离子通道基因变异可提高小鼠的体能

肌腱是连接肌肉和骨骼的有弹性的结缔组织带。一项新的研究表明，编码肌腱中对机械压力敏感的离子通道的基因变体可以使小鼠跑得更快、跳得更远。作者指出，这种加宽肌腱、增大胶原纤维直径、增加顺应性和弹性能的遗传变异在非洲人后裔中很常见。

该研究结果于2022年6月1日发表在《科学转化医学》杂志上，“机械敏感离子通道PIEZO1在肌腱中表达并调节身体表现”。作者表明，短跑运动员的遗传变异(PIEZO1E756del)频率高于短跑运动员牙买加一个小群体中的非运动个体，这表明该变体可能在人类中发挥类似的作用。

该研究的资深作者、斯克里普斯研究中心分子医学教授HiroshiAsahara医学博士说：“根据我们的数据，PIEZO1在肌腱的特性中发挥着关键作用。它还有可能成为治疗与年龄相关的身体机能下降的治疗靶点。数据表明，我们在小鼠身上观察到的情况可能也适用于人类，但需要做更多的工作来了解PIEZO1在人类肌腱中的全部作用。”

2021年诺贝尔生理学和医学奖获得者ArdemPatapoutian博士是这项研究的作者之一。

PIEZO1离子通道由ArdemPatapoutian博士于2010年发现，他是霍华德休斯医学研究员、斯克里普斯研究中心的教授，也是本研究的作者之一，他因发现这种蛋白质并展示了其如何发挥作用而获得2021年诺贝尔生理学和医学奖相关蛋白PIEZO2可实现触觉和本体感觉。

Patapoutian说：“PIEZO1在肌腱生物学中的新作用是在小鼠身上发现的，强调了这组离子通道的重要性。随着我们不断研究，我们发现了PIEZO在健康和疾病中更多可能的新作用。”

早期研究表明PIEZO1在血管、心脏、骨骼和免疫细胞的发育中发挥作用。此外，据帕塔普蒂安研究小组报道，该基因的一种变体可以预防疟疾，但可能会使人们的血液中铁含量升高。此前的研究还表明，PIEZO1调节Mohawk基因，这是Asahara团队发现的一个基因，在肌腱分化中发挥作用。

在当前的研究中，Asahara的小组研究了Patapoutian小组发现的PIEZO1基因变体(E756del变体)如何影响肌腱的结构和功能，PIEZO1基因变体可以使人类抵抗疟疾(E756del变体)。Asahara的团队对小鼠的遗传变异进行了建模，并早些时候表明突变R2482H(将蛋白质第2482个残基处的精氨酸残基改变为组氨酸)也能像人类变异一样提供对疟疾的抵抗力。基因变化导致离子通道在激活时关闭得更慢。

Ashara的研究小组证实，PIEZO1遗传变异对肌肉或神经的细胞结构没有影响，但只会改变肌腱中的细胞(肌腱细胞)。在身体所有细胞或仅在肌腱中携带该变体的小鼠比对照小鼠跳得更远并且跑得更快。

“这些结果表明，这种PIEZO1突变正在以一种真正影响身体能力的方式增强肌腱组织，”麻原实验室前成员、现在日本冈山大学的整形外科医生RyoNakamichi博士说，论文第一作者。

作者证明肌腱中的PIEZO1使钙能够流入和流出细胞。钙流的改变会改变基因的表达，包括参与肌腱细胞发育的莫霍克基因。Asahara的团队打算在未来的研究中以PIEZO1为目标来治疗肌腱损伤并解决与年龄相关的活动能力下降问题。