心肌细胞之四:追源溯流及心肌丝的长度依赖性激活
一般来说,每一个研究者的研究生导师或早期合作者对其研究和管理实验室的风格有不可磨灭的影响,也是我们讲的“一日为师,终身为父”的传承 。了解一下论文作者的实验室、研究经历,阅读其合作者的论文都非常有助于开阔视野、加深我们对某一个知识点的理解。如此系列中“3”,我们去了解了Dr. Janssen的一些科研经历,其次,我们可选读该作者的合作实验室的论文来读。在PubMed追溯Dr Janssen的早期研究论文时,可以注意到有几篇文章的合作者为Dr de Tombe。
Dr de Tombe几年前从伊利诺州立大学芝加哥分校挪到同城的洛约拉(Loyola)大学, 升任系主任,这位学富五车的学者在学术会议上是极其的谦虚腼腆,并不容易“陶瓷”。 据我们来自哥伦比亚心内科医生Gustavo同学的 “研究成果”,Dr. de Tombe实验设施虽然巧琢天工,但徒儿们独立出来后还能复制出来并不容易,这个我信。当年老板跟他合作一段时间后,回我们学校专门设了一套在实验室,我们几个研究生奋战了半年,得了无数貌似漂亮的曲线,但等老板去趟芝加哥回来,否了。 Dr. de Tombe实验的对象包括心脏小梁、单细胞和单个肌纤维,下面是他网页上的一张漂亮的心肌细胞图【1】。
Dr. de Tombe 利用严谨的实验结果推动了了心肌长度依赖性激活理论的发展,他在2016的一篇综述‘’Cardiac muscle mechanics: Sarcomere length matters‘’【2】中概述了肌小节的长度并不影响横桥连接循环动力学的实验依据。基于多年心肌细胞和单束肌原纤维的研究实践,他认为行业内对长度依赖性激活机制认识的偏差来自于在拉伸心肌模型中应用了肌肉长度而不是肌小节长度的测定。测量肌小节长度技术使研究者们认识到原来记录到的 “肌肉等长收缩力”不是真正的“等长”,实际上此时肌小节长度已经因实验设置产生的不可避免的粘弹性发生了改变。文中也探讨了肌小节/心肌丝依赖性激活的机制,其一,引述了其他研究者的观点【4】:肌小节长度改变所致的收缩力改变是由紧密连接的横桥数决定,速度一定时收缩力不变;其二,本文作者的研究支持前面的结论,牵拉致肌球蛋白头部顺序改变可即刻反映在随后收缩力的增加;最后,引述Nature发表的观点【5】:肌肉负荷通过内源应力激活了肌球蛋白。
肌原纤维/肌小节的的长度决定了心肌的收缩力,其基础理论是“Frank-Starling Law”,亦称 “Starling's law” 或 “Frank–Starling mechanism”,是压力负荷和每搏输出量随心室容量增加而增加的心脏固有的特性。Wikipedia【3】有一些相关的资料。在实验结果演示上除了一条正常的曲线,还会有对应后负荷和心肌变力状态的曲线组。如下图 【6】。(注:SV, stroke volume, 每搏输出量;LVEDP,left ventricular end-diastolic pressure 左室舒张末期压力)。
【Abstract】Cardiomyocyte4: Digging into the mechanisms of myofilament length-dependent activation. The topic is about Dr. de Tombe’s review “Cardiac muscle mechanics: Sarcomere length matters”. Force development in muscle is determined by both strongly attached cross-bridges and the force generated by them. Authors believe that the sarcomere length and activation are not modulated by cross-bridge kinetics. This review depicts how the traditional method using muscle length yields inconclusive results.
参考文献
1. http://ssom.luc.edu/physio/content/pieterdetombephd/,Mar 31, 2017 查询
2. de Tombe PP, ter Keurs HE. Cardiac muscle mechanics: Sarcomere length matters. J Mol Cell Cardiol. 2016 Feb;91:148-50.
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Frank%E2%80%93Starling_law, Mar 31, 2017 查询
4. D.A. Pavlov, A. Landesberg, The Cross-Bridge Dynamics is Determined by two LengthIndependent Kinetics; Implications on Muscle Economy and Frank-Starling Law, J. Mol. Cell. 2016.
5. M. Linari, E. Brunello, M. Reconditi, L. Fusi, M. Caremani, T. Narayanan, et al., Force
Generation by Skeletal Muscle is Controlled by Mechanosensing in Myosin Filaments, Nature. 2015.
6. Cardiovascular Physiology Concepts, 2nd edition, Lippincott Williams& Wilkins, 2012.
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