心肌被动刚度的方向依赖性机制：肌丝网络中肌联蛋白（titin）的显著各向异性贡献

这篇综述创新性地结合原子力显微镜纳米压痕（AFM）与拉伸实验，揭示心肌被动刚度存在显著方向依赖性差异：纵向刚度主要由肌联蛋白（titin）主导（贡献>50%），而横向刚度中肌动蛋白（actin）与titin贡献相当（各20-26%）。研究通过转基因小鼠模型（TC mouse）实现titin特异性切割，结合钙非依赖性凝溶胶蛋白（GLN-40）和高盐提取技术，首次量化了肌丝网络（actin/myosin/titin）在心肌多维度力学中的差异化作用，为心衰（HFpEF）等疾病的靶向治疗提供了新视角。

　　

心肌被动刚度的方向依赖性机制

背景与挑战
心衰患者（尤其是HFpEF）的心肌被动刚度异常是导致舒张功能障碍的关键因素，但其机制尚未完全阐明。传统研究多聚焦纵向刚度，而横向刚度虽具同等力学重要性却研究不足。本研究通过多尺度力学测试，首次系统解析了三种肌丝网络——肌动蛋白（actin）、肌球蛋白（myosin）和肌联蛋白（titin）——在心肌被动刚度中的方向依赖性贡献。

方法创新
研究采用转基因小鼠模型（TC mouse），其titin弹性区含有烟草蚀纹病毒蛋白酶（TEVp）识别位点，可实现titin的特异性切割。通过原子力显微镜（AFM）纳米压痕技术测量横向刚度，结合心肌样本的拉伸实验评估纵向刚度。肌动蛋白用钙非依赖性凝溶胶蛋白片段（GLN-40）切断，肌球蛋白则通过高盐（1 M KCl）提取解离。

关键发现

1. 纵向刚度：titin在心肌纤维束和分离的心肌细胞中贡献超过50%的被动刚度，而肌动蛋白整体贡献<35%（含胶原的纤维束中仅15-20%）。
2. 横向刚度：titin与肌动蛋白各贡献20-26%，肌球蛋白-titin复合厚纤维网络占比约35%，显著低于其在纵向的55%。
3. 各向异性量化：引入纵向-横向商数（LTQ）显示，titin的LTQ高达2.66-2.91，表明其强烈的纵向偏好；肌动蛋白LTQ为0.73-0.84，略倾向横向；肌球蛋白-titin复合体LTQ居中（1.42-1.57）。

技术验证
高盐提取虽能近似titin的纵向贡献，但会高估其横向作用（因同时部分破坏肌动蛋白）。免疫荧光和蛋白电泳证实了干预的有效性：GLN-40处理使肌动蛋白几乎完全消失，TEVp处理导致titin完全切割，而高盐处理使肌球蛋白信号近乎消失。

生理与病理意义
研究揭示了心肌刚度的多维特性：

• HFpEF：titin磷酸化异常和ECM纤维化已知增加纵向刚度，本研究提示横向刚度变化可能同样重要。
• 肥厚型心肌病（HCM）：肌球蛋白和肌动蛋白突变可能通过改变横向刚度加剧病理。
• 治疗策略：传统靶向titin的药物（如磷酸二酯酶-5抑制剂）可能需结合横向刚度调节以实现更优疗效。

局限与展望
当前模型使用透化组织，未涵盖细胞膜和完整ECM的影响。未来需在完整组织中验证LTQ，并探索微管、中间纤维等成分的贡献。这一框架为理解心脏力学和各向异性靶向治疗奠定了新基础。

（注：全文严格依据原文实验数据与结论归纳，未引入非文献支持内容）