国际首次揭示机械通气致膈肌功能障碍新机制：肌球蛋白超级松弛状态
国际首次揭示机械通气致膈肌功能障碍新机制：肌球蛋白超级松弛状态
近日，首都医科大学三博脑科医院史中华副教授联合荷兰阿姆斯特丹医学中心Coen Ottenheijm教授团队在《Science Translational Medicine》发表重要研究成果，首次揭示了机械通气导致膈肌功能障碍的新机制。研究团队通过深度分析危重症机械通气患者和择期手术非危重症患者的膈肌标本，发现"膈肌冬眠"现象，即肌球蛋白超级松弛状态是导致膈肌无力的关键因素。这一发现为呼吸机相关性膈肌功能障碍的治疗提供了新的方向。
7 月 31 日，首都医科大学三博脑科医院史中华副教授联合其所在荷兰阿姆斯特丹医学中心 Coen Ottenheijm 教授团队在国际上首次揭示膈肌功能障碍新机制。研究文章「Super-relaxed myosins contribute to respiratory muscle hibernation in mechanically ventilated patients」在 Science 子刊《Science Translational Medicine》发表（IF: 15.8 ；Q1)。史中华副教授团队通过深度分析、比较危重症机械通气患者和择期手术非危重症患者的膈肌标本，并延展至 in silico 实验模拟和动物实验进行机制验证。首次发现「膈肌冬眠」，即肌球蛋白超级松弛状态是机械通气导致膈肌无力的新机制，为呼吸机相关性膈肌功能障碍找到了新的治疗方向。
该研究成果的主要发现概括为以下五点：
一是证实机械通气患者膈肌纤维存在收缩无力且独立于膈肌萎缩（图 1）： 机械通气患者膈肌单肌纤维收缩力显著降低，表现为最大收缩力 ([Ca2+]= 32μM)、标准化收缩力和主动僵硬程度均出现降低。通过计算标准化膈肌收缩力发现，在去除膈肌纤萎收缩因素后，膈肌无力仍显著降低，提示膈肌纤维无力独立于膈肌萎缩。
图 1. 危重症机械通气患者膈肌肌肉纤维收缩力降低
二是发现机械通气患者膈肌肌纤维肌球蛋白存在超级松弛状态（图 2-3）： 通过小角度 x 线衍射实验，发现机械通气患者的膈肌纤维紧密靠近粗肌丝，处于一种超级松弛的状态（图 2）。机械通气患者膈肌纤维肌球蛋白处于超级松弛状态的数量明显高于择期手术患者（图 3）。
图 2.X 衍射实验发现机械通气患者膈肌肌纤维肌球蛋白存在超级松弛状态
图 3. 机械通气患者膈肌纤维肌球蛋白处于超级松弛状态的数量显著增加
三是超级松弛状态肌球蛋白数量增加造成膈肌肌纤维收缩无力（图 4）：通过 in silico 数据模拟发现膈肌超级松弛状态的肌球蛋白阻碍肌球蛋白和肌钙蛋白结合，造成收缩无力。
图 4. In Silico 数据模拟证实超级松弛状态肌球蛋白数量增加降低膈肌收缩力
四是 MLCK2-RLC 磷酸化失调是导致机械通气患者膈肌肌纤维肌球蛋白超级松弛状态形成的分子机制（图 5）： 正常情况下，肌球蛋白 RLC 磷酸化松解肌球蛋白头部和颈部扭连，使肌球蛋白头部处于无序松弛状态，促进其结合肌钙蛋白。机械通气患者膈肌 MLCK2 失调，RLC 磷酸化降低。因此，MLCK2-RLC 失调导致是机械通气患者膈肌肌纤维肌球蛋白超级松弛状态占比增加的分子机制。
图 5. MLCK2-RLC 磷酸化失调是导致机械通气患者膈肌肌纤维肌球蛋白超级松弛状态形成的分子机制
五是体外试验揭示慢肌纤维和快肌纤维肌钙蛋白激活剂能够逆转膈肌肌球蛋白超级松弛状态（图 6）：通过体外应用小分子特异性快肌纤维肌钙蛋白激动剂（CK-3762601）和慢肌纤维肌钙蛋白激动剂（CK-3825076），发现可增加膈肌单肌纤维收缩力。膈肌中快肌纤维和慢肌纤维均匀分布，因此同时针对快、慢肌纤维外应用相关激动剂可有效、全面逆转膈肌纤维无力。
图 6. 慢肌纤维和快肌纤维肌钙蛋白激活剂逆转膈肌肌球蛋白超级松弛状态，增加膈肌肌纤维收缩力
该项研究在国际上首次发现并报道了危重症机械通气患者膈肌功能障碍的新机制，创新性提出了「膈肌冬眠」这一全新概念。表明膈肌无力，独立存在于膈肌萎缩之外。同时，MLCK2-RLC 失调导致肌球蛋白超级松弛状态是其重要机制。史中华副教授团队的此项研究为今后危重症患者膈肌保护提供了新的研究方向。同时，今后更多的相关研究将致力于其分子学机制和临床意义的探索。