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                  達·芬奇500年前留下的心臟謎題解開了
                  2020-09-03 14:18:33   來源:科技日報
                  內容摘要
                  500多年前,達·芬奇曾畫下了心臟內部的模樣,但之后人們一直都沒有弄懂心臟里的一些細微結構。如今,《自然》雜志刊發的新研究終于給出了一些答案,看似無用的結構,比如心肌小梁也對心臟很關鍵。過了數個世紀,科學家真的弄懂我們的心了嗎?

                  500多年前,達·芬奇曾畫下了心臟內部的模樣,但之后人們一直都沒有弄懂心臟里的一些細微結構。如今,《自然》雜志刊發的新研究終于給出了一些答案,看似無用的結構,比如心肌小梁也對心臟很關鍵。過了數個世紀,科學家真的弄懂我們的心了嗎?

                  在人類胚胎漫長的發育過程中,心臟是第一個開始發育的器官,大約在受精完成4周后,心臟就能夠開始自主地跳動,而心臟的第一次搏動也意味著生命開始頑強地朝世界發出“我來了”的信號。

                  人類對心臟曾有諸多猜想

                  歷史上,人類從未停止嘗試了解這個重要器官的秘密,古希臘醫學家蓋倫最早在公元2世紀將心臟描述成“不易受傷且很硬的肉塊,并且有著其他器官沒有的纖維含量”。在缺乏解剖學支持的情況下,蓋倫認為人體神經就是起源于心臟。而公元11世紀,醫學家阿維森納在結合了亞里士多德的一些思想后認為,心臟能幫助呼吸,并且給全身供熱。

                  這些認識隨著中世紀解剖學的復興而被顛覆,大家在分析了心臟結構后,基本能分清楚心臟有左右心房和心室結構。而達·芬奇大約也在15世紀末將人類心臟的結構描繪了出來。根據記載,人類終于能夠看到心臟的大體結構,并且在一些精細畫作上,達·芬奇還展示了心臟內部的結構,描繪了其中錯綜復雜的肌肉纖維——心肌小梁。

                  當時的醫學家認為心肌小梁只是心臟的附屬品,就是給流經的血液升溫的地方。但是,中世紀的醫學家其實仍然不夠懂我們的心,這些猜想現在看來也并不準確。

                  在現代生物學技術的幫助下,已經有研究發現,這些位于心室內表面的心肌小梁在心臟發育早期就出現了,科學家曾推測,心臟發育早期需氧量很大,心肌小梁能夠負責給發育中的心臟供氧。而待心臟發育完成后心肌小梁就成了殘留物,它在成人心臟中有什么用其實并不清楚。

                  根據一些細胞譜系追蹤結果,可以確認心肌小梁的分子和發育特點與大心肌是有差別的,心肌小梁能夠幫助運送氧氣和營養物質。不過,這大部分都是猜想。

                  科學家想借助科技看透心臟

                  現在,我們終于有機會看透我們心臟最神秘的結構了。借助于包含50萬人類樣本的英國生物樣本庫,科學家已經能夠更具體地了解心臟的結構和不同區域的基因差異。這個樣本庫囊括了數量眾多的心臟樣本數據,而歐洲分子生物學實驗室的研究人員,則使用了其中2.5萬張心臟磁共振圖像,并搭配上人工智能對這些圖片進行了分析。

                  根據近日發表在《自然》的論文,研究人員發現,在成人的心臟中,心肌小梁同樣具有作用,它使得心室內表面變得不再平滑,這能夠保證我們每一次心臟搏動時輸出的血液受到的阻力減少,更有效地通過心室。這一點會類似于高爾夫球上刻意點綴的凹洞,看起來會阻礙球的運行,但實際上這些凹洞能夠減少空氣的阻力讓球飛得更遠。

                  既然難得窺視到心肌小梁,研究人員決定將操控它生長的基因也找出來。研究人員根據不同樣本心肌小梁的分形進行了一次全基因組相關性分析,并最終找到了16個與心肌小梁發育顯著性相關的基因位點。其中最受關注的是在MTSS1基因出現的變異位點,因為這個位點與心臟結構和功能表型都具備相關性。

                  在小鼠胚胎中,研究人員用基因剪刀將MTSS1基因敲除后,小鼠胚胎會出現大量死亡,而能夠生長的小鼠,其心臟發育也會受損,與對照組相比,這些缺陷小鼠的心臟容積要更小,結構發育也更慢。在顯微鏡下可以明顯看到,MTSS1表達受損的小鼠心肌小梁的生成受到了阻礙。

                  在另外篩選出的位點中,與GOSR2基因相關位點也與心臟發育明顯相關,而GOSR2突變后,會造成細胞骨架碎片化,最終導致樹突棘的延伸受損。這兩種基因或許就在形成心臟彎曲結構中起到了關鍵作用。

                  而這次研究的發現,或許也找到了大腦和心臟的聯系。因為MTSS1也會在小腦普金吉氏細胞高度表達,并讓肌動蛋白往分支發育、生長,而不是一直走直線延伸。而這種分支發育方式也增大了組織的表面積,無論是神經需要的信息處理功能,還是心臟需要的血液動力功能,都離不開這種結構。因此這兩種和心肌小梁發育高度相關的基因,或許也決定著大腦的神經發育功能。

                  達·芬奇畫下心肌小梁500年后,科學家終于弄懂了心臟這塊不為人熟知的區域。這些結構和基因的數據,終于讓科學家看懂了心肌小梁,心肌小梁的復雜程度決定了心臟搏動時的血液輸出量、搏動功能和心臟輸出指數,往往心肌小梁越多和越復雜,上述功能越強。(楊心舟 據《環球科學》)











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