一個(gè)NPC-384芯片一個(gè)孔的頂部視圖，該孔包括1x貼片孔和4x貼片孔。圖中呈現(xiàn)了單個(gè)細(xì)胞在不同M-Stim刺激下（40μl/s，淺藍(lán)色軌跡）、（60μl/s，藍(lán)色軌跡）和（110μl/s，深藍(lán)色軌跡）的代表性PIEZO1原始軌跡，并且顯示被GdCl3阻斷后mPIEZO1、hPIEZO1以及未轉(zhuǎn)染細(xì)胞的軌跡。

Murciano N., et al. J Gen Physiol (2023)