红细胞中Piezo1通道激活剂Yoda1与Yoda2的比较研究

作者及机构
本研究由德国萨尔大学医学理论生物科学系的Min Qiao、Reetta Penttinen、Ariel Coli等共同完成，通讯作者为Lars Kaestner。合作单位包括德国萨尔大学实验物理系、Nanion Technologies公司（慕尼黑）及卢森堡大学。论文于2025年8月1日发表于期刊《Biomolecules》（2025年第15卷，第1110页），标题为《Piezo1 Channel Activators Yoda1 and Yoda2 in the Context of Red Blood Cells》。

学术背景
Piezo1是一种机械敏感的非选择性阳离子通道，在红细胞（RBCs）中高表达，通过调控钙离子（Ca²⁺）内流参与细胞体积调节。其功能异常与遗传性干瘪红细胞增多症（hereditary xerocytosis）相关。Yoda1及其衍生物Yoda2是已知的Piezo1激活剂，但其作用效果受细胞类型和膜环境的影响。本研究旨在比较Yoda1与Yoda2在红细胞中的药理学效应，揭示其激活Piezo1的动力学差异及下游信号通路的调控机制。

研究流程
1. 自动化膜片钳记录
- 研究对象：健康供体的新鲜红细胞，样本量172（Yoda1组）和171（Yoda2组）。
- 方法：采用SyncroPatch 384高通量膜片钳系统，记录Piezo1介导的电流。通过电压斜坡协议（-100 mV至+80 mV）激发电流，逐步递增Yoda1/Yoda2浓度（41 nM至8 μM）。
- 数据分析：响应细胞定义为电流振幅超过基线3倍标准差的细胞，通过Hill方程拟合计算EC₅₀。

1. 钙成像与流式细胞术

   • 样本处理：红细胞负载Ca²⁺荧光探针Fluo-4 AM，通过流式细胞仪（LSRFortessa）和共聚焦显微镜（Leica Stellaris 5）监测Ca²⁺动态。
     
   • 实验设计：检测不同浓度Yoda1/Yoda2诱导的Ca²⁺信号变化，并评估Piezo1抑制剂GsMTx4的阻断效果。
     

2. 膜电位测量（MBE法）

   • 技术原理：基于pH电极实时监测红细胞膜电位变化，通过添加Triton X-100建立0 mV参考。
     
   • 实验步骤：测试不同浓度Yoda1/Yoda2对膜超极化（hyperpolarization）的影响，计算EC₅₀。
     

主要结果
1. 膜片钳数据
- Yoda2的EC₅₀（305 nM）显著低于Yoda1（1391 nM），表明其激活Piezo1的效力更高。
- Yoda1诱导的电流呈渐进式增加，而Yoda2在1 μM以上浓度时电流趋于饱和（图1）。

1. 钙信号动态

   • Yoda1诱导的Ca²⁺升高持续时间更长，而Yoda2的效应更快但衰减更早（图2）。
     
   • 流式与显微成像结果一致，排除了机械应力对测量的干扰（图3）。
     

2. 膜电位响应

   • Yoda1与Yoda2均引起膜超极化，但EC₅₀分别为305 nM和465 nM（图4）。
     
   • 高浓度下，两者均加速超极化速率，但个体差异显著（图5）。
     

结论与意义
1. 科学价值
- 首次系统比较Yoda1/Yoda2在红细胞中的药理学特性，揭示Yoda2的高效性及动力学差异。
- 提出Piezo1激活的EC₅₀需结合实验条件（如温度、溶液组成）个性化测定，为遗传性干瘪红细胞增多症的研究提供方法论参考。

1. 应用价值
   
   • 为Piezo1相关疾病的药物筛选（如Yoda2的高效性）提供实验依据。
     
   • MBE方法的优化为红细胞膜电位研究建立了标准化流程。
     

研究亮点
1. 方法创新：整合高通量膜片钳、钙成像和MBE法，多维度解析Piezo1激活效应。
2. 发现差异：Yoda2的EC₅₀低于Yoda1，但Yoda1的Ca²⁺信号更持久，提示二者适用于不同研究场景。
3. 生理学启示：阐明Piezo1-Gárdos通道轴在红细胞体积调控中的核心作用。

其他价值
- 附录中提供了详细的响应细胞统计（图A1）和钙信号时间曲线（图A2-A4），增强数据透明度。
- 研究受欧盟Marie Skłodowska-Curie项目和德国研究基金会（DFG）资助，体现国际合作的重要性。

（注：专业术语如“EC₅₀”（半最大效应浓度）、“MBE法”（Macey–Bennekou–Egée方法）在首次出现时标注英文原词。）