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石會增加胰管壓力并引發胰腺炎。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，包括血管內皮、肺、皮膚和膀胱等。由于胰腺腺泡細胞對細胞內鈣水平變化的獨特敏感行為，研究胰腺中 Piezo1 的信號轉導為揭示病理反應提供了一個有吸引力的模型。

細胞內Ca²⁺ 濃度在胰腺腺泡細胞中受到嚴格調控，并為消化酶的分泌提供主要信號。縮膽囊素 (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。

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、感覺神經元和血管內皮）中表達，并參與多種生理過程和疾病，包括血流調節、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學系、生物學系，美國洛杉磯Cedars-Sinai 醫療中心等多家機構進行了合作研究，于 The Journal of Clinical Investigation 上發表了題為《TRPV4 channel opening mediates pressure-induced pancreatitis initiated by Piezo1 activation》的論文。

實驗結果：

首先，實驗證明了Piezo1 會誘導持續的細胞質 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 [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

在包括血管內皮在內的許多組織中，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 水平上的持續升高并沒有發生，盡管在某些細胞中可以看到有規律間隔的短暫的[Ca²⁺]i 峰值（圖1，I、J）。研究人員懷疑，在[Ca²⁺]i 中，在有規律的時間間隔內出現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一致的持續去極化。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。然后使胰腺腺泡經受 12 dyne/cm² 的流體剪切應力30 秒。通過活細胞成像監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 WT 腺泡細胞中的胰蛋白酶激活。（圖2 D）。
 

圖 2

此外，實驗還發現 Piezo1 直接感知流體剪切應力并啟動鈣內流，然而，TRPV4 的激活是造成鈣的二次持續流入的原因，導致 [Ca ²⁺ ]i 的持續升高；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鍵作用，TRPV4-KO小鼠可免受 Piezo1 介導的胰腺炎的影響。
 

實驗結論：

該實驗證明，在胰腺腺泡細胞中，Piezo1 的激活導致細胞內鈣水平、線粒體去極化、細胞內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細胞內鈣的持續升高，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。

實驗發現 Piezo1 刺激觸發TRPV4 通道開放，這是導致細胞內細胞器功能障礙的細胞內鈣持續升高的原因。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】

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