心臟被喻為“永不停歇”的器官，它每天跳動約10萬次，泵出約8000升血液。為了應(yīng)對高血壓、運動訓練或疾病帶來的持續(xù)壓力，心臟還需要進行自我調(diào)整，從而改變心肌壁的厚度和幾何形狀。這種器官層面的重塑，主要依賴于心肌細胞自身的生長。

具體來說，心肌細胞可以通過在寬度上增加收縮單元肌節(jié)，使心肌壁變厚，它也可以在增加肌節(jié)使心肌壁變長。前者被稱為向心性重塑，后者稱為離心性重塑。

圖片來源：123RF

異常的向心性重塑常見于高血壓患者，心臟壁變厚但泵血能力尚可維持；異常的離心性重塑則常見于擴張型心肌病，此時心肌壁變薄、心臟腔室擴大，泵血效率下降。這兩種生長方向截然不同，產(chǎn)生的功能后果也具有顯著差異。然而長期以來，科學家并不清楚心肌細胞是如何決定朝哪個方向生長的。

近日，《科學》雜志一項研究揭示了一個關(guān)鍵因素——微管。微管是真核細胞骨架的重要組成部分，由微管蛋白組裝而成，呈中空管狀結(jié)構(gòu)。它們不僅維持細胞形態(tài)，還負責物質(zhì)運輸、RNA定位和蛋白質(zhì)合成。研究表明，微管的穩(wěn)定性，以及聚合與解聚的動態(tài)平衡直接決定了心肌細胞生長的方向。

研究團隊采用了多種實驗?zāi)Ｐ停ㄔ募〖毎囵B(yǎng)、小鼠模型以及人類心臟組織樣本，他們嘗試通過藥物或基因手段調(diào)控了微管的穩(wěn)定性。結(jié)果非常明確，當微管被穩(wěn)定下來，即聚合增強、解聚減少時，心肌細胞的寬度增加，心肌壁變厚；而當微管不穩(wěn)定時，心肌細胞則明顯變長，心肌壁變薄。

進一步的機制研究發(fā)現(xiàn)，微管至少通過兩條通路來執(zhí)行這種“方向指揮”功能。

第一條通路涉及細胞核周圍的空間組織。穩(wěn)定化的微管會與核膜蛋白相互作用，改變信使RNA（mRNA）從細胞核輸出的方向。通常，mRNA會均勻分布到細胞質(zhì)各處，但當微管穩(wěn)定時，mRNA被優(yōu)先引導(dǎo)至細胞核的短軸方向，即細胞寬度方向。這導(dǎo)致新合成的蛋白質(zhì)也主要堆積在細胞兩側(cè)，從而使細胞變寬。反之，微管去穩(wěn)定時，mRNA和蛋白質(zhì)合成更傾向于向細胞兩端分布，促使細胞伸長。

▲研究示意圖（圖片來源：參考資料[1]）

第二條通路與閏盤的結(jié)構(gòu)重塑有關(guān)。閏盤是相鄰心肌細胞之間的連接結(jié)構(gòu)，負責機械耦聯(lián)和電信號傳導(dǎo)。研究發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定微管能夠迅速強化閏盤的黏附結(jié)構(gòu)，使其更加緊致。而去穩(wěn)定微管則會破壞閏盤結(jié)構(gòu)，削弱細胞間的連接。實驗表明，人為破壞閏盤黏附本身就能導(dǎo)致心肌細胞伸長，并使新合成的收縮蛋白優(yōu)先整合到細胞兩端。

在體內(nèi)實驗中，小鼠心臟重塑模型表現(xiàn)出與細胞實驗一致的模式。更有意義的是，人類心臟樣本也呈現(xiàn)出相同規(guī)律：在心臟功能惡化的擴張型心肌病患者樣本中，閏盤結(jié)構(gòu)松散，心肌細胞明顯拉長，心臟腔室擴大。

研究者指出，長期以來，科學界知道心肌細胞會隨人的年齡和生理條件改變其長寬比例，但背后的分子決策機制一直是個謎。通過這項研究，人們了解了是什么在執(zhí)行這項工作、又是什么在引導(dǎo)它，這為干預(yù)這些機制、糾正異常生長打開了大門。

比如研究發(fā)現(xiàn)，一條名為ERK的常見信號通路是調(diào)控微管“貨物配送”方向的關(guān)鍵控制器。這意味著，未來可能通過靶向ERK通路或直接調(diào)控微管的穩(wěn)定性，引導(dǎo)心臟朝著有利的方向重塑，從而延緩甚至阻止心力衰竭的進程。

參考資料：

[1] Emily A. Scarborough et al, Microtubule dynamics control the direction of cardiomyocyte growth, Science (2026). DOI: 10.1126/science.adz1970

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