聽覺的產生依賴于耳蝸內的機械電轉導機制，該機制能將機械力轉化為電信號�？碌偈掀鳎╫rgan of Corti）是聲音引發機械電轉導的起始部位，人類的柯蒂氏器包含超過 16,000 個特殊的機械感受毛細胞，這些毛細胞按音調排列。

毛細胞頂端的靜纖毛對周圍物理環境的位移高度敏感，靜纖毛通過頂端連接（tip-link）相互連接，形成高度分級、類似樓梯狀的毛束結構。毛細胞的機械敏感性極高，能對廣泛頻率的聲音做出響應，在聽覺閾值下，基底膜振動幅度小于 0.1nm，而聽覺系統能響應的聲音壓力范圍從 0dB 到超過 100dB，聲音幅度差異可達十萬倍。

當聲音引起毛細胞的毛束偏轉時，會拉伸靜纖毛之間的頂端連接，頂端連接將力傳遞給機械電轉導（MET）通道，從而激活這些通道。陽離子通過 MET 離子通道流入細胞，使毛細胞去極化并釋放神經遞質，傳遞感覺信息。然而，盡管對聽覺轉導的理解有了一定進展，但聲音轉化為電信號的精確分子機制在過去四十多年里一直是個謎。目前的主流理論認為，毛細胞通過毛束尖端的機械門控離子通道對偏轉做出反應。

一種蛋白若要被認定為真正的聽覺機械轉導離子通道，必須滿足多個嚴格標準：它必須是能被機械刺激激活的離子通道，且直接參與毛細胞初級感覺細胞的機械轉導過程；其定位也很關鍵，必須存在于靜纖毛尖端，這是機械刺激轉化為電信號的特定亞細胞結構；此外，該通道缺失應導致毛細胞 MET 電流消失和失聰，表明其在機械轉導過程中不可或缺�；�于這些標準，本文回顧了近期研究進展，發現有充分證據表明 TMC1 和 TMC2 蛋白就是人們長期尋找的聽覺轉導 MET 通道。

跨膜通道樣蛋白（TMC 蛋白）是一類在動物界廣泛表達的跨膜蛋白，擁有一個約 120 個氨基酸的保守結構域 ——TMC 結構域。在人類和小鼠中，已鑒定出 TMC 蛋白家族的八個成員（TMC1 - TMC8）。

其中，TMC1 在耳蝸（出生后第 3 天開始表達，P5 時穩步增加）和前庭毛細胞中持續表達，而其密切相關的旁系同源蛋白 TMC2 在耳蝸毛細胞中短暫表達（出生后 7 天內），但在前庭毛細胞中持續表達。這兩種蛋白主要定位于哺乳動物毛細胞的機械轉導位點 —— 靜纖毛尖端。

TMC1 最初被確定為導致進行性聽力損失（DFNA36）和嚴重先天性耳聾（DFNB7/B11）的耳聾基因，對耳蝸和前庭系統中毛細胞的功能至關重要。在小鼠中，TMC1 缺失或其突變體（如 Beethoven（Bth）和 deafness（dn）模型）會導致失聰。TMC2 缺失對聽覺功能的最終發育沒有影響，因為在發育過程中有一個階段（出生后 7 天內）TMC2 占主導地位，之后會被 TMC1 取代。而 TMC1 和 TMC2 同時缺失會導致嚴重的聽力和平衡障礙。

為探究 TMC1 和 TMC2 蛋白將機械刺激轉化為電脈沖的可能性，研究人員對Tmc1或Tmc2突變小鼠的毛細胞進行了電生理記錄。最初對Tmc1突變小鼠（Bth和dn品系）耳蝸毛細胞的電生理研究表明，P6 - 8 時外毛細胞的 MET 電流仍然存在，因此曾有人推斷 TMC1 對 MET 電流并非必需。但后來發現，TMC2 缺陷會導致出生后第一周毛細胞的 MET 電流受損，而Tmc1^?/?; Tmc2^?/?小鼠的毛細胞則完全失去對機械刺激的反應。

綜合這些結果表明，小鼠內耳毛細胞的機械轉導需要 TMC1 和 TMC2 基因。進一步研究發現，在Tmc1^?/?; Tmc2^?/?小鼠的毛細胞中過表達 TMC1 或 TMC2 足以恢復機械敏感性，這表明它們在介導 MET 電流方面具有冗余功能。有趣的是，表達 TMC2 只能部分恢復 TMC1 功能障礙的失聰小鼠的聽力，且其聽覺功能會逐漸惡化，這表明這些蛋白質在聽覺轉導中發揮相似但并不完全相同的功能。

此外，當 TMC1 發生突變時，毛細胞的 MET 電流特性會改變，如 Ca²⁺通透性和單通道電導發生變化，這有力地證明了 TMC1 作為初級感覺毛細胞中機械轉導離子通道的作用。

早期研究發現 TMC1 突變小鼠出現耳聾表型，Tmc1^?/?;Tmc2^?/?毛細胞中機械轉導電流缺失，且 TMC1 和 TMC2 定位于聽覺機械轉導位點（靜纖毛尖端），這些發現使 TMC1/2 成為聽覺 MET 通道的有力候選者。然而，許多其他與耳聾相關的基因也符合這些標準，要確定 TMC1/2 作為聽覺 MET 離子通道的作用，關鍵是要證明它們確實是能被機械力門控的離子通道。最關鍵的實驗是測試 TMC1/2 的異源表達能否賦予非機械敏感系統（如 HEK293 細胞系）機械敏感性。但不幸的是，在培養細胞中表達 TMC1/2 時，它們會被困在內質網中，無法定位到細胞膜上，這阻礙了功能檢測。

此前研究利用蛋白脂質體繞過了這一技術難題。研究人員成功純化了綠海龜的Chelonia mydas TMC1（CmTMC1）和虎皮鸚鵡的Melopsittacus undulatus TMC2（MuTMC2），并將它們整合到人工脂質體的膜表面。值得注意的是，海龜和鳥類與哺乳動物類似，其毛細胞中通常具有頂端連接結構。脂質體中的 CmTMC1 和 MuTMC2 蛋白表現出離子通道活性，通道電導分別為 40.5 ± 2.2pS 和 35.5 ± 2.2pS，并且它們對負壓機械刺激均表現出劑量依賴性反應。此外，具有哺乳動物相應耳聾突變的 CmTMC1 機械敏感性受損，進一步支持了其作為機械門控離子通道孔形成亞基的作用。

盡管從脊椎動物 TMC1/2 的重組蛋白脂質體中獲得了初步證據，但這種方法存在技術難題，難以進行進一步實驗。首先，純化高質量的 TMC1/2 蛋白用于功能實驗要求很高，尤其是處理 TMC1 的幾種突變蛋白時，需要付出大量努力。而且，哺乳動物 TMC1/2 是否為機械門控離子通道仍有待探索。使哺乳動物 TMC1/2 在異源培養細胞系統中實現膜轉運，有助于在天然細胞膜內表征其 MET 通道特性，為其作為聽覺機械轉導器的功能提供關鍵證據。

近期研究通過點突變策略和全基因組 CRISPRi 篩選，在異源細胞中構建了靶向膜的小鼠 TMC1/2，使其表現出機械門控電流。CRISPRi 篩選發現，抑制 ARL1、RGP1 和 UROD 轉錄可使全長人類 TMC1/2 在細胞表面表達。首次揭示了人類 TMC1/2 在質膜上的定位能對培養細胞中的戳刺刺激做出強烈反應。異源表達的人類 TMC1/2 分別表現出拉伸激活電流和明顯的單通道活性，單通道電導分別為 51.44 ± 4.81pS 和 49.65 ± 5.91pS。有趣的是，與耳聾相關的突變會影響在培養細胞中記錄到的 TMC1 的反轉電位，這確立了哺乳動物 TMC1/2 作為孔形成機械轉導通道的地位。

總之，重組蛋白脂質體方法揭示了脊椎動物 TMC1 和 TMC2 固有的機械敏感性，而異源表達人類 TMC1/2 的證據進一步支持了人類 TMC1/2 是孔形成、機械門控離子通道的觀點。這些體外研究結果與先前研究一起，滿足了 TMC1/2 被認定為聽覺機械感覺分子轉導器的必要和基本標準，推動了人們對聽覺機械轉導機制的理解。

既然 TMC1/2 已被確定為聽覺中的機械轉導離子通道，該領域的研究重點便轉向闡明其門控機制。在毛細胞中，頂端連接將機械力傳遞給機械轉導離子通道，從而激活這些通道。頂端連接由 PCDH15 和 CDH23 組成，它們連接著較低和較高的靜纖毛。光漂白結果表明，每個靜纖毛尖端的 MET 通道數量在 8 - 20 個之間，這與電生理結果相符，即靜纖毛尖端激活的 TMC 蛋白數量多于頂端連接的數量。這些結果表明，TMCl 和 TMC2 蛋白可能通過頂端連接拉伸時的膜變形來檢測機械力，而無需與連接結構直接物理接觸。

此前有人提出，靜纖毛尖端用于聽覺機械轉導的 MET 通道可由頂端連接或膜張力門控。本文提出了一種綜合模型，即系鏈門控和膜張力門控機制協同作用，有助于毛細胞中機械轉導離子通道 TMC1/2 的敏感和動態激活。在初始激活過程中，與頂端連接相連的 TMC1/2 首先通過蛋白質 - 蛋白質相互作用被激活（系鏈門控模型），這種方式足夠敏感，能對最細微的機械刺激做出反應。隨著機械刺激增強，膜變形更加明顯，未直接與頂端連接結合的 TMC1/2 蛋白會逐漸被頂端連接傳遞到膜上的力激活（膜張力門控模型）。TMC1/2 蛋白的這種逐步激活是由于機械應力逐漸增加以及變形在膜上的傳播。TMC1/2 蛋白的分級激活確保了細胞能夠根據刺激強度調整反應，實現感覺輸出的精細調節。這種聯合激活模型符合聽覺轉導中高敏感性和對寬范圍聲音幅度（0 - 100dB，兩個極端之間聲音幅度相差十萬倍）響應的能力。

關于 TMC1/2 激活的膜張力門控模型與近期研究中異源表達的 TMC1/2 在沒有 PCDH15 和 LHFPL5 的情況下仍能在體外被激活的發現相符。這引發了一個進一步的問題，即 TMC1/2 的膜張力機械門控是否需要其他輔助亞基的參與，如跨膜內耳蛋白（TMIE）和鈣整合素結合蛋白（CIB2）。毛細胞的電生理記錄表明，沒有 TMIE 時，MET 通道仍能被門控，只是幅度較小。CIB2/3 通過 TMC1/2 的 TM2 - 3 細胞內結構域與 TMC1/2 相互作用，這種結合由一個保守的 CIB 疏水凹槽促進，其結構與 KChIP1 與 Kv4 的結合相似，而 Kv4 在沒有 KChIP1 的情況下也是電壓門控的。因此，即使沒有 CIBs，TMC1/2 也可能具有機械敏感性。類似地，MyoD 家族抑制蛋白作為輔助亞基與 PIEZO1/2 通道結合并影響通道失活，而 PIEZO1/2 在沒有這些亞基的情況下也是公認的固有機械敏感離子通道。這些輔助亞基在體內可能對 TMC1/2 轉運到靜纖毛尖端或調節 MET 電流特性起著關鍵作用，而不是 TMC1/2 固有機械敏感性所必需的，這與重組到蛋白脂質體中的純化 TMC1/2 表現出強大的機械敏感性一致。在 TMIE 和 CIB2 基因敲除的情況下，TMC1/2 無法定位在毛束中，這支持了 TMIE 和 CIB2 在 TMC1/2 轉運中的作用，而不是其固有機械敏感性所必需的。

對人類 TMC1 在脂質膜環境中的分子模擬提出了膜張力門控機制中的兩種激活狀態：初始張力觸發中間狀態，此時 TM4/TM6 伸直使孔變寬，重新定向的脂質頭部基團暫時阻塞滲透途徑；在更高的張力下，TM4/TM6 進一步分離，阻塞的脂質橫向移動，形成由脂質頭部基團排列的親水性腔，使離子能夠在傳導狀態下通過。TMC1 這種假定的蛋白脂質滲透途徑與最近公布的 OSCA 通道開放狀態模型相符，OSCA 通道與 TMC1/2 在結構上屬于同一超家族。

關于聽覺機械轉導的分子機制存在多種觀點，眾多候選蛋白被提出。其中，TMC1 和 TMC2 作為響應聽覺刺激的機械傳感器脫穎而出，它們滿足作為主要聽覺轉導器的所有標準：TMC1 缺陷會導致聽力損失表型；TMC1/2 在毛細胞靜纖毛尖端表達，這是聽覺機械轉導發生的部位；TMC1/2 是毛細胞機械轉導電流所必需的；異源表達顯示它們是機械門控離子通道。

TMC1/2 在靜纖毛尖端的聽覺機械轉導潛在模型表明，系鏈門控和膜張力門控模型共同發揮作用。最初，與頂端連接相連的 TMC1/2 通過蛋白質 - 蛋白質相互作用被激活（系鏈門控模型），對細微刺激做出反應。隨著刺激增強和膜變形增加，靜纖毛尖端未與頂端連接相連的其他 TMC1/2 蛋白逐漸被激活（膜張力門控模型）。這種分級激活使毛細胞能夠在聽覺轉導中對寬范圍的聲音幅度做出響應。

對 TMC1 和 TMC2 門控機制的進一步研究將深入揭示聽覺機械轉導的分子基礎。未來研究需要確定 TMC1/2 與 PCDH15 之間的相互作用界面，以探索力如何通過與頂端連接的蛋白質相互作用施加到哺乳動物 TMC1/2 上。了解 TMC1/2 的離子滲透途徑和膜張力門控，需要確定其孔形成區域和機械敏感性所需的結構域，并闡明 CIB2/3 和 TMIE 等輔助亞基的調節作用。近期膜靶向 TMC1/2 異源表達的進展將有助于通過電生理篩選確定 TMC 蛋白中的離子滲透途徑和機械敏感結構域，也可在體外重建系鏈門控過程，精確研究頂端連接蛋白傳遞的力如何導致 MET 通道孔開放。此外，TMC1/2 的蛋白脂質體重組可用于研究脂質相互作用如何影響 TMC1/2 通道的機械敏感特性。PCDH15/LHFPL5 復合物和 TMC1/2 復合物的冷凍電鏡結構為未來系鏈門控研究奠定了結構基礎。OSCA 通道門控循環的突破為 TMC 蛋白家族研究帶來了重要的機制啟示，OSCA/TMEM63 蛋白家族與 TMC 家族在結構上屬于同一超家族，OSCA 通道開放狀態突出了結合脂質在通道門控中的作用以及脂質作為離子滲透途徑壁的作用，為研究 TMC1/2 的膜門控提供了可能的工作模型。此前研究表明機械敏感離子通道 NOMPC 通過系鏈機制門控，秀麗隱桿線蟲中 UNC - 44 / 錨蛋白是 TMC1 機械轉導的重要組成部分，而力是否可能從細胞內側傳遞到 TMC1/2 以及毛細胞靜纖毛中這種細胞內系鏈的分子身份仍有待進一步研究。

確定 TMC1/2 的機械敏感性促使人們進一步研究 TMC 蛋白家族的其他成員（TMC3 - 8）。TMC 家族的所有八個成員都成為了一個有影響力的研究領域。例如，表達 TMC3 的肺神經在呼吸周期中可誘導支氣管收縮和擴張；TMC6 或 TMC8 的純合突變與疣狀表皮發育不良（EV）相關，這是一種嚴重的遺傳性皮膚病，約一半病例會進展為皮膚癌；TMC7 突變的小鼠表現出雄性不育和精子發生的顯著缺陷。TMC3 - 8 蛋白相關的多樣表型凸顯了它們的關鍵生理功能，而這些功能與 TMC 蛋白機械敏感性之間的關系需要深入研究。TMC 蛋白家族機械敏感性的進化路徑表明，TMC 蛋白可能在生命早期就開始作為機械門控通道進化，在秀麗隱桿線蟲、果蠅甚至單細胞生物等低等無脊椎動物中都有 TMC 蛋白存在的證據。例如，秀麗隱桿線蟲的 TMC - 1 參與輕觸敏感性，果蠅的 TMC 參與運動和食物質地檢測。這些發現表明 TMC 蛋白在不同物種的機械感覺中發揮作用，TMC 蛋白家族在進化過程中何時以及如何獲得機械敏感性，以及這種機械敏感性在動物界（包括脊椎動物和無脊椎動物）中是否保守以及如何保守，都需要進一步探索。