第 93 章：肌源性张力与机械转导（Myogenic Tone and Mechanotransduction）

作者：Michael A. Hill & Gerald A. Meininger（Dalton Cardiovascular Research Center and the Department of Medical Pharmacology and Physiology, University of Missouri, Columbia, MO）

肌源性反应在微循环控制中的地位：简介、历史背景与生理意义

机械转导（mechanotransduction）指将机械刺激转化为一系列生化反应与细胞反应的过程。这一能力是所有细胞共有的特性，并非仅限于经典的机械感受器（如毛细胞、压力感受器、皮肤、骨骼肌机械感受器）。机械信号广泛参与细胞的位置定位与黏附、收缩激活、对剪切应力的反应以及发育/生长等多种事件。本章聚焦于小动脉平滑肌细胞如何感知并响应管腔内压力的变化（即肌源性反应或肌源性反应性），以及该反应如何通过急性调节血管口径参与局部血流动力学的控制。需要指出，即使是在血管平滑肌细胞对管腔内压力变化的响应这一情境下，该机械刺激仍可能同时激活多条信号通路——除收缩外，还包括影响基因表达以及短/长程合成与表型变化的通路，最终导致血管重塑。

肌源性反应通常表现为：管腔内压力升高时血管收缩，压力降低时血管舒张。该压力诱导反应独立于内皮，无需神经体液输入；管腔内压力对血管平滑肌细胞的直接机械作用即可引发一定程度的收缩激活。基础血管张力被理解为血管在血管内压力作用下被牵张所产生的部分紧张性激活。综合来看，血管的肌源性特性既可以表现为对管腔内压力急性改变的动态收缩激活变化，也可以表现为更为稳定的激活状态（即张力）。

血管肌源性反应的首个描述一般归于 1902 年的 Bayliss。他观察到阻断主动脉后下肢体积增大，并将其归因于血管平滑肌的压力或牵张依赖性舒张反应；并进一步在狗离体颈动脉段上观察到压力诱导的收缩反应。在 Bayliss 工作之后，血流控制领域被代谢学说所主导，直到 Folkow 的研究重新唤起对肌源性反应的关注。Folkow 证明去神经制备可发展出压力依赖性血管张力，并发现血流的自动调节部分可由非神经性的、压力依赖性机制解释。1960—1970 年代，体内制备与视频显微镜使肌源性反应可在组织水平直接研究；随后，肌描记器的发展以及对小动脉的分离与插管使压力诱导的血管收缩可在单根血管上研究；荧光指示剂（如钙指示剂 fura-2、fluo-4）、药理学抑制剂、锐电极记录以及微生化方法的应用进一步推动了对细胞信号机制的直接研究；许多完整体研究随后被单细胞研究（如膜片钳、原子力显微镜）所补充。

肌源性反应对心血管控制及生理意义的总体贡献在于它对基础外周血管阻力的设定作用。基础水平的血管张力提供了收缩激活的基态（即部分收缩），血管扩张剂或收缩剂可在此基础上调控外周阻力。这种血管阻力的精细调节对匹配血流与代谢需求以及血压控制具有重要意义。在组织灌注与代谢需求的匹配方面，肌源性反应在局部血流的自动调节中扮演关键角色——在代谢需求恒定的条件下，跨一定灌注压力范围血流保持相对恒定。肌源性收缩的另一后果是调控毛细血管压力，因为压力诱导的小动脉收缩可限制系统压力的升高传递至交换血管，从而防止过度的液体渗漏和水肿形成。这一肌源性反应的作用在肾血管床中尤为重要，可保护血管免受高压造成的物理损伤，曾有观点认为此机制相对血流调节具有优先权；但总体而言，证据支持肌源性反应与血流自动调节之间的关联较其与活动性毛细血管压力调节之间的关联更为密切。肌源性反应所扮演的多重角色共同强调了其在局部血管调节中的根本意义。

肌源性反应与其他血管调节机制的相互作用

肌源性反应虽然突出地参与基础血管张力的设定，但它并非孤立存在，而是受多种血管调节机制所调控。例如，肾上腺素受体刺激可通过下游信号机制的相互作用在某些血管床中增强肌源性血管收缩。相反，现存的肌源性张力水平又常影响其他调节机制的有效性。这一现象在大鼠后肢与内脏循环的体内研究中得到了清晰展示：在这些研究中，当以血管紧张素 II 或苯肾上腺素灌注以诱发全身性高血压时，若保护这些血管床免受压力升高，则其后肢或内脏血管阻力的局部增加可被显著削弱；也就是说，尽管循环中存在激动剂，在缺乏额外压力刺激的情况下血管收缩反应显著减小。其结论是：在激动剂诱导的收缩激活过程中，压力依赖性自动调节事件被激活——肌源性机制响应由激动剂直接受体介导反应所引起的血管压力变化。因此，对局部血管阻力的净效应是神经体液与肌源性两部分的复合。

虽然目前已接受肌源性反应独立于内皮而发生，但显然内皮细胞能够调节压力诱导的肌源性张力。在流量与压力受控的条件下对插管小动脉的研究中，Kuo 等人证明管腔内血流可使压力—直径关系上移，从而在各研究压力下肌源性张力均被削弱。此类相互作用主要通过内皮来源的旁分泌因子（如一氧化氮）的释放以及内皮与平滑肌细胞经由肌内皮缝隙连接的直接耦联而实现。综合而言，这些机制使血管表现出整合性的现象，例如传导性血管运动反应与流量依赖性血管运动反应，从而在整个血管树中实现合胞体样行为与耦联。

机械感受器：压力感知的位置与候选分子

压力诱导的机械转导过程起始于机械感受器（mechanosensor）。对血管平滑肌细胞究竟感知何种变量目前仍不确定，但已有证据支持以下候选机制：压力诱导的管壁张力变化、细胞膜蛋白（如离子通道）的形变、非膜蛋白（包括细胞外基质 ECM 与细胞骨架蛋白）的构象变化、ECM 介导的整合素激活，以及在钙黏素等其他细胞连接位点处的激活。图 93.3 展示了管腔内压力如何被感知的几种可能模型。这些模型虽然以彼此独立的形式呈现，但很可能存在显著的相互作用——例如 ECM—整合素结合可能贡献于收缩激活的调节、肌动蛋白细胞骨架的调控与基因转录。

因此，肌源性机械感受器可能位于细胞膜、细胞黏附位点（基质与/或细胞间连接）或细胞骨架水平，所有这些在机械上均有可能相连。下面将逐一简要讨论这些位置。

细胞膜

管腔内压力产生的机械力被认为直接作用于细胞膜的蛋白质或脂质组分。离子通道蛋白或其他整合膜蛋白（如机械敏感性酶）的形变可能导致其活性变化，从而启动对初始机械刺激的响应。膜的特殊微区（如胆固醇富集的脂筏或小窝）所发挥的作用仍然引人关注。众多研究表明，小窝是众多信号组分的集中位点，包括离子通道以及其活性受脚手架蛋白（如小窝蛋白-1 caveolin-1）调控的胞内酶。与小窝的作用相一致的是，cavolin-1 基因敲除或小窝的急性化学破坏均使肌源性收缩受损。虽然已提出许多潜在机制，但小窝的相关作用很可能总体影响收缩，故其在肌源性信号中的具体作用目前仍不清楚。

整合素、ECM 新型结合位点及其受体

ECM 蛋白与细胞表面的相互作用提供了细胞外基质环境的直接连接以及生理力传递、特定基质蛋白信息传导与信号放大的机制。物理力既可以通过施加于既有连接的应变来影响这一轴线，也可以引起 ECM 蛋白的构象变化与展开，从而暴露细胞膜结合位点（matricryptic sites）。后者得到了以下研究的支持：研究显示在天然基质蛋白的三维结构中确实存在隐藏的基质隐位（matricryptic sites）；以及研究显示特定基质蛋白如纤连蛋白（fibronectin）拥有在力的作用下可被延伸的结构域。

血管平滑肌细胞与 ECM 蛋白相互作用的主要通路之一是通过细胞表面的整合素。整合素是由 α 与 β 亚基组成的异二聚体受体的庞大家族，其中约 13 种不同形式（包括 α5β1、αvβ3、α4β1）已在血管平滑肌中得到证实。整合素二聚体具有以阳离子依赖方式结合 ECM 的细胞外结构域，以及虽然缺乏内在激酶活性但可与多种黏着斑蛋白（包括各种激酶与细胞骨架蛋白）相关联的短胞质尾区。大量证据支持整合素作为跨细胞膜传递机械力、启动细胞内信号并引发后续反应（包括黏着斑组织、细胞骨架重塑、磷酸化级联激活以及基因表达调控）的机制。

具体证实整合素的血管学作用的有以下观察：识别整合素的合成 RGD 肽可降低血管平滑肌细胞内 Ca²⁺ 并引起离体加压小动脉的舒张；而这些作用可被针对 β3 整合素亚基的功能阻断抗体所阻止。在离体小动脉上证明阻断 αvβ3 或 α5β1 整合素均可消除对管腔内压力急性阶跃增加的肌源性收缩，为整合素作为肌源性反应感受器提供了有力支持。整合素（特别是 αvβ3 与 α5β1）作为上游事件调节小动脉机械转导的进一步证据是：整合素的激活导致对肌源性反应重要的离子通道（包括 VGCC 与 BKCa）的磷酸化与激活。

原子力显微镜（AFM）已被用于揭示纤连蛋白在整合素介导的单血管平滑肌细胞黏着斑肌源性样行为中的新作用。在该研究中，通过纤连蛋白功能化 AFM 探针对黏着斑施加纳米尺度力。当纤连蛋白包被的探针与细胞结合时，AFM 探针处形成黏着斑。肌动蛋白、整合素及黏着斑相关蛋白（FAK 与桩蛋白）共定位于该黏着斑，与黏着斑形成相一致。受控地回撤 AFM 探针造成局部膜牵张，随后细胞以局部的"收缩"作为响应，有效抵消所施加的牵张。重要的是，该肌源性样细胞响应可被肌球蛋白轻链 MLC 激酶抑制剂（ML-7）、细胞松弛素 D 或针对 α5β1 与 αvβ3 整合素的功能阻断抗体所抑制。有趣的是，这些作用似乎对纤连蛋白相对特异，以其他 ECM 蛋白（包括胶原、玻连蛋白与层粘连蛋白）功能化的探针未能引发相似的局部收缩。

钙黏素与细胞间连接

尽管机械敏感性可在单个血管平滑肌细胞水平得以证明，但多个系统的证据显示机械转导可在具有细胞间连接的多细胞制备中得到增强。与此相关，钙黏素（cadherins）——一类钙依赖的跨膜细胞间黏附蛋白，可形成黏附带连接——受到了特别关注。这一细胞—细胞黏附蛋白超家族在许多需要相邻细胞之间协调的多细胞活动中扮演主要角色。钙黏素分子在相邻细胞上与钙黏素结合，并在膜的胞质侧与连环蛋白（catenins）耦联。钙黏素—连环蛋白复合体直接与肌动蛋白细胞骨架相互作用，并提供多种信号分子的脚手架成核位点。因此，该通路具有整合素—细胞外基质通路所具备的许多特征，是有吸引力的机械转导通路。

与整合素类似，钙黏素在平滑肌机械转导中的作用可能是原发事件（即参与初始机械感受步骤），也可能是继发性的（由内向外信号）激活以强化机械反应，例如对管腔内压力变化的响应。在最近的研究中，使用功能阻断抗体与抑制性肽探讨了 N-钙黏素在小动脉肌源性反应中的作用。采用这两种手段，插管的提睾肌小动脉的肌源性反应性均被削弱。然而，压力诱导的细胞内 Ca²⁺ 变化并未改变，这一观察提出了 N-钙黏素究竟参与信号级联中哪个环节的问题。由于钙黏素通过连环蛋白与肌动蛋白细胞骨架相连，可以设想它们参与控制 Ca²⁺ 敏感性的事件或由内向外的信号，以急性强化/重塑细胞间黏附。有趣的是，针对 β1 或 β3 整合素的功能阻断抗体同样可阻断肌源性收缩而不抑制压力诱导的细胞内 Ca²⁺ 升高。在肌源性信号情境下，整合素或钙黏素阻断为何能阻断收缩而 Ca²⁺ 变化仍存的原因仍不清楚，但已有人提出这些连接分子通过协同的细胞骨架机制维持组织稳态。

细胞骨架

细胞骨架元素对机械转导过程的贡献虽早已被推测，但其在小动脉肌源性收缩中的实际作用仍存在相当程度的不确定性。这在一定程度上反映了当前在功能性小动脉制备中动态研究细胞骨架的局限性。该领域的早期研究依赖使用破坏或稳定肌动蛋白细胞骨架的药理学试剂。例如，Cipolla 及其同事的工作显示，使用肌动蛋白解聚剂细胞松弛素 B 处理后，大鼠脑小动脉抵抗由管腔内压力施加的扩张力的能力减弱；而使用 jasplakinolide 稳定肌动蛋白则可增强肌源性张力。使用共聚焦荧光显微镜，Flavahan 等人显示离体大鼠尾动脉的肌源性收缩与 G-肌动蛋白向 F-肌动蛋白转化相关。此外，随着管腔内压力由 10 mmHg 提高至 60 与 90 mmHg，肌动蛋白由细胞周边（即靠近质膜）重分布至细胞内部。肌动蛋白纤维的这种重分布以及肌源性收缩均可被肌动蛋白解聚剂细胞松弛素 D 所预防。在 60 mmHg 管腔内压力下，苯肾上腺素引起的血管收缩被细胞松弛素处理所抑制；而在 10 mmHg 下细胞松弛素无效，激动剂也不引起肌动蛋白重分布。这些数据似乎证明肌动蛋白细胞骨架形成抵抗由管腔内压力施加的扩张力的重要机制，因此对于肌源性反应性的实现具有重要意义。

在最近的研究中，El-Yazbi 等人做出了耐人寻味的观察：在某些条件下，急性小动脉肌源性收缩可与肌球蛋白 20 kD 调节轻链磷酸化水平（pMLC20）的变化相分离。因此，在使用 5-羟色胺达到 pMLC20 最大水平（约为 MLC20 总量的 50%）的情况下，管腔内压力的急性升高仍可引发肌源性收缩。这一效应可被 latrunculin B（结合肌球蛋白单体并阻止其聚合的海绵毒素）所阻止，从而表明肌动蛋白细胞骨架在这种形式的肌源性收缩中起关键作用。

关于细胞骨架参与肌源性收缩的另一假说涉及其与关键机械感受或机械转导元件的连接。正如前面提到的，并在下面关于某些 TRP 样蛋白处将讨论的，肌动蛋白细胞骨架可通过接头蛋白如细丝蛋白 A（filamin A）与离子通道耦联。与此相关，肌动蛋白细胞骨架的破坏可增强压力诱导的去极化与通过 nifedipine 敏感的 VGCC 的 Ca²⁺ 内流。

同样可以设想，其他细胞骨架元素在肌源性信号中发挥作用或以相似方式促进其发生。例如，微管在许多细胞类型中提供抗力。微管的解聚引起血管收缩，在某些研究中似乎涉及 Rho-A 依赖的 Ca²⁺ 敏化而不伴随细胞内 Ca²⁺ 的明显升高。波形蛋白与结蛋白缺失的小鼠虽然其他血管运动性质（激动剂敏感性与流量依赖性舒张受损）有所改变，但肌源性反应仍正常。

由机械感受事件向收缩蛋白的转导

压力诱导的机械感受步骤之后的关键事件包括膜去极化、Ca²⁺ 信号传导以及通过肌球蛋白轻链激酶介导的机制对收缩蛋白的激活（图 93.4）。这些机制由调节收缩蛋白 Ca²⁺ 敏感性的通路、细胞骨架的重塑以及可能影响细胞间与细胞—基质黏附变化的由内向外信号机制所补充。总体而言，去极化可由非选择性阳离子通道的激活所启动，随后引起电压门控 Ca²⁺ 通道的开放；平滑肌细胞去极化也可通过 K⁺ 通道的关闭（如压力诱导的花生四烯酸代谢物生成引起的 BKCa 关闭）或可设想通过 Cl⁻ 通道的开放而发生。压力诱导的机械刺激目前被认为可直接调节膜通道的活性（牵张敏感或机械门控），但也可能通过生成调节离子通道门控的信号分子的继发通路发挥作用。

膜电位：牵张/非选择性阳离子通道/TRP 通道的作用

血管平滑肌细胞膜电位（Em）的改变在肌源性收缩中具有中心作用，这一观点已被广泛接受。Harder 使用锐玻璃电极在猫脑动脉制备中证明管腔内压力增加与膜的分级去极化相关联。相似的关系随后在其他血管制备中得到证实，包括来源于大鼠脑与提睾肌循环的小动脉。在具有肌源性活性的小动脉中，生理压力下基础 Em 处于约 -45 至 -30 mV 的范围，相较于未加压的血管（<-60 mV）更为去极化。

膜片钳技术为平滑肌细胞膜形变/应变（例如由于抽吸、直接施加的牵张、渗透性改变继发的膜形变）如何激活随后引起膜去极化、继而电压门控 Ca²⁺ 通道（VGCC）开放的阳离子电流提供了关键信息。尽管牵张在概念上可直接激活 VGCC，但其程度并不足以解释 Ca²⁺ 内流的总量。与直接的牵张激活相反，VGCC 介导的 Ca²⁺ 内流很可能在机械刺激之后进一步受通道磷酸化的调节。此外，在存在包括 nifedipine 与 nisoldipine 在内的钙通道阻滞剂的情况下，牵张所致的膜去极化仍然存在。综合而言，这些观察强烈支持 VGCC 的开放是机械感受事件以及随后的膜去极化的继发结果。

牵张激活通道（SAC），其门控受生理水平牵张（可能发生在管腔内压力增加时）调节，已在多种组织包括猪冠状动脉的平滑肌细胞中被证实。这些 SAC 的开放已被证明引起由 Na⁺ 主导的电流，导致膜去极化。膜牵张也激活 BKCa 通道，产生超极化电流，可能限制去极化的程度，因此在完整体中可能限制肌源性收缩；这在概念上可作为限制下游小动脉压力诱导血管收缩所致肌源性收缩进一步加剧的重要负反馈机制。当前缺乏检查 SAC 在肌源性反应中作用的特异性工具，加之对其分子身份的理解不完全，使得难以确切认识其在肌源性收缩中的精确作用。

TRP 通道代表一类多样的阳离子通道家族，已被牵涉于多种感觉事件，包括机械感受以及对温度与渗透压变化的反应。TRP 蛋白也参与耗竭介导的 Ca²⁺ 内流与受体激活。在对肌源性信号可能重要的方面，这些通道表现出从非选择性阳离子通道到某些高 Ca²⁺ 选择性通道的一系列通透性特征。在哺乳动物中约有 30 个 TRP 通道基因产生若干亚家族：经典型（TrpC）、香草素型（TrpV）与黑素瘤型（TrpM）；相关亚家族包括黏脂素型（TrpML）、多囊蛋白型（TrpP）以及锚蛋白型（TrpA）。活性通道以四聚体形式存在，现有证据支持同源与广泛的异源多聚化。

对 TRP 通道在肌源性信号中贡献的最初关注来自 Welsh 等人的工作，他们使用体外反义寡核苷酸方法研究 TrpC6 在离体脑小动脉中的作用。TrpC6 表达下降导致压力诱导的去极化与肌源性收缩均显著减弱。此外，寡核苷酸处理降低了对高渗挑战响应的脑动脉平滑肌细胞阳离子通道的激活。Earley 等人随后证明，TrpM4 表达的寡核苷酸敲低同样削弱了压力诱导的膜去极化与血管收缩。然而，使用相似方法降低密切相关的 TrpM5 表达并不影响膜去极化或随后的肌源性收缩，提示一定的特异性。TrpM4 在肌源性信号中的重要性也在体内得到提示：反义寡核苷酸处理导致脑血流自动调节受损。TrpM4 通道的特性与其在肌源性信号中的作用相一致——其对单价阳离子有选择性并可被 Ca²⁺ 与 PKC 双重激活。然而 TrpM4 本身并不具有机械敏感性，提示其作用位于初始机械感受事件的下游。Earley 提出机械敏感性的 TrpC6 可能位于上游，提供牵张诱导的 Ca²⁺ 内流作为 TrpM4 的激活物。与此情境相矛盾的是，TrpC6 基因敲除小鼠的血管平滑肌细胞显示基础膜去极化增强以及系统血压轻微升高（116±1 vs 123±1 mmHg，通过遥测测得）。然而该基因模型中的观察可能因 TrpC3 表达增加而变得复杂。

多囊蛋白（由 PKD1 与 PKD2 基因编码）已与多囊肾病相关，并已被证明在导管纤毛中发挥机械感受作用。它们也已被证明介导对流体流动响应的 Ca²⁺ 内流与释放。在分子水平上，多囊蛋白的细胞外区域既类似纤连蛋白，也已通过单分子力谱被证明在拉伸作用下发生构象变化并在所施加力去除后恢复。在最近的一项研究中，小动脉平滑肌中多囊蛋白的存在得到证实，并提出了其在肌源性信号中的新作用。Sharif-Naeini 等人进一步显示 TrpP2（PKD2）通过细丝蛋白 A 与下方肌动蛋白细胞骨架相连；与此相一致，敲低细丝蛋白 A 或破坏 F-肌动蛋白均阻止了 TrpP2 对 SAC 电流的抑制作用。有趣的是，除 SAC 外，多囊蛋白还与肌源性信号中其他要素相关联，如钙黏素、G 蛋白与细胞骨架蛋白。多囊蛋白也被证明与黏着斑相关联，因此通过整合素与 ECM 相连。因此，可以设想多囊蛋白形成位于细胞间连接中的较大机械感受复合体的一部分。这可提供一种"基于系链"的机制，由此机械刺激在细胞内与细胞间均得以传递。这些观察也可以部分解释为什么阻断假定的机械感受复合体的单个组分（如整合素或钙黏素）会抵消肌源性收缩。总体而言，TRP 通道蛋白形成对血管壁功能至关重要的离子通道。在平滑肌收缩方面，TRP 通道似乎通过受体介导的激活、耗竭介导的 Ca²⁺ 内流与机械转导对信号传导作出贡献。此外，TRP 通道的某些类别构成血管舒张反应的基础，例如由 Ca²⁺ 火花诱导的 BKCa 激活以及内皮依赖的超极化。这一复杂性以及可能的异源多聚化表明需要进一步研究，特别是确定其在肌源性信号中的直接作用。

另一已被牵涉于肌源性信号中的阳离子通道是上皮钠通道 ENaC。ENaC 最初被描述为在秀丽隐杆线虫中起机械感受作用，并在卵母细胞与肾小管上皮细胞中介导剪切应力介导的机械转导。ENaC 与 ECM 和细胞骨架均相关联，从而作为与其他候选机械感受元件（如整合素）连接的可能环节，尽管这一点尚未在血管平滑肌细胞中得到明确证明。Drummond 等人的近期数据提示 ENaC 可能是大鼠脑小动脉与小鼠肾叶间动脉肌源性反应的重要组成部分。类似地，Inscho 及其同事基于药理学抑制剂研究证明 ENaC 在大鼠入球小动脉肌源性反应性中起作用。虽然需要大量工作以牢固确立 ENaC 作为小动脉平滑肌中的肌源性机械感受器，但值得注意的是 β-ENaC 缺失小鼠显示肾自动调节受损以及肾炎症与慢性血压升高。

G 蛋白与膜定位的效应物

早期涉及三聚体 G 蛋白在小动脉肌源性反应中作用的证据在很大程度上是间接的，依赖 PLC 抑制剂的使用以及对下游信号分子产生/积累的测量。Osol 等人显示 PLC 抑制剂 U-73122 可削弱插管大鼠后脑动脉的肌源性反应性，而 Narayanan 等人在狗肾血管中显示管腔内压力升高导致肌醇三磷酸与二酰甘油的时程依赖性积累。

最近，GPCR 特别是 AT1 受体已被证明具有机械敏感性，可导致 Gαq/11 蛋白与下游磷脂酶的激活。受体的直接机械效应被证明为非激动剂依赖的，尽管在 AT1 受体的情况下，losartan 这一受体阻滞剂可预防压力诱导的 Gαq/11 激活。据此提出机械力直接改变受体的构象使其处于激活构象。有趣的是，这种机械激活模式并不仅限于 AT1 受体，它在组胺与加压素等其他多种 GPCR 上也能被证明。然而该效应并非完全无选择性，因为 Gs 耦联的 β2 肾上腺素受体的机械激活未能被证明。为了完全理解 GPCR 在肌源性收缩中的参与，关键将在于确定这些受体如何与机械形变"耦联"。在这方面，Mederos y Schnitzler 等人最近讨论了系链模型（由与 ECM 与/或细胞骨架蛋白的连接介导）与膜基础模型（侧向机械力影响膜脂双分子层以改变整合膜蛋白构象）的适用性。与此相关，Yasuda 等人报道膜牵张引起 AT1 受体跨膜段的旋转位移，导致产生一种区别于配体结合依赖性构象的激活构象；该机械效应可被反向激动剂 candesartan 所阻止。这再次提供了 GPCR 的机械激活与肌源性信号中先前涉及的信号分子之间的联系。

G 蛋白的机械激活是一种有吸引力的机制，因为磷脂酶基础信号传导的启动已与 TrpC6 通道的激活相关联。TrpC6 电流则可能在概念上导致膜去极化、VGCC 开放以及肌源性收缩，从而将一些早期观察联系起来。关于此情境的一个明显问题是：这样一系列反应的动力学是否与肌源性收缩发生的速度相一致。尽管不同血管制备之间在收缩速度上存在相当大的差异（血管床之间以及沿血管网络），G 蛋白信号传导发生在毫秒的时间尺度上，提示这样的机制确实可能与肌源性收缩相一致。一个注意事项是：膜张力诱导的 G 蛋白/GPCR 构象变化是否发生在该时间尺度，以及基本上基于单细胞的观察是否适用于完整体。

Ca²⁺ 的动员：内流与释放的贡献

Ca²⁺ 内流入小动脉平滑肌细胞发生在肌源性收缩信号传导事件的时程早期。L 型电压门控 Ca²⁺ 通道的抑制剂（包括 nifedipine 与 nisoldipine）在大多数血管制备中消除活动性肌源性收缩。如前所述，L 型 Ca²⁺ 通道的开放跟随压力诱导的平滑肌细胞膜事件。当前对其他电压门控 Ca²⁺ 通道贡献的直接证据相对稀少。非电压门控 Ca²⁺ 内流通路对直接收缩调节的贡献可能相对较小，但这些来源的 Ca²⁺ 内流可能参与离子通道与肌浆网 Ca²⁺ 动力学的调节。另一个考虑涉及可能的区域异质性，这可以解释不同制备间的不一致结果——例如在直径小于 25 μm 的小动脉中肌源性反应相对不敏感于 L 型 Ca²⁺ 通道阻滞剂；而入球小动脉的收缩对 Ca²⁺ 拮抗剂敏感而出球小动脉则不然。

肌浆网（SR）Ca²⁺ 释放（特别是在与收缩激活相关的方面）在肌源性信号中的作用受到两方面阻碍：技术上的局限性以及 SR 在平滑肌细胞中扮演的多重角色。由于许多改变 SR 功能的药理学方法也影响基础小动脉张力，此类研究难以解释，且在机制信息方面贡献有限。SR Ca²⁺ 释放的动力学方面似乎通过对离子通道的作用以及对胞质 Ca²⁺ 水平的频率编码控制而促进肌源性行为；例如通过时空局限化的 Ca²⁺ 事件，包括 Ca²⁺ 火花与 Ca²⁺ 波。Nelson 及其同事提出 Ca²⁺ 火花调节 BKCa 通道活性，并作为防止压力诱导的收缩过程中发生过度去极化的负反馈机制。

另一 SR 释放驱动的 Ca²⁺ 瞬变以周期性 Ca²⁺ 波的形式存在。传播性与异步性胞内 Ca²⁺ 波的频率随小动脉管腔内压力增加而增加，提示其与扩张或肌源性收缩本身的机械力之间可能存在关系。虽然目前尚不确定肌源性反应是否特异性地受胞质 Ca²⁺ 波存在所调节，但 Welsh 及其同事已提出这些 Ca²⁺ 波确实（特别是在压力 < 60 mmHg 时）通过 Ca²⁺ 依赖的 MLC20 磷酸化促进肌源性张力的发展。

肌球蛋白轻链激酶与肌球蛋白磷酸酶

许多蛋白磷酸化事件被认为参与肌源性信号。与平滑肌的激动剂诱导收缩一样，直接测量已显示小动脉管腔内压力增加与活动性肌源性收缩均与 20 kDa 肌球蛋白调节轻链磷酸化的增加相关。此外，该轻链在丝氨酸 19 位被磷酸化。该磷酸化通过 Ca²⁺ 与钙调蛋白依赖的机制发生。磷酸化的程度已被证明与按 LaPlace 关系计算的瞬时管壁张力水平直接相关。肌球蛋白轻链磷酸化与肌源性收缩之间的因果关系由以下观察所提示：在 MLC 激酶抑制剂 ML-7 存在的情况下，管腔内压力的增加未能引发收缩，尽管机械诱导的胞内 Ca²⁺ 有所增加。

研究已显示肌球蛋白磷酸化的净水平关键性地依赖于肌球蛋白磷酸酶的活性。虽然磷酸酶曾被认为不受调节，但现已清楚其活性受 Rho 激酶与蛋白激酶 C（PKC）双重调控。Rho 激酶对磷酸酶肌球蛋白靶向亚基（MYPT1）苏氨酸 855 位的磷酸化抑制其与活化肌球蛋白分子的结合，从而降低其脱磷酸化作用。PKC 磷酸化 CPI-17，其作为磷酸酶的抑制剂起作用。使用灵敏的三步 Western 印迹方法，Cole 等人在脑动脉中显示压力增加（10 至 60 与 100 mmHg）导致 MYPT1 在 Thr855 的 Rho 激酶依赖性磷酸化，而未观察到 PKC 介导的 CPI-17 磷酸化。

蛋白激酶 C

PKC 在肌源性信号中的可能作用最初是基于抑制剂研究的提示——药理学阻断被显示削弱肌源性收缩。然而这些研究中的许多受限于所用抑制剂的选择性（许多靶向激酶的 ATP 结合位点）、难以区分多种 PKC 亚型、缺乏对磷酸化目标的认识以及该激酶的多效性作用。例如，就 PKC 的多重作用而言，也已显示其激活膜通道（如 VGCC、TrpC 亚型、BKCa）以及其他激酶（如 p42/44 MAP 激酶），这两者均可能影响收缩功能。然而更具体的支持已被给予 PKCα 作用，它已被显示在响应小动脉压力增加时向质膜转位（与激活一致）。此外，PKCα 的亚型特异性抑制削弱肌源性反应性。

PKC 通过激活 CPI-17 与抑制 MYPT1 而调节 Ca²⁺ 敏感性的发现为该酶在肌源性信号中提供了另一可能作用。与此相一致，在透化肠系膜动脉中直接激活 PKC 即使在固定的胞内 Ca²⁺ 水平下也能引起 MLC20 磷酸化的增加。然而直接测量并未显示压力诱导的 CPI-17 磷酸化变化。

鞘氨醇激酶

膜鞘磷脂来源的鞘氨醇已在多种细胞类型中被显示磷酸化为鞘氨醇-1-磷酸（S-1P）并作为第二信使，通过与 G 蛋白、磷脂酶 C 与 Rho 激酶耦联的受体发挥作用。Bolz 及其同事基于以下依据将 S-1P 牵涉于肌源性收缩：它由去极化所激活并随后刺激肌浆网 Ca²⁺ 释放与 Rho-A 介导的 Ca²⁺ 敏化。在离体股薄肌小动脉中鞘氨醇激酶的过表达通过 Rho A 依赖机制增强肌源性反应性，而显性负性构建则阻止肌源性收缩。理解 S-1P 确切作用的一个当前困难是：它也已被报道参与对激动剂的收缩反应，提示其可能对肌源性收缩并无特异性。此外，其功能由于既影响平滑肌与内皮细胞、又具有细胞外与细胞内作用而变得复杂。

酪氨酸磷酸化

多种机械刺激启动蛋白酪氨酸磷酸化，包括涉及黏着斑激酶、cSRC 与 p42/44 MAP 激酶的通路。酪氨酸磷酸化介导的信号已被显示调节离子通道、转导整合素介导的事件、重构细胞骨架蛋白，并促成血管壁的重塑。对酪氨酸磷酸化在肌源性反应中起必需作用的怀疑最初基于以下观察：尽管使用非选择性药理学抑制剂，离体小动脉中压力诱导的收缩仍然持续。此外，酪氨酸磷酸化本身在多种机制不同的方法抑制肌源性收缩时仍然持续。虽然压力诱导的 p44 MAP 激酶磷酸化可在离体小动脉中得到证明，但使用上游 MEK 抑制剂 PD98059 的抑制并不影响肌源性收缩；然而 PD98059 确实阻断了 p44 MAP 激酶的磷酸化。这些数据因而支持管腔内压力变化激活酪氨酸磷酸化事件的观点。然而其在肌源性收缩中是直接还是调节性作用（例如通过重塑）仍不确定。

肌源性收缩的限制：物理局限与反馈机制

肌源性反应作为体内重要调节机制的历史与概念上的困难在于：它可被视为一种正反馈机制。因此，压力诱导的血管收缩虽然降低肌源性收缩位点远端的压力，却增加近端节段的压力从而刺激进一步的血管收缩。多种因素可防止这种情况的发生。首先，肌源性收缩仅在一定管腔内压力范围内发生——血管在非常低的压力（约 < 30 mmHg）下表现为被动，而在高压下当扩张力不再能被活动性收缩所抵抗时亦表现为被动。除此之外，网络中并非所有动脉血管均显示出同等水平的肌源性反应性；肌源性反应性倾向于在小动脉中最大并随血管口径增加而减小。最后，并非所有血管床均显示压力依赖性的自动调节。

除对肌源性收缩的物理限制外，细胞水平的负反馈机制似乎也限制肌源性反应性。如前所述，Nelson 等人在脑动脉研究中显示压力诱导的 Ca²⁺ 内流入肌膜下空间导致邻近肌浆网局部 Ca²⁺ 释放事件（火花）的产生。这些 Ca²⁺ 释放事件将局部 [Ca²⁺] 提高至约 10 μM，从而刺激大电导 Ca²⁺ 激活的 K⁺ 通道（BKCa）。由此产生的外向超极化电流（即自发性瞬态外向电流 STOCs）随后对抗压力诱导的去极化与收缩。尽管 Ca²⁺ 火花与 BKCa 活性以及 STOCs 在脑动脉中存在紧密耦联，但不同组织之间可能存在异质性。

机械转导在组织内与组织间的异质性

虽然这是一个独立的主题，但重要的是考虑组织、网络与细胞水平的异质性很可能影响小动脉中的机械转导过程。这可能既反映局部机械环境的差异，也反映组织功能。在给定的血管床或组织内，不同级别分支的小动脉/小动脉所显示的肌源性反应性或其增益存在相当大的差异。这一点已通过体内与体外制备得到证明。总体而言，肌源性反应性随直径减小而趋于增加，尽管在某些组织中最小的毛细血管前小动脉可能更适于对代谢刺激（而非管腔内压力变化）作出响应。

未来的考虑

尽管我们对肌源性信号在细胞水平的理解已取得相当进展，但该领域仍受以下方面的限制：对所感知变量以及假定的机械感受器/机械感受复合体的分子细节缺乏直接认识。一个重要的考虑是：压力的变化可能激活多种机制从而启动平行或相互作用的信号通路。此外，如果压力激活跨细胞类型共有特征的机械转导过程，那么这些机制如何特异性地在显示肌源性行为的循环区域中被激活？除涉及感受器与所感知变量的信息外，影响压力诱导去极化的精确分子机制仍有待明确。还需要考虑小动脉壁平滑肌细胞所处并发挥功能的三维环境的影响。显然，细胞外基质元素除了可能充当肌源性感受器和/或机械转导器外，也整体性地影响结构—功能关系。此外，血管壁结构的异质性可能造成不同组织之间肌源性信号的差异。具体而言，目前对血管平滑肌细胞与基质元素之间精确的结合/黏附相互作用知之甚少；或就此而言，构成细胞间黏附的三维组织是什么。由于这些元素在不同组织之间存在差异，它们的影响也可能不同，尽管个体平滑肌细胞具有共同的肌源性表型。

致谢

作者得到美国国立卫生研究院的资助支持（HL092241，M.A.H.，以及 HL095486，G.A.M.）。

本章个人批注

本章是 Hill & Meininger 这两位小动脉机械转导领域研究者对其代表性研究主题的系统综述，因而兼具教科书与个人领域总结双重性质。值得注意的几点：第一，作者在通篇论证中清晰地采用了"分子候选枚举法"——逐项讨论可能的机械感受器（小窝、整合素、钙黏素、TRP 通道、ENaC 等），并坦承所感知变量（壁张力 vs. 膜形变 vs. 蛋白构象变化）仍不确定。这种坦诚对入门读者非常友好，但也提示该领域尚未达成统一模型。第二，El-Yazbi 等人关于肌源性收缩可在不伴随 pMLC20 变化的情况下发生的观察（latrunculin B 敏感的肌动蛋白细胞骨架介导）值得关注——它提示存在非经典的、绕过 MLC 磷酸化的快速收缩通路。第三，TRP 通道部分（Welsh/Earley 的 TrpC6、TrpM4 工作，以及 Sharif-Naeini 的 polycystin-2/filamin A 工作）是小动脉机械转导里分子层面最具体的进展之一，但 TrpC6 敲除小鼠表现为收缩性增强而非减弱——这一与功能丧失实验预期相反的结果，提示补偿机制（如 TrpC3 上调）的存在，是讨论"基因敲除 vs. 功能获得/丧失"经典陷阱的好案例。第四，作者在"限制肌源性收缩"一节引入了 Ca²⁺ 火花 → BKCa → STOC 负反馈通路，与正反馈压力机制形成对照，是理解体内血管阻力精细调节的重要补全。第五，参考文献中"整合素—细胞骨架—肌动蛋白—MLC" 这条线索的连贯性（Burridge/Schwartz 学派 + Davis/Meininger 学派 + Cole/Welsh 学派）反映该领域三十年的工作串联，是后续阅读的良好入口。

与上下章的衔接（一段话）

本章处于第 IV 部分"平滑肌"的较前位置，紧接在肌源性反应生理功能总览之后展开分子机制讨论。上一章（如有）通常提供血流调控的更宏观背景——神经体液调节、代谢调节、内皮调节；本章则将视角缩小到小动脉平滑肌细胞对管腔内压力的固有机械敏感性，将"肌源性反应"这一行为级现象还原为膜电位、Ca²⁺ 信号、MLC 磷酸化与细胞骨架重排等多层分子事件。作者以 Hill/Meininger 自身的研究传统（特别是整合素—黏着斑—肌动蛋白—小动脉机械转导）为框架，但又尽量覆盖了其他学派的贡献（Cole/Welsh 在脑动脉中的工作，Earley/Brayden 在 TRP 通道方面的工作，Bolz 在鞘氨醇激酶方面的工作），从而既保留了学术传承也呈现了领域全貌。后续章节（第 94 章及之后）很可能基于本章建立的分子框架讨论特定血管床（脑动脉、肾血管、冠状动脉）的肌源性反应，或在不同病理状态（高血压、糖尿病血管病变、勃起功能障碍）下肌源性反应的改变。本章所铺设的"机械感受器—膜去极化—Ca²⁺ 信号—MLC 磷酸化—细胞骨架重排—负反馈"六层结构，将是后续讨论特定疾病与治疗靶点的共同语言。