从运动型肥厚到高压型重构：冯西桥院士团队心肌多尺度模型的启示；力学生物学视角下的病生理肥厚解析与 HCells 心肌功能研究。

Fig. 1 生理性与病理性心肌肥厚的宏观几何与组织学差异示意

Figure 1 并列展示正常心、生理性心肌肥厚和病理性心肌肥厚三种状态。生理性肥厚表现为左室壁适度增厚、腔室基本保留、纤维化不明显；病理性肥厚则表现为向心性重构、腔室缩小、纤维化增多、细胞排列紊乱。该图在几何和组织层面直观强调“同为壁变厚，本质过程完全不同”。

冯西桥，清华大学航天航空学院教授，中国科学院院士，教育部“长江学者”特聘教授，长期深耕固体力学与生物力学交叉方向，现任清华大学工程力学系生物力学与医学工程研究所负责人之一，并兼任中国力学学会副理事长等多项学术职务，是国内力学生物学领域的重要推动力量之一。

他自本科起即就读于清华工程力学系，先后获得学士、硕士、博士学位，此后在清华大学核能技术设计研究院完成博士后阶段工作，并先后在德国达姆施塔特工业大学、荷兰代尔夫特理工大学、美国伊利诺伊大学厄本纳-香槟分校等多家海外机构开展合作研究，形成了以“多尺度力学”为特色的研究路径。

在科研方面，冯西桥院士围绕微纳米力学、生物材料力学与仿生、细胞力学以及损伤与断裂力学等方向开展系统研究，已出版多部专著，发表 SCI 论文数百篇，被引逾万次，相关成果多次获得国家自然科学奖、中国高校自然科学奖等重要奖项；在学术共同体建设层面，他长期担任《Engineering Fracture Mechanics》等多种国际期刊的主编或编委，在推动力学与材料、生命科学交叉方面具有持续影响力。（资料来源：清华大学航天航空学院官网。）

Fig. 

2 心室–组织–细胞多尺度力学生物学模型框架示意

Figure 2 概括了模型从左心室整体力学，到心肌组织复合材料，再到单个心肌细胞信号网络的三层结构。上层计算压力和壁厚决定的平均应力，中层描述心肌细胞与基质共同决定的组织刚度，下层则将机械量与生长因子转化为具体信号通路的激活状态。三层之间通过应力、牵引力和细胞肥厚等量形成闭环。

Fig. 3 左心室薄壁球壳模型与主动/被动应力分解示意

Figure 3 将左心室简化为可生长的薄壁球壳，区分长期生长导致的壁厚变化与每搏收缩引起的瞬时弹性变形。总环向应力被分解为心肌细胞主动收缩产生的部分和心肌组织被动弹性产生的部分。该图说明了如何在器官尺度上建立“血压—壁厚—应力分配”的定量关系。

Fig. 4 心肌组织复合材料模型与细胞信号网络结构示意

Figure 4 左侧将心肌表示为“心肌细胞 + 细胞外基质”并联的复合材料，用以计算等效刚度和细胞承担的平均牵引负荷。右侧给出了心肌细胞内信号网络结构，一条是以 IGF-1 为代表的生理性肥厚通路，另一条是以钙信号、NFAT、整合素和 MLP 机械感受为核心的病理性重构通路。该图连接了组织力学与细胞信号之间的桥梁。

Fig. 5 多尺度心肌肥厚模型的数值迭代流程示意

Figure 5 用流程图展示每一个时间步内器官、组织和细胞三层之间的信息传递：器官尺度根据当前几何和压力计算壁应力，组织尺度据此得到细胞牵引负荷，细胞尺度根据信号网络更新肥厚程度。更新后的细胞和组织状态再反馈回器官尺度，修正壁厚和刚度。通过持续迭代，模型得到不同刺激条件下心肌生长和重构的演化轨迹。

Fig. 7 六大因素对心肌生长与病理信号的组合效应示意

Figure 7 以热图形式展示高血压、运动、细胞死亡、基质沉积、微管重构和基质交联等六个因素两两组合时，对壁厚、细胞体积分数、应力、钙信号和 NFAT 等指标的协同或拮抗作用。高血压与运动在生长上协同、在病理信号上拮抗；细胞死亡与基质沉积在维持壁厚的同时共同降低细胞比例；微管重构与基质交联几乎对所有病理指标呈协同放大。该图概括性地给出了“多因素驱动”下的重构图景。

Fig. 9 MLP 结构建模与 MLP 靶向干预的功能预测

Figure 9a 展示了 MLP 与 Z 盘相关蛋白的结构对接结果，为“增强 MLP 结合稳定性”的药物设想提供了结构基础。Figure 9b 则给出在不同 MLP 作用强度下壁厚、NFAT、应力和钙负荷等指标的变化趋势：肥厚和 NFAT 随 MLP 结合增强而下降，但应力和钙负荷上升。该图直观体现了将 MLP 作为力学生物学靶点时“抑制肥厚与增加心律失常风险并存”的双刃剑特性。

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