Piezo1和TRPV4通道的激活参与hCMEC/D3细胞的机械感知

Activation of Piezo1 and TRPV4 channels contributes to hCMEC/D3 cell mechano-sensing.

作者信息Wenhan An, Min Sun, Xiulin Zhang, Laigang Huang, Hanwen Liu, Baojuan Cui
PMID40988718
发布时间2025-09-08
DOI10.3389/fphys.2025.1633251

实验完整度

包含体外细胞实验,通过RT-qPCR、免疫荧光、Western blot和钙成像验证表达与功能,并采用激动剂/拮抗剂和机械刺激确证,但缺乏分子敲低等验证。

主要模型

hCMEC/D3细胞(人脑微血管内皮细胞系) 人脑组织微血管内皮细胞(免疫荧光验证)

重点核对

hCMEC/D3细胞系来自Jennio Bio,使用第2-8代 fura-2/AM浓度为1 µM,负载30-45分钟 机械刺激:单细胞poke(2 µm步进)和流动剪切力(流速从2到20 mL/min) Yoda1浓度30 µM,Dooku1浓度10 µM,GSK1016790A浓度500 nM,HC067047浓度1 µM

摘要

Introduction: TRPV4 and Piezo1 channels have been considered two important mechanical sensors. To examine the role of these two channels in blood brain barrier (BBB) mechano-sensing, the expression and function of TRPV4 and PIEZO1 in hCMEC/D3, an in vitro model for human BBB endothelial cells, were investigated.Methods: TRPV4 and PIEZO1 mRNA and protein expression were analysed by RT-PCR, immunofluorescence and western blot, respectively, while their mechano-sensing function was investigated by calcium imaging.Results: Among the four mechano-sensing channels examined (TRPV2, TRPV4, PIEZO1 and Piezo2), TRPV4 and PIEZO1 were the two most abundantly expressed in hCMEC/D3 cells at the mRNA level. TRPV4 and PIEZO1 proteins were detected by immunofluorescence, western blot. The calcium imaging using channel-specific agonists/antagonists provided evidence of their function. Mechanical stimuli (poke or flow shear stress) induced a prominent increase in intracellular Ca2+([Ca2+]i) in hCMEC/D3 cells, which was significantly inhibited by application of selective TRPV4 or Piezo1 antagonists. Activation of PIEZO1 and TRPV4 using selective agonists resulted in the release of adenosine triphosphate (ATP) but not nitric oxide (NO). Extracellular ATP hydrolysis with apyrase, or blocking of P2X and P2Y purinoceptors with PPADS, significantly reduced mechanical stimulus-induced increases in [Ca2+]i in both the stimulated cell and neighboring cells.

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
TRPV4和Piezo1通道在hCMEC/D3细胞中的表达及功能,以及它们是否参与血脑屏障的机械感知。
核心机制
机械刺激激活Piezo1和TRPV4通道,导致细胞内Ca2+升高,进而释放ATP,ATP通过自分泌和旁分泌方式放大和传播Ca2+信号。
主要证据
RT-qPCR显示PIEZO1和TRPV4 mRNA表达最高;免疫荧光和Western blot检测到蛋白;Yoda1和GSK诱导Ca2+升高,拮抗剂抑制;机械刺激诱导的Ca2+升高被拮抗剂抑制;激动剂诱导ATP释放,apyrase和PPADS抑制Ca2+升高。
研究意义
研究揭示了HBMECs在BBB机械转导中的主动作用,TRPV4和Piezo1可成为开发脑血管介入治疗的潜在靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

验证机械刺激反应

确定hCMEC/D3细胞是否对机械刺激产生钙响应

使用玻璃微管刺戳单细胞或施加流动剪切力,通过钙成像检测[Ca2+]i变化。

2

检测机械敏感通道表达

分析PIEZO1、PIEZO2、TRPV2、TRPV4在mRNA和蛋白水平的表达

使用RT-qPCR检测mRNA,免疫荧光和Western blot检测蛋白。

3

评估通道功能

验证Piezo1和TRPV4通道是否功能性表达

使用特异性激动剂Yoda1和GSK1016790A处理细胞,钙成像检测[Ca2+]i变化,并用拮抗剂预处理验证。

4

验证通道参与机械反应

确定Piezo1和TRPV4是否介导机械刺激诱导的钙升高

在Piezo1或TRPV4拮抗剂存在下,施加poke或流动剪切力,观察[Ca2+]i变化。

5

检测ATP和NO释放

探究通道激活后是否释放ATP或NO作为旁分泌信号

用Yoda1、GSK或静水压刺激细胞,测量培养上清中NO和ATP浓度。

6

验证ATP的作用

确定释放的ATP是否以自分泌和旁分泌方式参与机械诱导的钙波传播

使用apyrase降解胞外ATP,或PPADS阻断P2受体,观察poke诱导的[Ca2+]i变化。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

检测细胞功能变化
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
高糖DMEM培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
RNA Simple总RNA提取试剂盒YISHAN--
HiScript III RT SuperMix试剂盒Vazyme--
SYBR qPCR预混液Vazyme--
QuantStudio™ 5实时荧光定量PCR系统Thermo Fisher--
Piezo1抗体Proteintech15939-1-AP
TRPV4抗体Affinity BiosciencesDF8624
LAT1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-374232
594偶联羊抗鼠IgG (H+L)ABclonal--
Plus 488羊抗兔重组二抗 (H+L)Proteintech--
奥林巴斯BX53荧光显微镜Olympus Corporation--
RIPA裂解液NCM Biotech--
BCA蛋白定量试剂盒Epizyme Biotech--
Piezo1抗体ABclonalA23380
TRPV4抗体ABclonalA5660
β-actin抗体ABclonalAC026
增强化学发光试剂盒Millipore--
一氧化氮比色法检测试剂盒Elabscience--
CellTiterGlo™发光细胞活力检测试剂盒Promega--
GloMax™ 20/20发光检测仪Promega--
Yoda1MCE--
Dooku1TargetMOI--
GSK1016790AMCE--
HC067047TargetMOI--
PPADSMCE--
腺苷三磷酸双磷酸酶Sigma-Aldrich--
Fura-2/AM----
Meta Fluor R软件Molecular Devices--
C-Imaging软件Compix--
MP-285微操纵器Sutter Instruments--
Genie touch注射泵Kent Scientific Co.--
EPC10膜片钳记录平台HEKA Electronik--
ExcelMicrosoft--
Prism 8.0.2GraphPad--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养
hCMEC/D3细胞来源、培养条件(37°C、5% CO2)、培养基成分、细胞代数(2-8)
阅读提示:Methods: Cell preparation
钙成像
fura-2/AM负载浓度(1 µM)和时间(30-45分钟)、细胞数量、激发波长、基线及Δ340/380计算
阅读提示:Methods: Ca2+ imaging
机械刺激
poke参数(尖端直径约2 μm,步进2 μm)、SS参数(流速从2到20 mL/min)
阅读提示:Methods: Single cell mechanical stimulation by poke, Mechanical stimulation by flow SS
通道功能验证
Yoda1浓度30 µM,Dooku1浓度10 µM,GSK浓度500 nM,HC067047浓度1 µM(图注为10 µM)
阅读提示:Results section 3, 图3
ATP/NO释放检测
刺激时间(2分钟)、上清收集时间(刺激前2分钟和刺激后1分钟)、检测试剂盒及测量仪器
阅读提示:Methods: NO and ATP measurement, Results 图5