노벨상으로 주목받은 PIEZO2: 신체 감각과 대사를 연결하는 메카노센서

PIEZO2란 무엇인가: 발견과 연구 배경

2021년 노벨 생리의학상을 계기로 기계적 자극을 감지하는 분자 기전에 대한 관심이 크게 높아졌습니다. 그 중심에 있는 유전자 중 하나가 PIEZO2입니다. PIEZO2는 촉각, 신체 위치 감각, 내장 기관의 기계적 자극을 신경 신호로 전환하는 기계감수성 이온채널로 알려져 있으며, 감각신경과학부터 대사 및 비뇨기 기능까지 다양한 연구 분야에서 주목받고 있습니다.

17세기 데카르트는 신체에 감각 정보를 전달하는 일종의 “신경 끈”과 같은 구조가 존재한다고 추정했습니다. 수백 년 뒤 감각 수용의 분자 기전이 점차 밝혀졌고, 2010년 Patapoutian 연구팀이 Piezo 패밀리를 보고하면서 촉각을 담당하는 분자 기반에 대한 이해가 크게 진전되었습니다. ^[2]

또한 2025년 4월 1일 Cell Metabolism에 발표된 연구에서는 PIEZO2가 통증과 고온 감지에 관여하는 TRPV1 이온채널과 함께 배근신경절(DRG) 뉴런에서 발현되며, 지방조직 감각신경 지배에 중요한 역할을 한다는 점이 제시되었습니다. PIEZO2는 기계적 자극을 신경 신호로 전환할 뿐 아니라 대사 조절에도 관여할 가능성이 있습니다. ^[1]

그림 1. 마우스 Piezo1 및 Piezo2의 진화적 보존성과 발현 프로파일. ^[2]

마우스 연구에서 밝혀진 세 가지 기능

지방 대사를 조절하는 신경 스위치

2025년 2월 Cell Metabolism에 발표된 연구에서는 감각신경세포에서 Piezo2를 특이적으로 결손시킨 마우스에서 체지방량 감소, 인슐린 감수성 향상, 고지방식이 조건에서도 비만이 잘 유도되지 않는 표현형이 관찰되었습니다. ^[3]

해당 연구는 Piezo2를 발현하는 감각신경이 지방 열생성을 억제하는 역할을 한다고 제시했습니다. Piezo2가 결손되면 이러한 억제가 해제되고, 교감신경에서 유래한 노르에피네프린 방출이 증가하며 갈색지방 활성이 강화됩니다. 그 결과 포도당 내성 개선과 간 지방 축적 감소도 관찰되어, 비만 및 당뇨병 연구의 새로운 타겟으로 주목받고 있습니다. ^[3]

자폐 유사 행동과 관련된 10 Hz 자극 반응

2025년 7월 8일 Journal of Nanobiotechnology에 발표된 연구에서는 자폐 모델 마우스의 시상하부 실방핵(PVN)에서 Piezo2 발현이 유의하게 감소되어 있음을 확인했습니다. 이 영역은 사회적 행동을 조절하는 핵심 신경중추입니다. ^[4]

연구팀은 초상자성 나노입자 기반 정밀 자기 자극 시스템(pMSS)을 개발하고, PVN 영역을 10 Hz로 자극했습니다. 그 결과 Piezo2가 특이적으로 활성화되고 칼슘 유입 및 PI3K-Akt 신호 경로가 유도되었으며, 옥시토신 농도는 262 pg/mL까지 증가했습니다. 마우스의 사회적 회피 행동은 유의하게 개선되었고, 7일간의 치료 효과는 최소 28일간 지속되었으며, 외인성 옥시토신 투여보다 우수한 효과를 보였습니다. ^[4]

방광 충만을 감지하는 메카노센서

2021년 10월 8일 JCI Insight에 발표된 연구에서는 방광상피세포의 Piezo2와 Piezo1이 방광 충만 상태를 감지하는 기계감수성 시스템으로 기능한다는 점이 밝혀졌습니다. ^[5]

Piezo2는 주로 방광 표층세포에서 발현되며, Piezo2가 결손된 수컷 마우스에서는 야간 활동기에 요실금이 관찰되었습니다. 또한 Piezo1과 Piezo2를 동시에 결손시킨 마우스에서는 기계적 자극에 대한 반응 감소, ATP 방출 감소, 암컷의 방광활동 저하, 수컷의 incontinence가 보고되었습니다. 이러한 결과는 신경인성 방광 기능장애 및 하부 요로 기능 연구에서 Piezo 채널의 중요성을 보여줍니다. ^[5]

임상 응용을 향한 전망

Piezo2 마우스 연구에서 얻은 결과는 비만, 당대사 이상, 자폐 유사 행동, 방광 기능장애 연구에 새로운 관점을 제공합니다. 비만 연구에서는 PIEZO2를 매개로 한 지방조직 감각신경 지배를 조절함으로써 지방 연소와 에너지 대사를 조절할 가능성이 제시되고 있습니다. ^[1,3]

신경발달질환 분야에서는 PVN의 Piezo2 활성을 정밀 자기 자극으로 조절하는 접근법이 자폐 유사 행동을 개선할 가능성을 보였습니다. 비뇨기 분야에서는 Piezo1/2를 통한 기계감지 기전을 이해함으로써 요폐, 빈뇨, 요실금 등의 병태 해석으로 이어질 수 있습니다. ^[4-5]

다만 PIEZO2는 촉각, 통증, 내장 감각 등 여러 생리 기능에 관여하므로 치료 타겟으로 검토할 때에는 조직 특이성, 투여 방식, 안전성, 장기적 기능 영향을 신중히 평가해야 합니다.

Piezo2 유전자 변형 마우스 모델

KO 마우스 및 조건부 유전자 변형 마우스는 PIEZO2 기능 분석과 약물 효능 평가에 필수적인 연구 도구입니다. 싸이아젠(Cyagen)은 Piezo2 관련 표준화 유전자 변형 마우스 모델을 제공하여 감각신경, 대사, 비뇨기 기능 연구를 지원합니다.

싸이아젠 관련 마우스 모델

고객 발표 문헌(발췌)

Xie MX, Lai RC, Xiao YB, Zhang X, Cao XY, Tian XY, Chen AN, Chen ZY, Cao Y, Li X, Zhang XL. Endophilin A2 controls touch and mechanical allodynia via kinesin-mediated Piezo2 trafficking. Mil Med Res. 2024 Mar 12;11(1):17. doi: 10.1186/s40779-024-00520-z. PMID: 38475827; PMCID: PMC10929226.

참고 문헌

[1] Wang Y, Zhang Y, Leung VH, Seradj SH, Sonmez U, Servin-Vences MR, Xiao S, Ren X, Wang L, Mishkanian SA, Kini SA, Long JZ, Lipomi DJ, Ye L, Patapoutian A. A key role of PIEZO2 mechanosensitive ion channel in adipose sensory innervation. Cell Metab. 2025 Apr 1;37(4):1001-1011.e7. doi: 10.1016/j.cmet.2025.02.004. PMID: 40054462.

[2] Coste B, Mathur J, Schmidt M, Earley TJ, Ranade S, Petrus MJ, Dubin AE, Patapoutian A. Piezo1 and Piezo2 are essential components of distinct mechanically activated cation channels. Science. 2010 Oct 1;330(6000):55-60. doi: 10.1126/science.1193270. PMID: 20813920; PMCID: PMC3062430.

[3] Passini FS, Bornstein B, Rubin S, Kuperman Y, Krief S, Masschelein E, Mehlman T, Brandis A, Addadi Y, Shalom SH, Richter EA, Yardeni T, Tirosh A, De Bock K, Zelzer E. Piezo2 in sensory neurons regulates systemic and adipose tissue metabolism. Cell Metab. 2025 Apr 1;37(4):987-1000.e6. doi: 10.1016/j.cmet.2024.12.016. PMID: 39919739.

[4] Liu S, Liu X, Duan Y, Huang L, Ye T, Gu N, Tan T, Zhang Z, Sun J. PIEZO2 is the underlying mediator for precise magnetic stimulation of PVN to improve autism-like behavior in mice. J Nanobiotechnology. 2025 Jul 8;23(1):494. doi: 10.1186/s12951-025-03557-x. PMID: 40624676; PMCID: PMC12235948.

[5] Dalghi MG, Ruiz WG, Clayton DR, Montalbetti N, Daugherty SL, Beckel JM, Carattino MD, Apodaca G. Functional roles for PIEZO1 and PIEZO2 in urothelial mechanotransduction and lower urinary tract interoception. JCI Insight. 2021 Oct 8;6(19):e152984. doi: 10.1172/jci.insight.152984. PMID: 34464353; PMCID: PMC8525643.

MouseAtlas와 싸이아젠의 연구 지원

자주 묻는 질문

PIEZO2는 어떤 유전자입니까?

PIEZO2는 기계적 자극을 세포 내 신호로 전환하는 기계감수성 이온채널과 관련된 유전자입니다. 촉각, 고유수용감각, 내장 감각 연구에서 중요한 분자로 다뤄집니다.

Piezo2 Knockout(KO) 마우스는 어떤 연구에 활용됩니까?

Piezo2 Knockout(KO) 마우스는 기계감각, 통증, 지방 대사, 방광 기능 등 Piezo2 결손에 따른 생리 기능 변화를 분석하는 연구에 활용될 수 있습니다.

Piezo2-flox 마우스의 장점은 무엇입니까?

Piezo2-flox 마우스는 Cre 계통과 조합하여 특정 세포나 조직에서 Piezo2를 조건부 녹아웃(cKO)할 수 있어, 전신 결손 모델로 분석하기 어려운 조직 특이적 기능 연구에 적합합니다.

PIEZO2는 대사 연구와 어떤 관련이 있습니까?

문헌에서는 감각신경의 Piezo2가 지방조직 신경 지배와 전신 대사 조절에 관여하는 것으로 제시되어, 비만 및 당대사 이상 연구의 새로운 타겟으로 주목받고 있습니다.

PIEZO2 타겟 치료 연구에서 고려해야 할 점은 무엇입니까?

PIEZO2는 촉각, 통증, 내장 감각 등 다양한 생리 기능에 관여하므로, 치료 연구에서는 표적 조직, 투여 방식, 작용 지속 시간, 안전성을 신중히 평가해야 합니다.