《自然》:憋尿的感觉是怎么来的?

来源: 学术经纬  2020-10-19 A- A+

“放空满当当的膀胱,是人类最大的乐趣之一。”——亨利·米勒

水喝多了就要上厕所,这是如此的天经地义。然而,我们为何能及时感知到自然的呼唤?对于背后的机理,科学家们知道得并不多。《自然》杂志在线发表的一篇论文,则揭开了背后的奥秘。

本研究的通讯作者之一Ardem Patapoutian教授任职于加州的Scripps研究所。2010年,他的团队发现了PIEZO1和PIEZO2两种蛋白。在不少组织中,这两种蛋白能感知机械力的变化。与其他具有类似功能的蛋白一样,PIEZO1和PIEZO2都是离子通道蛋白。当感觉到相应的刺激后,这些蛋白就会让一系列离子进入细胞,产生反应。对于这两种蛋白来说,激活它们所需的刺激,正是细胞膜“拉拽”过程中产生的机械力。

在这篇论文里,科学家们通过调查发现,那些缺乏PIEZO2的个体会出现种种感知上的缺陷,这也包括无法感觉到膀胱的充盈。为了避免小便失禁,他们不得不为自己的排尿设定时间表。即便如此,由于缺乏感觉,他们每次排尿也难以清空膀胱里残留的尿液。

▲缺失PIEZO2的患者日常可能遇到各种排尿问题,表格中灰色代表无病理性,其他色块代表不同严重程度的病理评分(图片来源:参考资料[1])

基于这一观察结果,研究人员们设计了后续的实验。首先,他们在小鼠中观察到了类似的现象——小鼠膀胱的感觉神经元和伞细胞(一类上皮细胞)里,就使用了PEIZO2蛋白来感知膀胱所受的力。正常情况下,当膀胱充盈时,小鼠的神经元就会不断发出信号。而当缺失PEIZO2蛋白时,这些神经元就会变得非常沉默。

“谁能想到让我们拥有触觉的机械力感知蛋白,还能警告我们膀胱满了呢?” Patapoutian教授说道。

▲小鼠膀胱的感觉神经元(洋红色)表达机械感受器PEIZO2蛋白(青色)(图片来源:参考资料[1])

此外,研究人员们还观察到当小鼠的尿路缺乏PIEZO2时,其控制排尿的肌肉也无法正常出现排尿反射。Scripps研究所的新闻稿提到,小鼠中的这些现象,可能也存在于人类中。也就是说,PEIZO2蛋白可能既参与到了膀胱对于充盈的感知,也参与到了排尿反射之中。

未来,研究人员们计划进一步研究感觉神经元和伞细胞两者的功能有无差异,以及它们之间如何传递信号。另外从目前的结果看,缺乏PEIZO2的小鼠虽然存在排尿缺陷,但最终仍然没有失去排尿功能,这表明还有其他感知蛋白也参与其中。为此,PEIZO2的亲戚——PEIZO1蛋白也会是科学家们的未来研究对象。

参考资料:

[1] Marshall, K.L., Saade, D., Ghitani, N. et al. PIEZO2 in sensory neurons and urothelial cells coordinates urination. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2830-7

[2] Scientists identify sensor protein that underlies bladder control, Retrieved October 15, 2020, from https://www.scripps.edu/news-and-events/press-room/2020/20201014-patapoutian-bladder.html

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