研究背景与目的

• 人脑作为复杂的神经网络枢纽，其与机械力的相互作用对理解脑功能和神经疾病至关重要，但目前对脑机械转导的信号通路机制尚不明确。

• 白质（WM）、灰白质交界（GW junction）和脑桥等脑区在机械信号传导中扮演不同角色，但相关研究较少。

• 研究旨在揭示机械敏感蛋白Piezo1、Piezo2和TMEM150C在不同脑区的表达模式及其与脑组织力学特性（如杨氏模量、粘弹性参数等）的相关性，为理解脑机械转录机制提供新视角。

研究方法

• 样本采集与处理：从四名捐赠者的不同脑区（包括皮质、基底神经节、丘脑等）获取组织样本，部分区域进一步细分至灰质、白质和灰白质交界。

• 力学测试：利用MicroTester系统在死后24小时内对脑组织样本进行准静态压缩和阶梯式坡道压缩测试，计算出杨氏模量、松弛模量等力学参数。

• 免疫荧光染色与分析：对组织切片进行抗原修复、阻断和特异性抗体染色，使用定制算法分析细胞荧光强度和阳性细胞比例。

• 免疫印迹分析：通过蛋白电泳技术检测YAP、pYAP、β-catenin、Piezo1等蛋白的表达水平。

关键结果

• 脑区力学特性差异：GW交界处的杨氏模量显著高于脑桥和白质，表明其具有更高的刚度。不同捐赠者的脑区在粘弹性参数（如弹簧项、衰减项和平衡应力）上也表现出显著差异。

• Piezo1表达与力学特性的关联：Piezo1表达水平在脑桥中显著高于其他脑区，且其表达与白质的刚度呈负相关，与GW交界处的弹簧项呈正相关。

• Piezo2和TMEM150C的表达模式：在不同捐赠者中，Piezo2和TMEM150C在WM、GW交界和脑桥的表达存在显著差异。例如，Piezo2在WM的表达与刚度呈正相关，TMEM150C在WM的表达与平衡应力呈正相关。

• 三维表达特征：Piezo1、Piezo2和TMEM150C在组织切片的不同垂直平面上的染色模式保持一致，表明其在组织深度方向上的表达相对稳定。

图4：来自四个供体的脑区（WM, GW Junction, Pons）中Piezo1、Piezo2、TMEM150C的三维表达谱。

研究结论

• 机械敏感蛋白的关键作用：Piezo1、Piezo2和TMEM150C作为关键的机械感受器，在调控区域特异性的脑机械转导活动中起着重要作用。

• 脑力学特性与机械转导活动的关联：研究揭示了脑力学特性与机械转导活动之间的联系，不同脑区的机械感受器可能对特定的机械线索产生反应，从而调节脑活动。

• 个体间差异：不同捐赠者的脑区在力学特性和机械敏感蛋白表达上存在差异，这可能与个体的生理和病理状态有关，为未来个性化医疗提供了潜在的生物标志物。

研究意义

该研究不仅增进了对脑生物力学的理解，还为探索机械力如何影响脑功能和疾病提供了新的研究方向，可能对神经疾病的精准医疗和治疗策略开发具有重要意义。