每次我们感受到皮肤上的轻轻一触，专门的神经细胞就会将这种物理力转化为大脑可解读为触觉的电信号。虽然科学家们早已知道一种名为PIEZO2的蛋白质是触觉的关键传感器，但为何PIEZO2专门对感觉神经元所经历的局部机械力敏感，而它的近亲PIEZO1则对更广泛的机械应力（如细胞拉伸时产生的应力，就像在血管中发生的那样）做出反应，这一点此前仍不清楚。
现在，斯克里普斯研究所的一项新研究填补了这一空白。该研究于2026年3月4日发表在《自然》杂志上，阐明了PIEZO2如何检测特定类型的力，并解释了为何进化可能选择它作为身体轻触的主要传感器。这项工作可能为探索与PIEZO2突变相关的感觉障碍的未来研究提供指导。
“触觉是我们最基本的感觉之一，但我们并未完全理解它在分子水平上是如何处理的，”共同资深作者、斯克里普斯研究所神经生物学总统特聘教授、霍华德·休斯医学研究所研究员阿德姆·帕塔普蒂安教授说。“我们想了解PIEZO2的结构如何塑造细胞实际能感知的内容。”
2021年，帕塔普蒂安因发现PIEZO1和PIEZO2而分享了诺贝尔生理学或医学奖。PIEZO1和PIEZO2是一种离子通道，即嵌入细胞膜中的蛋白质“门”，会在力的作用下打开。当这些门打开时，带电粒子流入细胞，产生电信号，使我们能够感受触觉、身体位置和某些类型的疼痛。
PIEZO2（青色）、filamin-B（品红色）以及毛囊周围触觉神经末梢中的神经元标志物神经丝重链（绿色）。图片来源：斯克里普斯研究所
尽管PIEZO1和PIEZO2在分子模型上看起来几乎相同，但它们在活细胞中的行为却截然不同。PIEZO2在体感神经系统（检测触觉的神经细胞网络）中尤为重要。这些细胞对轻微的凹陷高度敏感，例如皮肤上的轻拍。相比之下，PIEZO1更容易对一般的膜拉伸（例如细胞被拉伸或肿胀时）做出反应，而不是对特定点的戳刺。
为了研究这种差异，研究团队使用了最小荧光光子通量超分辨率显微镜，成像支持由斯克里普斯研究所核心显微镜设施主任斯科特·亨德森教授和高级职员科学家凯瑟琳·斯宾塞提供。其他成像技术（包括冷冻电子显微镜）已捕获了冷冻PIEZO蛋白的详细但静态的图像，作为整体形状的参考；而MINFLUX则允许科学家以纳米级精度追踪细胞中蛋白质的位置和运动。作为背景，一纳米是十亿分之一米——大约是人类头发宽度的十万分之一。
“冷冻电镜为我们提供了漂亮的结构快照，但它无法展示蛋白质在天然细胞环境中如何运动，”第一作者兼共同资深作者、帕塔普蒂安实验室的博士后研究员埃里克·马尔豪尔指出。
“我喜欢这项由埃里克·马尔豪尔领导的工作之处在于，它连接了异常广泛尺度上的发现，”帕塔普蒂安补充道。“这是我见过的为数不多的从纳米级超分辨率显微镜一直延伸到离体和体内实验的研究之一，将单分子洞察与生理功能联系起来。”
利用MINFLUX以及测量离子流的电记录，团队观察了施加力时PIEZO2如何改变形状。这些电记录由第二作者、职员科学家奥列格·亚里什金完成，使得PIEZO2的结构变化与通道活动之间建立了直接联系。团队发现，PIEZO2本质上比PIEZO1更僵硬，并且物理上连接（或“拴系”）到细胞的内部支架，即肌动蛋白细胞骨架。细胞骨架是由称为肌动蛋白丝的蛋白质纤维组成的网络，有助于维持细胞形状并传递力。
拴系是通过一种称为filamin-B的蛋白质实现的，这种蛋白质将膜蛋白连接到肌动蛋白丝上。当细胞被戳刺时，这种内部连接帮助将力传递给PIEZO2，使通道更有可能打开。然而，当拴系完好时，简单的膜拉伸不会激活PIEZO2。
团队确定了PIEZO2与filamin-B连接的具体区域，并表明破坏这种连接会改变通道感知力的方式。在小鼠感觉神经元（负责检测触觉的神经细胞）中，移除拴系降低了PIEZO2对凹陷的敏感性，并意外地允许通道对膜拉伸做出反应——这是一种它通常忽略的力类型。
“我们对这两个通道对相同类型力的反应差异如此之大感到惊讶，”马尔豪尔回忆道。“膜拉伸会扩张并激活PIEZO1，但我们观察到PIEZO2中的反应相反。这强烈表明这些通道通过不同的机制运作。”
这些发现表明，细胞不仅可以选择使用哪种离子通道，还可以通过控制该通道在细胞内的物理整合方式，微调其对触觉的敏感性。由于filamin-B在多种组织中广泛表达，拴系可能有助于使PIEZO2专门用于记录轻柔的日常触觉。理解这一机制也可能揭示当它受损时会发生什么。
PIEZO2的突变可导致影响触觉和身体意识的感觉障碍，而filamin-B的突变与骨骼和发育疾病有关。通过阐明这些蛋白质如何相互作用，该研究为解释此类遗传学发现和指导未来对感觉功能的研究提供了更清晰的框架。
“我们的结果改变了人们对触觉在分子水平上如何起始的看法，”帕塔普蒂安解释道。“蛋白质在细胞内的物理连接决定了它能感知什么样的力。这是一种思考我们如何感受周围世界的新方式。”
出版物详细信息：
Eric M. Mulhall等，PIEZO2力选择性的分子基础，《自然》（2026）。DOI: 10.1038/s41586-026-10182-7
期刊信息：
《自然》
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