心脏泵血对抗来自动脉阻力的机械后负荷，而增加的后负荷可能会改变心脏电生理并导致危及生命的心律失常。然而，心肌细胞机械电耦合的细胞和分子机制仍不清楚。最近科研人员开发了一种创新的膜片钳凝胶技术，将心肌细胞嵌入三维(3D)粘弹性水凝胶中，在常规心肌细胞收缩期间施加后负荷。
图1研究机电耦合的实验方法。
科研团队研究了后负荷如何影响成年兔心室心肌细胞的动作电位、离子电流、细胞内Ca2+瞬变和细胞收缩。我们发现后负荷延长了动作电位持续时间(APD)，增加了瞬时外向K+电流，减少了内向整流器K+电流，并增加了L型Ca2+电流。增加的Ca2+进入导致增强的Ca2+瞬变和收缩性。此外，升高的后负荷导致APD和Ca2+瞬变中不一致的交替。Ca2+交替糖在动作电位钳制下持续存在，表明交替糖是Ca2+依赖性的。此外，所有这些后负荷效应都通过抑制一氧化氮合酶1(NOS1)显着减弱。
总之，团队数据揭示了一种机械-化学-电转导(MCET)机制，该机制通过NOS1-一氧化氮信号迅速转导后负荷，以调节动作电位、Ca2+瞬态和收缩力。MCET通路在兴奋-Ca2+信号-收缩耦合中提供了一个反馈回路，使心肌细胞对后负荷作出反应的收缩性自动调节。这种MCET机制是个体心肌细胞（以及心脏）不可或缺的一部分，以从本质上增强其收缩力，以响应它必须应对的负载。虽然这种MCET主要是对生理负荷变化的补偿，但它也可能在过度的病理负荷下增加对心律失常的易感性。
相关论文以题为Mechanoelectriccouplingandarrhythmogenesisincardiomyocytescontractingundermechanicalafterloadina3Dviscoelastichydrogel发表在《ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica》上。通讯作者是加州大学戴维斯分校YeChen-Izu教授。
参考文献：
doi.org/10./pnas.