哮喘病（Asthma）是目前世界上最常见的慢性呼吸道疾病之一，并已经被公认为是人类公共卫生健康的重大威胁，但令人遗憾的是，我们至今还不能很好地解释哮喘病的发病机理和发展过程。哮喘病最主要的病理学特征是气道受到刺激之后的过度收缩反应，又被称为气道的高反应性(Airway Hyperresponsiveness,AHR)。气道平滑肌作为主导气道收缩的因素，它的力学行为及其收缩性能，包括其刚度，收缩力，力-速率关系等力学特性，对于气道的力学反应和哮喘病研究具有重要的生理病理学意义，然而目前我们对于平滑肌力学性质的了解目前还存在很大的空白，近期研究结果显示，哮喘病人的气道平滑肌在受到拉伸之后，维持收缩力和恢复收缩力的能力显著高于健康人；另一方面，气道平滑肌的刚度，作为调节气道可扩张性的重要因素，一直以来被作为哮喘研究的重要目标。因此，本研究在众多的气道平滑肌力学性质之中选择了气道平滑肌刚度和维持收缩力的能力作为研究方向，采用了气道平滑肌组织，探索了刚度和维持收缩力作用以及其背后的信号通路和超微结构，主要的研究内容和结果如下：1）气道平滑肌刚度可以独立于主动收缩力被调控，而Rho激酶（ROCK）是调控这一机制的信号通路。为了观察细胞骨架刚度的变化，我们建立了细胞膜透化的气道平滑肌组织，分离了肌球蛋白磷酸化和主动收缩对刚度产生的影响，实验中搭配使用钙离子和乙酰胆碱作为调控因子，观察记录并分析被动刚度变化。结果表明细胞骨架刚度并非完全被动,在pCa=10-9的情况下10-4M乙酰胆碱仍然可以显著提高通透化平滑肌的刚度，更重要的是，在平滑肌刚度增加的同时，并没有检测到主动收缩力的产生，肌肉继续维持静息张力，与此同时未侦测到任何肌球蛋白轻链（MLC20）磷酸化。进一步研究显示， ROCK抑制剂H1152(1μM)完全沉默了这一被动刚度变化，而调控主动收缩过程的肌球蛋白轻链激酶（MLCK）抑制则对这一刚度反应没有影响。2）气道平滑肌维持收缩力的能力，特别是在收缩中对抗机械拉伸的机制是由ROCK通路调节的。为了研究平滑肌维持收缩力的能力及其信号通路，本试验中使用了四种不同的抑制剂，分别是：蛋白激酶C（PKC）抑制剂GF109023x(15μM),肌球蛋白轻链激酶（MLCK）抑制剂ML-7(5μM)，Rho激酶（ROCK）抑制剂Y27632(3μM)以及H1152(3μM)，这些抑制剂分别抑制了平滑肌收缩中最重要的三个通路。为了排除不同抑制剂对主动收缩力的影响，试验中的每一组肌肉收缩力都通过不同浓度的抑制剂（实验组）或乙酰胆碱（对照组）匹配到50%的最大等长收缩力（Fmax）。实验记录气道平滑肌产生的等长收缩力达到峰值之后100s内维持等长收缩力的能力，数据结果显示GF109023x以及ML-7没有影响平滑肌维持等长收缩力的能力，然而两个不同的ROCK抑制剂都显著的降低了平滑肌维持收缩力的能力。为了模拟深呼吸（DI）对气道的舒张（Bronchodilation effect）作用，进一步试验对正在收缩的平滑肌加入了25%Lref的机械拉伸，100s连续的周期拉伸数据显示了和之前试验相似的数据：对照组数据显示平滑肌在第一个次牵拉之后收缩力对抗力学拉伸的反应停留在一个稳定的水平，GF109023以及ML-7的反应与对照组相同，而Y27632和H1152显著地抑制了气道平滑肌在收缩中对抗力学拉伸的能力。进一步研究集中于力学拉伸之后收缩力的恢复过程，数据表明只有ML-7没有影响收缩力的恢复，而ROCK抑制剂和PKC抑制剂都显著减缓了气道平滑肌受到拉伸后恢复收缩力的能力。3）气道平滑肌维持收缩力的结构基础是肌球蛋白的聚合，而ROCK是调控这一过程的信号通路。为了研究气道平滑肌维持收缩力和在收缩过程中对抗机械拉伸能力的超微结构基础，并研究调节该结构变化的机制，试验同时使用了ROCK抑制剂Y27632和PKC抑制剂GF109023x，我们在肌肉达到收缩力峰值时固定组织并做肌肉横截面的电镜超薄切片，取得图像后分析不同实验组的肌球蛋白丝密度。结果显示在等长收缩力峰值相同的前提下，GF109023x抑制组和对照组的肌球蛋白重链密度没有显著差异，而ROCK通路的抑制显著地降低了气道平滑肌横截面中肌球蛋白重链的密度。本研究发现了平滑肌被动刚度可独立于主动收缩被调节；肌球蛋白丝的聚合组装能帮助平滑肌维持其收缩力，而这些机制均由ROCK通路调节。上述结果完善了平滑肌的收缩单元模型，发现了平滑肌细胞骨架刚度的变化机理，进一步解释了气道平滑肌收缩原理。Rho激酶信号通路在气道平滑肌生理学功能和哮喘病病理学机制中扮演重要角色，相关调节机制的发现对未来开发哮喘新药具有重要意义。