气道平滑肌是气道管壁的主要结构成分,它负责气道的收缩功能并且是导致气道变窄的关键因素。因此,气道平滑肌的机械收缩特性对于气道的生理和病理过程起着至关重要的作用。在呼吸过程中,肺部机械力不断变化,为了适应变化的机械拉伸,平滑肌分化出多种独特的力学特征,以保障呼吸的协调进行,如:平滑肌高反应性、长度敏感性效应和力传导等。研究还发现,这些特性在呼吸道疾病发病中亦起到非常重要的作用,例如哮喘、慢性阻塞性肺病（COPD）等。业已发现,平滑肌细胞骨架重构是上述力学特征形成的一个基本过程,但其调控机制尚不清楚。现有研究指出,LIM激酶/cofilin信号通路对肌动蛋白丝介导的细胞骨架重构起重要的调节作用。活化的cofilin可使肌动蛋白丝解聚成肌动蛋白单体,而LIM激酶（LIMK1和LIMK2）通过磷酸化cofilin使其失去切割肌动蛋白丝的能力,从而调节细胞骨架的重塑。LIM激酶参与了众多生理过程,如:细胞形态和细胞迁移等,但它们介导的细胞骨架运动对平滑肌机械收缩性能的影响尚不清楚。我们研究发现,与其他平滑肌组织相比,气道平滑肌中LIM激酶的表达显著升高。同时,在烟雾诱导的COPD动物模型中,气管平滑肌中LIM激酶的表达量发生了上调。因此,我们提出假设:LIM激酶参与调节气道平滑肌收缩过程中的细胞骨架重构以及机械性能。为了证实我们的假设,我们分别构建了敲除LIMK1和LIMK2的遗传小鼠模型,系统性分析LIM激酶对气道平滑肌细胞骨架的重构以及收缩功能的影响。我们发现,与野生型小鼠一样,LIMK1敲除小鼠的气管平滑肌对各种收缩刺激（包括细胞去极化,乙酰甲胆碱和5-羟色胺）均表现出正常的收缩反应;对氯喹表现出正常的舒张反应。说明LIMK1没有参与到气道平滑肌的收缩特性中。但有意思的是,LIMK2敲除小鼠的气管平滑肌应对各种收缩刺激时,产生的最大张力下降了约30%,但其敏感性以及气道的舒张性没有发生改变。该结果表明,LIMK2在气道平滑肌的收缩过程中起着重要的作用,对其进行敲除会显著抑制气道平滑肌的收缩功能。同时,结果显示LIMK1/LIMK2双基因敲除的小鼠和LIMK2单基因敲除小鼠的收缩表型一致,表明LIMK1不能补偿LIMK2在气道平滑肌收缩过程中的作用,这两种激酶在平滑肌中具有不同的功能。为了探究LIMK2如何参与平滑肌的收缩过程,我们通过活细胞成像来观察气道平滑肌细胞受到收缩刺激时的反应。结果显示野生型细胞在刺激后,膜周的肌动蛋白丝骨架会发生组装,而在敲除了LIMK2的平滑肌细胞中,这种刺激诱导的膜周肌动蛋白丝组装却消失了。我们进一步研究发现LIMK2的敲除显著抑制了收缩刺激引起的肌动蛋白丝的合成以及cofilin磷酸化。综上结果,我们首次直接阐明了LIMK2/cofilin通路介导的细胞膜周肌动蛋白丝骨架重构在气道平滑肌收缩功能中的重要贡献。令人激动的是,我们还发现,LIMK2的缺失会降低气道平滑肌的长度敏感性。生理状态下,机械拉伸会显著抑制各种刺激引起的收缩力;病理状态下,气道的这种长度敏感性会减弱甚至消失。而敲除LIMK2会导致拉伸无法抑制炎症介质5-羟色胺引起的收缩。我们进一步研究发现,机械拉伸通过使5-HT/GPCR/Gq/IP3/TMEM16A/VDCC通路中的TMEM16A失活来影响细胞内Ca2+信号,从而抑制LIMK2的磷酸化和平滑肌的收缩力。由此我们得出结论,LIMK2对于气道平滑肌的长度敏感性十分重要。综上所述,我们利用遗传学手段,首次证明了LIMK2通过调控细胞膜周肌动蛋白丝骨架的重构来调节气道平滑肌的收缩特性,但是LIMK1却不具备这样的功能。我们的结果同时表明,LIMK2介导的平滑肌收缩在气道的长度敏感性中也起到重要作用。