Piezo1通过钙-JNK/c-Jun信号通路，在原代大鼠心房心肌细胞中调控微重力环境诱导的ANP（血管紧张素原转化酶）分泌

《Journal of Radiation Research and Applied Sciences》：Piezo1 drives microgravity-induced ANP secretion via calcium-JNK/c-Jun signaling in primary rat atrial cardiomyocytes

　　研究揭示了模拟失重条件下机械感受器Piezo1通过激活JNK/c-Jun信号通路调控 atrial natriuretic peptide（ANP）分泌的分子机制。发现Piezo1介导的钙信号增加是ANP上调的关键上游机制，为防治空间环境引发的心血管脱适应（如立位耐力不良）提供了新靶点。

　　
该研究聚焦于微重力环境下ANP（心房钠尿肽）分泌异常的分子机制，重点探索机械感受器Piezo1通道与JNK/c-Jun信号通路在其中的调控作用。通过构建体外模拟微重力模型，结合药物干预和基因沉默技术，首次系统揭示了Piezo1通过钙信号激活JNK/c-Jun通路介导ANP上调的完整分子链条。

**研究背景与科学问题**
长期太空任务中，宇航员面临心血管系统适应性挑战，特别是复重力后直立耐受障碍（PSOI）。现有研究证实微重力导致ANP水平急性升高，但调控其表达的 upstream 机制尚未阐明。尽管SAC（机械感受离子通道）作为机械信号转导的枢纽备受关注，但具体涉及的通道亚型及其下游信号网络尚不明确。研究团队基于前期发现（STRENGTH研究）SAC抑制剂可阻断ANP急性反应，进一步提出假设：Piezo1通道作为机械感受器，通过钙信号激活JNK/c-Jun通路调控ANP分泌。

**技术创新与实验设计**
研究采用双维度验证策略：首先通过药物干预明确SAC与JNK/c-Jun通路的关联性；其次运用基因沉默技术特异性敲低Piezo1验证其必要性。创新性地将Yoda1（Piezo1激活剂）应用于常重力条件，成功模拟微重力下的ANP响应，为机制研究提供有力工具。

实验设计体现三大突破：
1. **多模态干预验证**：同步使用SAC抑制剂（streptomycin）、JNK抑制剂（SP600125）和Piezo1 shRNA干扰，形成三角互证体系。通过比较三组抑制剂对JNK磷酸化、ANP表达及钙离子浓度的影响，发现SAC抑制剂与基因沉默具有等效性（抑制效率达80%以上）。
2. **时空动态观测**：采用24小时模拟微重力（SM）模型，该时间窗被前期预实验证实为ANP表达峰值时段。通过实时荧光定量PCR和流式细胞术动态监测基因表达与蛋白磷酸化水平。
3. **正向与负向验证结合**：在SM条件下验证Piezo1抑制效应，同时通过常重力下激活剂Yoda1干预，建立"机械刺激-通道激活-钙信号-转录调控"的完整证据链。

**核心发现与机制解析**
1. **Piezo1介导机械刺激信号转导**：SM组显著上调Piezo1蛋白表达（1.8倍）及细胞内钙离子浓度（3倍），而基因沉默组（shRNA转染效率92%）完全逆转这一变化。钙荧光探针（Fluo-4AM）证实SM诱导的钙信号增强被Piezo1沉默组（RFU值8.3×10^4 vs SM组2.3×10^5）和SAC抑制剂组（8.4×10^4）有效抑制。
2. **JNK/c-Jun通路的级联激活**：SM组JNK磷酸化水平（p-JNK）和c-Jun蛋白表达均显著升高（p<0.001），而SP600125（JNK特异性抑制剂）和STR（SAC抑制剂）可有效阻断这一过程。值得注意的是，SP600125未能完全恢复钙离子浓度至对照组水平（125,741 vs Ctr 78,729），表明钙信号可能通过其他通路影响ANP表达。
3. **ANP的上游调控网络**：通过比较SM组与SM+Piezo1-shRNA组，发现Piezo1沉默不仅抑制ANP蛋白表达（降幅达67%），还阻断其mRNA积累。Yoda1激活实验进一步证实该通道的机械信号转导功能——在常重力下模拟SM效应，使JNK磷酸化（+2.3fold）和ANP表达（+1.8fold）均达到SM组水平。

**理论突破与实践意义**
本研究首次建立"机械刺激→Piezo1激活→钙信号→JNK/c-Jun→ANP表达"的完整通路模型。关键创新点包括：
- 揭示Piezo1在心肌细胞中作为重力感应机械门控的分子开关
- 确立钙离子浓度作为机械信号向转录信号转化的关键节点
- 证明JNK/c-Jun通路不仅是效应器，更是连接机械感知与基因表达的枢纽

该发现为开发新型抗PSOI策略提供理论支撑。基于Piezo1的靶向干预（如开发特异性激活剂或抑制剂）可能成为突破现有治疗瓶颈的关键。研究团队已建立稳定表达Piezo1 shRNA的细胞系（转染效率>90%），并完成体外药效验证，下一步将推进动物模型（ Sprague-Dawley大鼠）和临床前研究，探索靶向该通路的药物（如Yoda1类似物）对心血管适应的干预潜力。

**学术价值与后续方向**
本研究在以下方面取得突破：
1. **填补机制研究空白**：首次阐明微重力诱导ANP异常的分子开关（Piezo1）和信号转导核心（JNK/c-Jun）
2. **创新实验设计**：通过常重力下激活剂干预成功模拟微重力效应，为空间环境模拟提供新方法
3. **提供转化医学路径**：筛选出的Piezo1特异性抑制剂（如Pi3 shRNA转染效率达85%）可应用于抗脱适应治疗

后续研究建议：
- 建立微重力暴露动物模型（如离体心脏模拟舱）
- 探索Piezo1-CaMK（钙/钙调蛋白激酶）通路的协同作用
- 开发基于该通路的生物传感器用于实时监测ANP分泌
- 评估 Piezo1 基因编辑（CRISPR-Cas9）对PSOI的预防效果

该研究为理解重力感应机制开辟新维度，其揭示的Piezo1-JNK/c-Jun-ANP通路在心血管适应中的核心作用，为开发新型太空医学防护策略提供了重要理论依据。研究团队正与航天医学中心合作，开展基于该机制的药物干预临床试验（预计2025年启动I期试验）。