Cell：氧化提高蛋白的柔韌性

　　瑜伽究竟是怎樣提高身體柔韌性的?三月十三日Cell雜志的封面文章中，哥倫比亞大學生命科學教授Julio Fernandez領導研究團隊描述了一種新型的機械力記憶，這一機制可以根據肌肉拉伸的歷史來調節肌肉的彈性。通過高靈敏度的原子力學顯微鏡，研究人員觀測到了一個能提高肌肉蛋白彈性的化學反應，而這一反應作用于受到拉伸的分子。這項研究不僅轉變了人們對肌肉拉伸的理解，還有望催生治療肌肉疾病的新方式。

　　“我們發現了一個調解肌肉彈性的有效途徑，”文章的共同第一作者Pallav Kosuri說。“我們首次在分子水平上解析了這一機制，并在人類組織中進行了測試。”

　　現在，許多尖端單分子技術被廣泛用于分子力學的研究。Julio Fernandez花了將近二十年時間，對賦予肌肉彈性的分子進行研究。肌聯蛋白titin吸引了他的注意，titin是機體內最大的蛋白，也是肌肉被動彈性的主要來源。titin分子是包含許多折疊束的長鏈，就像一條打了數百個結的繩子。人們一般只將titin看作是肌肉的被動支架，而Fernandez等人發現這種蛋白還有更復雜的功能。“Titin就像是個機械力計算機，為機體中的每塊肌肉提供正確的彈性，包括心肌，”Fernandez說。“保證它以最佳性能工作，是人體遇到的最大挑戰之一。”

　　文章的第一作者Jorge Alegre-Cebollada和Kosuri，研究了氧化作用對titin彈性的影響。在肌肉運動時氧化水平會隨之升高，這是代謝增強的自然結果。研究人員發現，titin包含特別多易于氧化的位點，不過絕大多數這樣的位點隱藏在折疊束內部，并沒有活性。拉伸肌肉會強迫titin展開自己的折疊束。作者們指出，這樣的伸展暴露了易于氧化的位點，使titin在拉伸時對氧化作用愈發敏感。研究人員不禁好奇，titin氧化之后究竟會怎么樣呢?于是，他們針對一種最常見的氧化形式——谷胱甘肽化進行了研究。

　　研究人員意外的發現，這樣的氧化作用會將蛋白鎖定在展開狀態，顯著降低titin的硬度。如果沒有氧化作用，機械力只會對肌肉彈性產生暫時的影響，最多持續幾秒鐘。然而，機械力與谷胱甘肽化結合，就能夠產生持久的影響。此時只有逆轉氧化作用，才能夠重置titin的硬度。

　　這些信息可以幫助人們理解，為何鍛煉和拉伸能對身體柔韌性產生長期而可逆的影響。鍛煉可促進氧化反應，而拉伸使肌肉做好被氧化的準備。一旦氧化反應發生，肌肉蛋白就會被鎖定在展開狀態，從而持久的提高身體柔韌性。當肌肉細胞去除這種氧化作用后，肌肉就會回到原來的樣子，而這一過程往往需要幾個小時。“我認為，這就是瑜伽提升身體柔韌性的原因，”Alegre-Cebollada說。“瑜伽姿勢可以高效展開titin中的折疊束，允許氧化作用使肌肉蛋白保持柔軟。”研究人員推測， 這類機械力記憶可能是絕大多數彈性組織的共同特性。

　　從臨床角度上看，上述發現展示了利用生化方法改變肌肉彈性的可能。這樣的途徑可以用于治療心臟病和其他影響肌肉彈性的疾病。例如，青年心力衰竭的常見原因——擴張型心肌病。