横管(transverse-tubules，TTs)是心肌细胞膜内化形成的复杂管状结构，它与肌质网之间形成的耦联结构是心肌细胞兴奋-收缩耦联功能的结构基础。当心肌细胞发生去极化时，细胞膜及横管上的L-型钙通道(L-type Ca2+ channel，LCC)开放，钙离子内流触发肌质网上的ryanodine受体(ryanodine receptor，RyR)开放，使得大量钙离子从肌质网进入胞浆中，这一过程称为钙致钙释放，横管在其中发挥重要作用。心肌细胞的横管结构从出生后7-10天开始出现，并逐渐发育完善。在心衰的心肌细胞中，横管结构发生重塑，影响心肌细胞的兴奋-收缩耦联功能。因此，探索横管形态发生和结构维持的分子机制具有重要的生理学及医学意义。　　为了研究横管的形态发生机制，我们首先对心肌细胞发育过程中横管的形态变化进行研究。横管图像分析结果显示，随着心肌细胞的发育，横管横向组分的比例逐渐增加、纵向组分的比例逐渐降低、横管在细胞内排列的规律性也随之增加。进一步采用电子显微镜技术对心肌细胞的超微结构进行观察后发现，横管密度及横管与肌质网形成的耦联子密度在发育过程中逐渐增大。同时我们发现，横管在心肌细胞中的整体发育模式是由细胞边缘逐渐向胞内区域延伸生长，推测BAR家族中的Bin1蛋白可能在这个过程中发挥重要作用。在心肌细胞中通过筛选得到5种Bin1的剪切体。外源表达在新生大鼠心肌细胞中后发现，Bin1可以诱导心肌细胞膜内陷形成管状结构，并且不同剪切体诱导成管的效率不同，这与它们N端的BAR结构域及第10个外显子有关。另外，我们发现Bin1还可以定位于心肌细胞肌丝的Z线上，这可能是由C端的SH3结构域介导。这些结果表明，Bin1可能通过与细胞骨架Z线上蛋白的相互作用牵引细胞膜沿肌丝Z线延伸形成横管。　　心肌细胞中的横管沿着肌丝 Z线排列， Z线附近的微丝骨架系统可能对横管的形态发生及维持起重要作用。首先，我们对横管发育过程中微丝骨架的变化进行研究，发现在心肌细胞的成熟过程中F-actin在细胞内的发育变化模式与横管相似，均由细胞边缘区域向胞内延伸。为进一步探索微丝骨架在横管形态维持中的作用，我们使用干扰微丝组装的真菌代谢产物细胞松弛素D(CytochalasinD，CD)处理培养的成年大鼠心肌细胞。结果显示，CD可以显著增加F-actin在培养过程中的稳定性，进而有效维持横管结构，增大其横向组分在细胞内的密度。对细胞内钙信号的检测发现，CD缩短培养心肌细胞钙释放位点对去极化的响应时间，增强钙释放的同步性，并显著降低不能有效响应去极化的位点的比例，进而增大全细胞钙瞬变幅度及钙致钙释放效率。这些变化与心衰过程中所发生的变化相反，对心衰疾病的治疗具有指导意义。以上结果表明，微丝骨架与横管形态的维持及LCC-RyR间钙信号的耦联密切相关。　　心肌细胞中的横管与肌质网在肌丝Z线附近形成耦联，这种耦联结构的形成可能有利于横管结构的稳定。Junctophilin-2(JP2)是连接细胞膜/横管与肌质网的结构蛋白。我们发现，在发育过程JP2蛋白的表达量逐渐上升，与横管密度增加的变化一致，提示JP2可能与横管的形成有关。为了进一步研究JP2对横管形态的影响，我们使用携带JP2 shRNA的腺病毒感染培养的成年大鼠心肌细胞，特异性干扰JP2蛋白的表达。当JP2蛋白的表达量减少40％时，横管的横向组分的比例显著降低、纵向组分的比例显著增加、横管排列的规律性下降。同时，与RyR共定位的LCC的比例显著减少。这些由JP2敲减所引起的横管结构的变化与横管在心肌细胞发育过程中的变化相反，进一步证明了JP2蛋白的表达水平与横管的形态发生及维持存在密切联系。　　横管上多种蛋白都具有糖基化修饰，在横管的结构和功能中发挥重要作用。我们首次将聚糖代谢标记的方法应用于心肌细胞及整体心脏上，并成功对横管上的聚糖进行成像。利用这种方法发现在大鼠心肌肥厚的过程中，横管上唾液酸化和O-连接糖基化的水平明显升高。聚糖代谢标记的方法未来可以应用于横管上蛋白的糖基化对横管结构和功能影响的研究。　　综上所述，本文的研究结果证明，Bin1、微丝骨架和JP2在心肌细胞横管形态发生和维持过程中发挥重要作用，它们共同组成了调控横管系统的分子网络。聚糖代谢标记的方法可用来进一步研究横管的结构和功能。本文的发现对研究横管系统在生理及病理条件下的分子调控机制具有重要意义。