2021年10月4日，诺贝尔生理学或医学奖授予了发现温度觉和触觉受体的两位科学家David Julius和Ardem Patapoutian。在上一篇文章中，我们详述了触觉受体Piezo蛋白的发现经过和分子层面的研究过程。伴随着分子水平研究的兴起，Piezo生理功能的研究亦如火如荼。人们发现，Piezo参与的机械感觉相关的生理过程远比想象的要广。
从直观的触觉、本体感觉到生命最基础的细胞分裂、增殖，都有Piezo的身影。而且，不仅限于哺乳动物，在鸟类、斑马鱼、果蝇、植物等其他物种中，Piezo均参与了机械力传导的生理过程。可见Piezo在进化上的功能保守性和重要性。今天我们将着重从哺乳动物Piezo的生理角色出发，介绍与之相关的生命活动过程。
我们常用蓬勃有力之心脏，汩汩流淌之血液来形容生命力的旺盛。
作为载体的血管，无时无刻不接受着血流的冲刷。血液对血管会造成两种类型的力学作用，一种是血流摩擦血管内皮的流体剪切力，一种是血流挤压血管壁造成的牵张力。这些显而易见的力学过程自然被学者们与Piezo联系起来。2014年，英国利兹大学的David Beech与美国Scripps研究所的Ardem Patapoutian课题组均发现：基因敲除Piezo1，会造成胚胎鼠的死亡。
胚胎鼠死亡的时间点是妊娠中期，这正是胚胎中血流出现的时间，由此，他们推断是Piezo1的缺失导致了血管发育的异常。
力的作用是相互的。既然血管受到血液如此广泛的力学作用，那血液自身必然也受到机械力的影响。血液中含量最丰富的红细胞随血液流动时，不仅会遭受流体剪切力，还有血液渗透压变化带来的细胞膜张力改变，以及通过毛细血管时受到的挤压和摩擦。这些过程会和Piezo相关吗？答案是肯定的。
在2012年，学者们发现人类的遗传性干瘪红细胞增多症就与Piezo1基因突变有关。罹患该病的个体的红细胞形态干瘪、易破裂，并且有一定程度的溶血。
骨是一个高度动态的系统，它可以依据自身所受的力来调节质量和强度。例如，网球运动员惯用手的骨密度就高于非惯用手。人若长期处于缺乏力负载的环境下——比如航天失重或长期卧床——骨密度和骨质量都会明显丢失，从而使骨折的风险更大。而骨量的变化和三种细胞密切相关，分别是位于骨表面能产生新骨的成骨细胞、深埋在成熟骨组织内的骨细胞、以及可吸收骨的破骨细胞。
自2019年12月开始，一种全新的冠状病毒肆虐全球。这种与17年前的SARS病毒同宗同源的病毒同样攻击人类肺部，危重症患者将面临严重的呼吸窘迫。在我们呼吸的过程中，肺部持续受力，肺部呼吸感知和频率的调节自然与肺部的机械力受体密切相关，Piezo在这类感知过程中同样扮演了重要角色。
微风拂面，细雨沾肤，这是轻微的触觉；头悬梁，锥刺股，这是伤害性的机械痛觉；高空走钢丝，这是感知躯体平衡和四肢方位的本体感觉的极致体现。这三类感觉是最直观的机械感觉，统称为躯体机械感觉。躯体机械感觉产生的第一步，是激活背根神经节（DRG）或颅感觉神经节的初级感觉神经。这些神经的一端穿入脊柱，并与下一级神经连接，传递信号到脑部，形成感觉。
而神经的另一端则分布到外周感受器里，它们能直接感受到机械力刺激并产生神经信号，这就是躯体感觉的开始。
前面我们介绍了Piezo通道在生理过程中扮演的重要角色：Piezo1作为血管内皮细胞流体剪切力感受器参与胚胎血管生成、成体血管形态调控；Piezo1和Piezo2共同作为动脉血压感受器调节血压；Piezo1作为红细胞膜上流体剪切力感受器调控红细胞体积；表达在成骨细胞和骨细胞上的Piezo1感知骨受力从而调节骨量；在肺泡中的Piezo1和肺部神经中的Piezo2分别参与保护肺泡屏障和调节呼吸节律；Piezo2表达在感知外周躯体机械觉的背根神经节（DRG）和颅神经节中，作为触觉、痛觉过敏和本体感觉的力感受器起始躯体机械觉的感知。
科学家们在认识世界的时候，都会有改造世界的使命感。在Piezo领域，开发靶向Piezo的药物，将对基础科研和疾病治疗大有助益。基于Piezo的机械敏感性发展相关生物技术，或有可能实现机械力遗传学，为操纵特定细胞的基因表达创造了新的可能性。为了将Piezo推向应用，科学家做过哪些尝试呢？
离子通道可以被特定的化合物激活或抑制，例如，辣椒素就能结合并打开TRPV1通道，这就是我们能感受到辣味的原因。这些靶向离子通道的特定化合物可进一步用在基础科研和临床药物开发上。例如，辣椒素就已广泛应用于TRPV1结构功能的研究。学者们还利用TRPV1介导痛觉并在激活之后脱敏的特点，将辣椒碱用作镇痛药物。
操纵特定细胞的基因表达，是生物学家们长久以来的梦想。光遗传学的出现，使得科学家们可以使用激光照射特定神经元来控制其基因表达，大大加速了解析各类神经元功能的进程。但传统光遗传学受限于组织的透光能力，无法用于较深层的组织细胞。因此神经科学家们把目光投向了磁场、超声等具有穿透能力的物理刺激。利用这些物理信息操纵基因表达的核心前提，就是找到能感知此类信号的受体蛋白。
到这里，Piezo蛋白的故事暂时落下了帷幕。
我们分上下两篇，从分子水平的机械敏感通道的存在，Piezo通道的鉴定，Piezo高分辨率三维结构的解析，Piezo感知机械力的方式；到生理水平Piezo参与血管生成和调控，红细胞体积调控，骨量调节，保护呼吸系统并调节呼吸，介导躯体机械感觉，以及Piezo相关疾病；再到应用上，Piezo靶向药物的寻找和Piezo在生物技术上的应用这三个层级讲述了Piezo蛋白的“封神之路”。