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深度解剖:帮你看懂她他的心

发布日期:2020-09-15 13:16   来源:未知   阅读:

  500多年前,达·芬奇曾画下了心脏内部的模样,但之后人们一直都没有弄懂心脏里的一些细微结构。如今,《自然》的新研究终于给出了一些答案,看似无用的结构也对心脏很关键。科学家花了数个世纪才懂的心,你确定你现在就懂了吗?

  在人类胚胎漫长的胚胎发育过程中,心脏是第一个开始发育的器官,大约在受精完成4周后,心脏就能够开始自主地跳动,而心脏的第一次搏动也意味生命开始顽强地朝世界发出“我来了”的信号。除了生理发育的先锋,心脏也被许多文化视为赤诚的标志,无论是语言上表示“绝无异心”,还是行动上将手放在左侧胸膛宣誓,心脏都代表着一个个体的全部忠贞。(插句题外话:大脑一直告诉我们大脑是最复杂、最重要的器官,但我们表达忠诚时怎么从未产生过奉献大脑的想法呢?大脑却总是让我们奉献心脏...)

  而历史上,人类也从未停止尝试了解这颗重要器官的秘密,古希腊医学家盖伦(Galen)最早在公元2世纪将心脏描述成“不易受伤且很硬的肉块,并且有着其他器官没有的纤维含量,”在缺乏解剖学支持情况下,盖伦认为人体神经就是起源于心脏。而11世纪,医学家阿维森纳在结合了亚里士多德的一些思想后认为,心脏能产生呼吸作用,并且给全身供热。

  这些思想随着中世纪解剖学的复兴得到了颠覆,大家在分析了心脏结构后,基本能分清楚心脏有左右心房和心室结构。而达·芬奇大约也在15世纪末将人类心脏的结构描绘了出来,根据记载,人类终于能够看到心脏的大体结构,并且在一些精细画作上,达·芬奇还展示了心脏内部的结构,描绘了其中错综复杂的肌肉纤维——心肌小梁。

  当时的医学家认为心肌小梁只是心脏的附属品,就是给流经的血液升温的地方。但是,中世纪的医学家其实仍然不够懂我们的心,这些猜想现在看来也并不准确。

  在现代生物学技术的帮助下,已经有研究发现,这些位于心室内表面的心肌小梁在心脏发育早期就出现了,科学家曾推测,心脏发育早期需氧量很大,心肌小梁能够负责给发育中的心脏供氧。而待心脏发育完成后心肌小梁就成了残留物,它在成人心脏中有什么用其实并不清楚。

  根据一些细胞谱系追踪结果,可以确认心肌小梁的分子和发育特点与大心肌是有差别的,而众多心肌小梁的表面或许能够帮助从血液里转运氧气和营养物质。不过,这大部分都是从达·芬奇画作出现至今的一些猜想。

  现在,我们终于有机会看透我们心脏最神秘的结构了,借助于包含50万人类样本的英国生物样本库,科学家已经能够更具体地了解心脏的结构和不同区域的基因差异。这个样本库囊括了数量众多的心脏样本数据,而欧洲分子生物学实验室的研究人员,则使用了其中2.5万张心脏磁共振图像,并搭配上人工智能来对这些图片进行了分析。

  根据已经发表在《自然》的文章,研究者发现,在成人的心脏中,心肌小梁同样具有作用,它使得心室内表面变得不再平滑,这能够保证我们每一次心脏搏动时输出的血液受到的阻力减少,更有效地通过心室。这一点会类似于高尔夫球上刻意点缀的凹洞,看起来会阻碍球的运行,但实际上这些凹洞能够减少空气的阻力让球飞得更远。

  既然难得窥视到了心肌小梁,研究者决定一次性将操控它生长的基因也找出来。研究根据不同样本心肌小梁的分形进行了一次全基因组相关性分析,并最终找到了16个与心肌小梁发育显著性相关的基因位点。其中最让研究者关注的是在MTSS1 基因出现的变异位点,因为这个位点与心脏结构和功能表型都具备相关性。

  在小鼠胚胎中,研究者用CRISPR/Cas9将mtss1基因敲除后,小鼠胚胎会出现大量死亡,而能够生长的小鼠,它们的心脏发育都会受损,与对照组相比,这些缺陷小鼠的心脏容积要更小,结构发育都要更慢。并且在显微镜下可以明显看到,mtss1 表达受损的的小鼠心脏心肌小梁的生成受到了阻碍。

  在另外筛选出的位点中,与GOSR2 基因相关位点也与心脏发育明显相关,而GOSR2 突变后,会造成细胞骨架碎片化,最终导致树突棘的延伸受损。说到树突你是否也能联想到那种类似心肌小梁弯弯曲曲的外观?这两种基因或许就在形成类似这种弯曲结构中起到了关键作用。

  而这次研究的发现,或许也找到了大脑和心脏的联系。因为MTSS1也会在小脑普金吉氏细胞高度表达,并让肌动蛋白往分支发育、生长,而不是一直走直线延伸。而这种分支发育方式也增大了组织的表面积,无论是神经需要的信息处理功能,还是心脏需要的血液动力功能,都离不开这种结构。因此这两种和心肌小梁发育高度相关的基因,或许也决定着大脑的神经发育功能。(原来大脑还和心脏有着这种默契,怪不得大脑时刻想着心脏...)

  这些结构和基因的数据,终于让科学家看懂了心肌小梁,心肌小梁在成人心脏中是具有作用的,它的复杂程度决定了心脏搏动时的血液输出量,搏动功能和心脏输出指数,往往是心肌小梁越多和复杂,上述功能就要越强。就像上面所说的高尔夫球,血液在流经心室时,心肌小梁可以减少阻力,加速血液转运。

  而在疾病分析中,心肌小梁的数量直接会和扩张型心肌病(DCM)、心衰等疾病相关,心肌小梁数量增多,那么患这些心脏疾病的风险就要更低。《自然》的这项研究的出现意味着,心肌小梁终于可以正名了,它在成人的心脏中也是有作用的,无论是结构、基因还是疾病方面,心肌小梁都在影响心脏的运作。

  达·芬奇画下心肌小梁500年后,科学家终于弄懂了心脏这块不为人熟知的区域。如今,心肌小梁也正在你和你对象的心脏中,帮助它更有效地泵送血液。而当今夜你与对象心跳加速,血液流动量加大时,就会享受到心肌小梁带来的好处。现在,也是时候带领对方弄懂未被完全参透的心了。