GenEPi报告了体内piezo1依赖性活性的变化。来源:《自然通讯》(Nature Communications)， 2023年出版。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 40134 - y

英国帝国理工学院的研究人员拍摄到了人体“压力传感器”的活动，这些传感器的发现者获得了2021年诺贝尔生理学或医学奖。

这种被称为Piezo1和piezo2的传感器离子通道遍布全身，从心脏、膀胱、肾脏到免疫系统和神经系统。伦敦帝国理工学院的研究人员现在对它们进行了成像，这可能为一系列疾病的新药靶点指明道路。

压电通道负责检测和响应压力变化，在调节血压、呼吸、膀胱控制和免疫系统中起着至关重要的作用。因此，这些通道可能成为未来治疗包括癌症在内的疾病的重要药物靶点。

到目前为止，研究压电通道活动只能通过侵入性或间接技术来完成，例如监测细胞中钙的一般波动。

为了对这些通道进行成像，由Periklis Pantazis博士领导的帝国理工学院研究人员开发了一种高度特异的生物传感器GenEPi，当Piezo1通道被激活时，它会在显微镜下发光。他们在细胞和整个生物体水平上测试了GenEPi，成功地突出了Piezo1在人类肾脏、包皮、宫颈癌细胞、跳动的小鼠心脏细胞和整个斑马鱼胚胎中的活性。

表达HEK293T细胞GenEPi的TIRFM成像。HEK293T细胞瞬时表达GenEPi的视频。时间戳为秒，刻度为5 μm。来源:《自然通讯》(Nature Communications)， 2023年出版。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 40134 - y

这是研究Piezo1活性的非侵入性和特异性视觉方法被开发出来，使研究人员能够在健康和疾病状态下详细捕捉其行为。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。

共同主要作者Konstantinos Kalyviotis是帝国理工学院生物工程系的博士研究员，他与苏黎世联邦理工学院Pantazis实验室的前博士研究员Sine Yaganoglu共同领导了这项工作，他说:“压力响应压电通道对于维持我们身体的平稳运行非常重要。它们在感知我们体内的力量和调节血压等过程中发挥着关键作用，当我们的膀胱被拉伸和充满时，它们还会提示我们去洗手间。”

“Piezo1参与了许多对生命至关重要的系统。我们的可视化可能有助于揭示Piezo1在不同细胞环境下的全部活性。”

分化的GenEPi心肌细胞的自发跳动。一个具有代表性的自发跳动分化心肌细胞斑块的影像。时间戳为秒，刻度为20 μm。来源:《自然通讯》(Nature Communications)， 2023年出版。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 40134 - y

为了研究这些通道，帝国理工学院和苏黎世联邦理工学院的研究人员设计了一种钙离子报告器GenEPi，它可以特异性地连接到Piezo1通道而不影响其功能。只有当通道打开并允许钙离子通过时，GenEPi才会发光。因此，科学家们现在可以第一次看到它们在何时何地活跃。

可视化这些通道的作用可以让我们更好地理解它们在基本生理过程中的作用，比如新血管形成、细胞迁移和细胞增殖——这些过程都是癌细胞在肿瘤生长和转移过程中所利用的。

一旦对这些通道在疾病中的活动有了更好的了解，它们就可以成为一种新的非化学药物类型的靶标，这种药物可以机械地补充更广泛使用的药物。

同样来自生物工程系的作者Periklis Pantazis博士说:“能够看到Piezo1的活性将使研究人员能够可视化非化学药物对Piezo1依赖性疾病的影响。我希望在未来十年看到基于这种机制的药物得到开发。”

在分化的微组织中表达genepi的细胞对跳动的心肌细胞的反应。代表性GenEPi表达细胞在未解剖的自发跳动心肌细胞斑块内的视频。时间戳为秒，刻度为5 μm。来源:《自然通讯》(Nature Communications)， 2023年出版。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 40134 - y

发光和感应

压电离子通道的概念起初是在2010年提出的，当时Ardem Patapoutian的实验室发现，当用微移液管戳细胞时，细胞会产生可测量的电信号。这一起初的观察导致了一种新型压力响应通道的发现，它被恰当地命名为Piezo，以希腊单词“π汪汪εσις/πι ω”命名，表示压力。这一突破为Patapoutian赢得了2021年诺贝尔生理学或医学奖。

帝国理工学院的研究人员专注于Piezo1，它几乎存在于我们身体的每个细胞中，有助于调节生长，对环境力量和疾病做出反应。

机械刺激，比如压力的变化，会导致压电通道打开，主要让钙离子通过。这些离子的涌入引发了一种反应，这种反应到达大脑并允许它做出反应——例如，通过发送有意识的信号表明膀胱已经满了，或者潜意识的信号表明血压很高。这些信息诱导身体做出反应并恢复秩序，这一过程被称为体内平衡。

斑马鱼心脏Tg(hsp70:GenEPi)的实时成像。热休克Tg(hsp70:GenEPi)斑马鱼心脏跳动的代表性视频。标尺100 μm。来源:《自然通讯》(Nature Communications)， 2023年出版。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 40134 - y

研究人员现在正将GenEPi的设计原理应用于开发和工程其他离子通道的光学报告器，而不影响其功能。他们还将继续研究Piezo1在包括癌症在内的一系列疾病中的作用。

Konstantinos说:“我们正处于揭开压电通道对健康和疾病的深远影响的旅程的开端。我们创新的生物传感器是一种强大的工具，有望照亮这条发现之路，推动我们继续追求知识。”