当我们运动时，负荷越高，重复次数越多，肌肉就增加得越大。然而，为什么运动可以锻炼肌肉？为什么长时间不动就会导致肌肉萎缩呢？

肌肉是一个高度有序的器官，可以拆分成越来越小的亚结构。肌节是肌肉实现收缩和肥大的最基本单位，每个肌节又包含许多肌丝，分为粗丝和细丝两种，而细丝仅有1微米长，直径也不到1微米，它们比肌纤维（肌细胞）更小。

近日，发表在《Biophysical Journal》上的一项研究中，来自英国剑桥大学卡文迪许实验室（全世界几乎一半诺贝尔物理学诺都来自这个实验室）的Eugene Terentjev教授和Neil Ibata（15岁时就是Nature一作）利用理论生物物理学的方法开发了一套数学模型，并结合细胞内机械传感器、信号链途径和转录后合成的核糖体动力学，揭示了肌肉如何通过生产（或降解）其收缩蛋白来感知和响应外部负荷。这样一来，它就可以根据不同个体预测“增肌”的最优方案。该模型为手机应用（App）打下了基础。未来，用户有望通过输入个人的生理学细节来获取自己的最优增肌方案。

研究人员发现，每当一个分子的一部分处于张力下足够长的时间，它就会切换到一个不同的状态，然后暴露出一个先前隐藏的区域。如果这个区域可以结合到某个参与细胞信号传递的小分子上，它就会激活这个分子，从而产生一个化学信号链。肌联蛋白（Titin）是一种巨大的蛋白质，当肌肉被拉伸时，它的一大部分都会被拉伸；但当肌肉收缩时，它的一小部分也会处于紧张状态。这部分肌联蛋白就包含所谓的肌联蛋白激酶（TK）结构域，它可以产生影响肌肉生长的化学信号。

Terentjev和Ibata着手构建了这个数学模型，该模型能对肌肉生长进行定量预测。他们从一个记录肌联蛋白分子在外力作用下打开并启动信号级联的简单模型开始，并使用显微镜数据来确定单个肌联蛋白激酶单元在外力作用下开启或关闭以及激活信号分子的外力依赖性概率。

Ibata N, Terentjev EM. Why exercise builds muscles: titin mechanosensing controls skeletal muscle growth under load. Biophys J. 2021 Sep 7 ; 120(17) : 3649-3663. 

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