胰腺對壓力高度敏感、胰管壓力升高是引起急性胰腺炎的主要原因。胰管和膽總管交界處的膽結(jié)石會增加胰管壓力并引發(fā)胰腺炎。已有研究證明，胰腺腺泡細胞通過機械激活的離子通道 Piezo1 感知壓力，并且通過壓力或 Piezo1 特異性激動劑激活腺泡細胞上的 Piezo1 誘導急性胰腺炎。此外，腺泡細胞特異性 Piezo1 缺失的小鼠可免受壓力誘導的胰腺炎的影響。因此，Piezo1 的機械激活足以引起胰腺炎。

包括靜壓、流體剪切應力和膜拉伸在內(nèi)的機械力會激活 Piezo1 通道開口，從而允許陽離子，尤其是Ca²⁺ 流入細胞。Piezo1 在許多對剪切力有反應的組織中表達，包括血管內(nèi)皮、肺、皮膚和膀胱等。由于胰腺腺泡細胞對細胞內(nèi)鈣水平變化的獨特敏感行為，研究胰腺中 Piezo1 的信號轉(zhuǎn)導為揭示病理反應提供了一個有吸引力的模型。

細胞內(nèi)Ca²⁺ 濃度在胰腺腺泡細胞中受到嚴格調(diào)控，并為消化酶的分泌提供主要信號�？s膽囊素 (CCK)、乙酰膽堿和鈴蟾肽是胰腺分泌劑，可提高細胞溶質(zhì)鈣 ([Ca²⁺]i)，從而刺激分泌。值得注意的是，Ca²⁺ 升高是正常細胞信號傳導所必需的。Ca²⁺ 信號的擾動與胰腺腺泡細胞死亡有關(guān)。

鈣滲透離子通道TRPV4在各種組織和細胞（例如膀胱平滑肌、腎上皮細胞、氣道、感覺神經(jīng)元和血管內(nèi)皮）中表達，并參與多種生理過程和疾病，包括血流調(diào)節(jié)、剪切誘導的血管舒張和上皮纖毛活動。TRPV4 可能被物理力（例如剪切應力、膜拉伸）和低滲細胞腫脹激活，但這種感知似乎是間接的。然而，這些物理力激活 TRPV4 的機制尚不清楚。

低滲細胞腫脹和剪切應力刺激磷脂酶A2 (PLA2) 活性。一般來說，PLA2 活性升高會觸發(fā)花生四烯酸 (AA) 及其代謝物5',6'-EET 的釋放 ( 43 )。5',6'-EET 是一種內(nèi)源性配體，可以激活 TRPV4 。然而，物理刺激激活 PLA2 的機制尚不清楚。

基于此，來自美國杜克大學醫(yī)學系、生物學系，美國洛杉磯Cedars-Sinai 醫(yī)療中心等多家機構(gòu)進行了合作研究，于 The Journal of Clinical Investigation 上發(fā)表了題為《TRPV4 channel opening mediates pressure-induced pancreatitis initiated by Piezo1 activation》的論文。

實驗結(jié)果：

首先，實驗證明了Piezo1 會誘導持續(xù)的細胞質(zhì) Ca²⁺ 升高和細胞死亡；隨后確定在胰腺腺泡細胞中通過 Yoda1 刺激和 Piezo1 激活所觀察到的細胞質(zhì) [Ca ²⁺ ] 升高會影響線粒體去極化；而且Piezo1 的長期激活可能通過鈣介導的途徑導致胰蛋白酶原激活。

剪切應力誘導胰腺腺泡[Ca²⁺]i 升高

在包括血管內(nèi)皮在內(nèi)的許多組織中，機械剪切應力是Piezo1 的生理激活劑。為了確定 Piezo1 通道是否對胰腺中的流體剪切應力有反應，實驗評估了接種在剪切流室中的新分離的胰腺腺泡中 [Ca ²⁺ ]i 的變化。

在短短 30 秒后，胰腺腺泡中 [Ca ²⁺ ]i 的峰值強度隨著施加更大的剪切應力而增加（圖1，E、F）。4、12 和 30 dyne/cm² 的剪切應力使 [Ca ²⁺ ]i 的峰值分別增加了1.5 ± 0.1、1.8 ± 0.1和 2.5 ± 0.1倍（圖1，E、F）。12 和 30 dyne/cm² 的應力導致 [Ca ²⁺ ]i 持續(xù)升高（圖3 E ）。然而，4 dyne/cm² 的較低剪切應力僅引起瞬時 [Ca ²⁺ ]i 上升（圖1 E) ，而沒有延長 [Ca ²⁺ ]i 的升高。

此外，12 dyne/cm² 的流體剪切應力施加 1 秒或 5 秒不足以引起 [Ca ²⁺ ]i 的持續(xù)升高（圖1，G、H）。在胰腺腺泡細胞中Piezo1基因選擇性缺失的小鼠（Piezo1^aci -KO）中，[Ca²⁺]i 在12 dyne/cm² 水平上的持續(xù)升高并沒有發(fā)生，盡管在某些細胞中可以看到有規(guī)律間隔的短暫的[Ca²⁺]i 峰值（圖1，I、J）。研究人員懷疑，在[Ca²⁺]i 中，在有規(guī)律的時間間隔內(nèi)出現(xiàn)的小的瞬時峰值可能來自其他機械敏感通道的低表達。

圖 1

流體剪切應力誘導胰腺腺泡中的病理事件

為了確定流體剪切應力激活的 Piezo1 是否促進線粒體去極化，實驗監(jiān)測了來自 WT 和 Piezo1^aci -KO 小鼠的攜帶線粒體螯合劑染料TMRE (200 nM)的胰腺腺泡中的活細胞線粒體去極化。

施加12 dyne/cm² 的流體剪切應力作用30 秒導致 [Ca ²⁺ ]i 持續(xù)升高，隨著時間的推移降低了 WT 胰腺腺泡中的 TMRE 強度，但在 Piezo1^aci -KO 細胞中沒有（圖2，A、B）。在這些實驗中，流體剪切應力導致了與線粒體功能障礙狀態(tài)一致的持續(xù)去極化。Piezo1 缺失的胰腺腺泡的線粒體電位不受這些流體剪切應力條件的影響。（圖2 B）。這些結(jié)果表明 Piezo1 通道介導了流體剪切應力誘導的線粒體去極化。

胰腺腺泡細胞中的胰腺活化是胰腺炎的關(guān)鍵病理特征。正如上文提到的，Piezo1 激動劑 Yoda1 誘導胰蛋白酶原激活，這是激活胰腺中其他酶原的第一步。為了確定流體剪切應力是否模擬 Yoda1 效應和胰蛋白酶活化，用胰蛋白酶活性測定探針BZiPAR加載胰腺腺泡細胞。然后使胰腺腺泡經(jīng)受 12 dyne/cm² 的流體剪切應力30 秒。通過活細胞成像監(jiān)測的胰蛋白酶活性在施加 10 分鐘的流體剪切應力后被檢測到，并在50分鐘后逐漸增加（圖2 C）。在 Piezo1^aci -KO 細胞中未觀察到 BZiPAR 染料（胰蛋白酶活性）的增加。然而，相比之下，在 12 dyne/cm² 的力下，5 秒而不是 30 秒的短脈沖并不會觸發(fā) WT 腺泡細胞中的胰蛋白酶激活。（圖2 D）。
 

圖 2

此外，實驗還發(fā)現(xiàn) Piezo1 直接感知流體剪切應力并啟動鈣內(nèi)流，然而，TRPV4 的激活是造成鈣的二次持續(xù)流入的原因，導致 [Ca ²⁺ ]i 的持續(xù)升高；Piezo1 誘導了 PLA2，這也是隨后 [Ca ²⁺ ]i 升高的原因； TRPV4 在壓力誘導的胰腺炎中起關(guān)鍵作用，TRPV4-KO小鼠可免受 Piezo1 介導的胰腺炎的影響。
 

實驗結(jié)論：

該實驗證明，在胰腺腺泡細胞中，Piezo1 的激活導致細胞內(nèi)鈣水平、線粒體去極化、細胞內(nèi)胰蛋白酶激活和細胞死亡的延長升高。值得注意的是，這些效應取決于施加到細胞上的力的程度和持續(xù)時間。低或短暫的力不足以激活這些病理變化，而施加更高和長時間的力會引發(fā)細胞內(nèi)鈣的持續(xù)升高，導致酶激活和細胞死亡。所有這些病理事件都在用 Piezo1 拮抗劑處理的腺泡細胞和來自有 Piezo1 基因缺失的小鼠的腺泡細胞中被挽救。

實驗發(fā)現(xiàn) Piezo1 刺激觸發(fā)TRPV4 通道開放，這是導致細胞內(nèi)細胞器功能障礙的細胞內(nèi)鈣持續(xù)升高的原因。此外，TRPV4 基因-KO 小鼠免受 Piezo1 激動劑和壓力誘導的胰腺炎的影響。這些研究揭示了一個鈣信號通路，其中 Piezo1 誘導的 TRPV4 通道開放可能會導致胰腺炎。

參考文獻：Swain SM, Romac JM, Shahid RA, Pandol SJ, Liedtke W, Vigna SR, Liddle RA. TRPV4 channel opening mediates pressure-induced pancreatitis initiated by Piezo1 activation. J Clin Invest. 2020 May 1;130(5):2527-2541. doi: 10.1172/JCI134111. PMID: 31999644; PMCID: PMC7190979.

文章來源：【Naturethink官網(wǎng)】

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