2023年5月31日，江門市新會區威信高技術科學研究所（以下(xià)簡稱“廣東省智能院”）丘志(zhì)海實驗室（多尺度神經網絡成像和操控研究組）和香港理工(gōng)大(dà)學孫雷實驗室在國際著名學術期刊《The Proceedings of the National Academy of Sciences》(PNAS)（美國國家科學院院刊）在線發表了題爲“The mechanosensitive ion channel Piezo1 contributes to ultrasound neuromodulation”的論文。該論文揭示了超聲Piezo1在經顱超聲神經調控中(zhōng)的介導作用，填補了超聲神經調控機制研究的空白(bái)，或爲超聲神經調控的應用和工(gōng)具開(kāi)發提供理論基礎。

超聲神經調控被認爲是下(xià)一(yī)代神經調控技術，它具有非侵入性、高穿透性、高時空分(fēn)辨率以及良好的生(shēng)物(wù)兼容性等獨特的優勢[1, 2]。超聲神經調控除了可以用于研究腦功能外(wài)，還在多種疾病模型治療中(zhōng)顯示了良好效果。然而，由于其機制尚不清楚，超聲神經調控的效果有時難以預測，甚至在一(yī)些研究中(zhōng)出現了相反的結果，這顯然阻礙了用超聲神經調控研究腦功能和治療腦疾病的臨床轉化[2]。因此，理解超聲神經調控的機制，對于精準，高效，安全的超聲神經調控具有重大(dà)意義。

超聲波是一(yī)種機械波，被認爲是以機械力的形式影響和調控神經元中(zhōng)機械敏感性通道從而起作用。團隊前期工(gōng)作在離(lí)體(tǐ)培養神經元的研究結果，支持該觀點，即超聲可以打開(kāi)機械敏感通道蛋白(bái)，引起鈣離(lí)子内流，從而調控神經元活動（iScience，2019）。在離(lí)體(tǐ)體(tǐ)系中(zhōng)超聲波可以通過調控機械敏感通道誘發神經元活動受到廣泛的認可。

然而目前超聲神經調控的體(tǐ)内機制研究還十分(fēn)有限。Ellen A. Lumpkin實驗組近期發現機械敏感性通道蛋白(bái)Piezo2參與了超聲引起的外(wài)周感覺神經元的動作電(diàn)位的發生(shēng)[3]，這一(yī)方面驗證了機械敏感通道蛋白(bái)在體(tǐ)内參與超聲神經調控的重要作用。另一(yī)方面，盡管該研究是在外(wài)周神經系統中(zhōng)行進的，該研究成果提示了Piezo家族，目前發現的最敏感的機械敏感通道，可能在中(zhōng)樞神經系統的超聲神經調控發揮作用。本論文研究結果發現，PIEZO1在體(tǐ)内的超聲神經調控具有重要作用，特别是在神經元中(zhōng)，其對超聲的響應低至0.06 MPa（PNAS 2023），對超聲的響應具有高敏感性。神經元Piezo1是體(tǐ)内超聲神經調控的關鍵因素。

廣東省智能院博士後朱傑君爲本文第一(yī)作者，香港理工(gōng)大(dà)學博士後冼铨香、侯玄迪爲共同第一(yī)作者，丘志(zhì)海研究員(yuán)與孫雷教授同爲論文的通訊作者，該項工(gōng)作得到了廣東省高水平創新研究院項目、廣東省重點區域研究開(kāi)發計劃、香港研究資(zī)助局一(yī)般研究基金和深港澳科技合作計劃項目的支持。

[1] Blackmore J, Shrivastava S, Sallet J, et al. Ultrasound Neuromodulation: A Review of Results, Mechanisms and Safety. Ultrasound Med Biol, 2019, 45(7): 1509-1536.

[2] Fomenko A, Neudorfer C, Dallapiazza R F, et al. Low-intensity ultrasound neuromodulation: An overview of mechanisms and emerging human applications. Brain Stimul, 2018, 11(6): 1209-1217.

[3]    Hoffman B U, Baba Y, Lee S A, et al. Focused ultrasound excites action potentials in mammalian peripheral neurons in part through the mechanically gated ion channel PIEZO2. Proc Natl Acad Sci U S A, 2022, 119(21): e2115821119.