心臟如何從簡單管狀物變成復(fù)雜泵？最新研究顛覆認(rèn)知，發(fā)現(xiàn)心跳本身就是指導(dǎo)心臟發(fā)育的關(guān)鍵信號源。

據(jù)弗朗西斯?克里克研究所報道：心跳觸發(fā)信號塑造心臟發(fā)育

弗朗西斯?克里克研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)，心臟自身的收縮會觸發(fā)生物信號，指導(dǎo)功能性跳動心臟的形成。他們在斑馬魚中的研究強(qiáng)調(diào)了心臟重塑和適應(yīng)生理需求的能力，也可能揭示先天性心臟疾病中出現(xiàn)的問題。

心臟是最早形成的器官之一，因此它可以為發(fā)育中的胚胎提供生長和生存所需的氧氣和營養(yǎng)。然而，心臟如何從一個簡單的管狀物轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋�復(fù)雜的三維泵，仍不完全清楚。

作為發(fā)表在《Developmental Cell》雜志上的研究的一部分，研究團(tuán)隊在斑馬魚中追蹤了心臟肌肉結(jié)構(gòu)（稱為小梁）的早期發(fā)育。斑馬魚心臟與人類心臟共享關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)和遺傳特征，但具有透明的額外優(yōu)勢，使得可以實時觀察心臟的細(xì)微生長細(xì)節(jié)。

突破性發(fā)現(xiàn)：心臟細(xì)胞通過招募而非分裂生長

研究團(tuán)隊使用斑馬魚心臟的實時 4D 成像來研究不同尺度的生物過程，從單個細(xì)胞行為到器官形狀和大小的變化。他們觀察到，小梁并不像以前認(rèn)為的那樣通過細(xì)胞分裂生長和發(fā)育。相反，鄰近細(xì)胞被招募來構(gòu)建小梁的復(fù)雜性，從而增加心臟的肌肉質(zhì)量和收縮效率。

設(shè)定正確的生長節(jié)奏

研究團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)了心臟收縮與其自身發(fā)育之間的反饋機(jī)制。隨著小梁的發(fā)育和心臟更強(qiáng)烈地收縮，這會啟動一個機(jī)械信號，使細(xì)胞 "變軟"，使它們能夠伸展并增加大小。這使得心臟的容量增加 90%，并最大限度地提高其血液充盈能力。

至關(guān)重要的是，這種反饋系統(tǒng)決定了健康的生長速度，因為隨著心臟細(xì)胞的伸展，它們失去了被招募的能力，從而穩(wěn)定了小梁的生長。

該研究的第一作者、博士后研究員 Toby Andrews 說："心跳是生命的代名詞，盡管我們幾個世紀(jì)以來一直在觀察它的結(jié)構(gòu)，但它如何生長到正確的形狀和大小仍然是個謎。我們發(fā)現(xiàn)的是，心臟的結(jié)構(gòu)不是硬連接的；相反，它智能地適應(yīng)動物生理的變化。理解這種靈活性背后的生物學(xué)可能構(gòu)成未來心臟病治療的基礎(chǔ)。"

對先天性心臟病研究的啟示

研究團(tuán)隊現(xiàn)在計劃更深入地研究小梁的發(fā)育，因為它會轉(zhuǎn)變?yōu)樵絹碓綇?fù)雜的海綿狀 3D 肌肉脊網(wǎng)。他們希望確定小梁脊如何調(diào)節(jié)血流，以及哪些細(xì)胞過程和分子機(jī)制塑造了這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

克里克研究所器官形態(tài)動力學(xué)實驗室主任 Rashmi Priya 說："盡管我們在理解心臟病或 ' 心肌病 ' 涉及的分子途徑方面取得了進(jìn)展，但我們對小梁如何形成以及這些結(jié)構(gòu)的缺陷如何影響心臟功能仍然知之甚少。這強(qiáng)調(diào)了解剖塑造這些結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生自然界最高效泵之一 —— 心臟的發(fā)育機(jī)制的重要性。"

這項研究為理解心臟發(fā)育提供了新視角，也為揭示先天性心臟缺陷的成因開辟了新途徑。通過了解心臟如何自我調(diào)節(jié)生長，科學(xué)家們有望開發(fā)出預(yù)防和治療先天性心臟病的新方法。