我们如何感受世界？追问2021诺贝尔生理学或医学奖(8)

郭雨松：确实，机械敏感的离子通道其实很早就发现了。20世纪80年代之前就在细菌中发现了机械敏感的离子通道。我们知道很多细菌生活在土壤里，它会感受到外界环境的变化。比如突然下一场大雨，外界环境的渗透压会骤然下降，这个时候细菌有可能会吸水膨胀直至破裂。为了避免发生破裂，这种突然的渗透压变化会刺激细菌细胞膜上一种叫做MscL的通道，它是感受巨大渗透压变化的机械敏感性通道。这个通道打开之后，细菌就可以迅速地平衡细胞膜内外的渗透压，使得细菌免于破裂。针对细菌中的MscL以及MscS等一系列机械敏感性通道，人们研究了这些通道的电生理以及结构等信息，从中发现了离子通道的机械敏感性与它打开和关闭两种状态之间的膜平面上面积变化成正比。
但是很长时间内人们一直没有找到高等动物（尤其是哺乳动物）的机械敏感性通道。大家一直在努力地寻找，中间也鉴定过一些，比如TRAAK等钾离子通道，但它在体内分布很有限，生理功能也不明确。另外在线虫和果蝇中发现了类似的通道，包括一些TRP通道和表皮钠通道。这一系列通道在线虫和果蝇中得到了鉴定，但是很遗憾，它们虽然在哺乳动物细胞中有一些同源受体，但这些受体并没有参与哺乳动物细胞中的机械感受，所以一直困扰着大家。
视觉、嗅觉、味觉、听觉和触觉这五种基本感觉，前四种研究起来相对容易，因为这些感受分布很集中，比如嗅觉集中在嗅上皮，味觉集中在舌头的味蕾上，材料丰度比较高，研究这些材料相对容易获得。触觉虽然分布广泛，但非常稀疏，所以我们很难找到一个比较好的材料，让我们获得大量的受体进行研究，这一定程度上制约了我们对机械敏感受体的研究。
到2010年，Ardem Patapountian实验室首先找到了一个具有机械敏感性的神经母细胞瘤细胞系。他们在实验室里用玻璃棒戳这个细胞，发现可以记录到电流，也就是说这个细胞对于机械刺激是有反应的。当发现这样一个细胞系之后，他们尝试着列了一个大概有500多个膜蛋白的清单，他们认为应该有一个单独的基因控制机械敏感性，而这个基因大概就是编码了这500多个蛋白质之一。于是他们就一个一个地敲除编码这500多个蛋白质的基因，然后观察敲除掉每一个蛋白质之后，细胞系是否还保持机械敏感性。他们一直敲到第72个的时候，终于找到了这样一个基因，它被敲掉之后，这个细胞不再对机械力产生反应，而这样一个基因最后就被他们取名为PIEZO。Piezo本身是一个希腊语，表示pressure，也就是压力。由此才发现了Piezo通道。