在神经科学领域,准确可靠的激活或抑制特定类型、特定区域的神经元细胞,是研究神经系统功能所需的重要手段。当前广泛使用的光遗传学方法是将光纤插入到特定的脑区,再使用不同波长的光来激活或沉默特定的神经元。其主要的缺点是需要通过颅内手术来埋植光纤,不仅繁琐且对动物有损伤。因此,我们期待寻找到一种能够克服这些缺点的新方法。已有研究表明超声作为刺激信号可以很容易的聚焦到深部脑区,且不会影响到相邻组织,对于大脑无侵入性,无明显损害。而超声作为一种机械刺激,会激活细胞膜上的机械敏感离子通道,使其开放,并导致细胞膜电位的变化,最终改变细胞的兴奋性。为了验证这一方案的可行性,我们选用MscL(Mechanosensitive Channel of Large conductance)作为超声作用于细胞的介质,调控细胞的兴奋性。MscL是在原核生物上广泛表达的机械敏感离子通道,在真核生物上没有分布。它的单体由136个氨基酸组成,且以五聚体的形式在细胞膜上形成受膜张力调控的离子通道。其具有机械门控,大电导,无离子选择性,蛋白结构简单,能够在真核细胞内稳定表达上膜等一系列特点,使其能够成为一个优秀的分子开关,对真核细胞进行一系列的调控。在本研究中,我们发现当使用高强度超声波刺激神经元时,在激光共聚焦显微镜下检测到胞内钙水平升高,同时在电生理实验中能记录到神经元电活动。而低强度的超声波刺激并不引起神经元响应。我们尝试通过表达机械敏感性通道于神经元上来降低超声波刺激神经元响应的阈值。当将原核生物机械敏感通道MscL表达于真核细胞系HEK293T和哺乳动物的神经元上,发现其分布于细胞膜上和胞质中,并且在细胞膜上的MscL仍具有通道活性,但通道的电导相较于原核生物上有所降低。我们用超声波刺激MscL-WT和突变体I92L表达的神经元,无论是WT或者是I92L均可以被超声波打开,但突变体I92L所需的强度更低。同时在低强度超声刺激下还记录到神经元动作电位的连续发放。当使用钠通道抑制剂后,仍能记录到MscL通道的开放,然而不再有动作电位的发放。我们还通过脉冲超声波来调控神经元动作电位的发放频率。在相同超声强度下,随着刺激时间的延长动作电位的发放次数会增多;在相同超声刺激时间内,提高超声波强度能增加动作电位的发放频率。综上所述,我们的结果揭示了在单细胞水平上,超声控制MscL的开放,并进一步调控神经元的兴奋性是可行的。以上的数据为将来超声-MscL介导细胞兴奋性这一方法在活体上的应用提供了指导方针,对声遗传学这一新兴的领域具有重要的意义。