钙离子结合肌钙蛋白C通过机械感知或细-粗肌丝信号通路激活大鼠心肌粗肌丝的机制研究

本研究针对心脏收缩过程中粗肌丝（含肌球蛋白）激活机制这一未解之谜，通过构建无法结合钙离子的肌钙蛋白C（TnC）突变体E76A，结合X射线衍射和荧光探针技术，证实大鼠心肌小梁的粗肌丝激活完全依赖于钙离子对细肌丝（含肌动蛋白）的激活，否定了钙离子直接调控粗肌丝的假说，为心脏收缩调控机制提供了关键证据。

　　

心脏每一次跳动都依赖于精密的分子调控。当钙离子涌入心肌细胞时，会结合细肌丝上的肌钙蛋白C（troponin C, TnC），解除肌动蛋白（actin）上肌球蛋白（myosin）结合位点的阻断。但鲜为人知的是，心肌粗肌丝中的肌球蛋白在静息时会像弹簧一样折叠成螺旋结构，而它们如何响应钙信号释放出来参与收缩，一直是三大假说争论的焦点：粗肌丝自身能否感知机械力？细肌丝会传递信号吗？还是钙离子能直接激活粗肌丝？

来自英国研究团队在《Journal of Molecular and Cellular Cardiology》发表的研究给出了明确答案。研究人员通过基因改造构建了丧失钙结合能力的TnC突变体E76A，将其置换到大鼠心室小梁中。当这些标本接触钙离子时，完全无法产生收缩力。通过同步辐射X射线衍射观测肌球蛋白螺旋结构的解离，以及荧光标记的肌球蛋白调节轻链（RLC）构象变化，发现所有粗肌丝激活特征均随TnC功能丧失而消失。这证实粗肌丝激活必须通过细肌丝介导的机械感知或细-粗肌丝信号通路。

关键技术包括：1）构建E76A-TnC突变体并通过Western blot验证置换效率；2）温度跳跃法（2°C→27°C）激活标本以保持结构稳定性；3）X射线衍射分析粗肌丝周期性变化；4）RLC荧光探针监测肌球蛋白构象。

主要结果
Preparation of E76A TnC
成功表达含Cys55/62突变且E76A取代的人源TnC，该突变体经NMR证实丧失钙结合能力。

Exchange of E76A for native troponin C
Western blot显示天然TnC被完全置换。含E76A的小梁在pCa 6.07-4.7范围内均无主动收缩力，而对照组力值达12 mN/mm²。

Discussion
研究否定了钙离子直接激活粗肌丝的假说，证明TnC介导的细肌丝激活是必要前提。这一发现为理解心力衰竭等疾病中收缩异常提供了新视角——靶向细肌丝信号通路可能比直接干预粗肌丝更有效。

该研究通过精巧的蛋白质工程与多尺度结构生物学技术，解决了心脏生理学领域长期争议。其结论不仅完善了肌肉收缩理论框架，更为开发新型正性肌力药物指明了方向：调控细肌丝激活后的下游信号传递，或许比直接靶向粗肌丝更具治疗潜力。