心肌細胞產生方式

唐寶琛

(上海市川沙中學 上海 201200)

一、背景

心臟是哺乳動物非常重要的器官之一，心臟在工作時類似一個“泵”，可為身體各個器官提供血液，而血液中含有細胞代謝所需的氧氣和營養物質，這些物質隨著血液的流動而運輸至全身各處。除此之外，細胞代謝產生的廢棄物也可通過血液運輸排出。哺乳動物的心臟具有四個腔室，包括左心室、左心房、右心室和右心房，四個腔室共同發揮心臟的功能。除此之外，心臟中含有瓣膜結構，其功能是為了防止血液的倒流。從微觀上說，心臟由大量細胞組成，例如平滑肌細胞、內皮細胞、成纖維細胞和心肌細胞等，共同構成心臟的各個組織。（如圖1）[1]。

圖1 心臟解剖結構示意圖

隨著現在人們生活水平的不斷提高，許多不健康的生活習慣也在逐漸增加，這些不健康的生活習慣會導致多種疾病的發生，其中也可引起心臟疾病的產生。有研究表明，我國心臟疾病的患病率與死亡率都在逐年上升，其已經成為我國居民死亡的主要原因（如圖2）[2]。不良生活習慣可能會導致心臟血管由于脂肪的累積而堵塞，從而導致血液流動不通暢，使得周圍細胞供血不足，進而使大量心肌細胞死亡，甚至可導致人體死亡，因此，心臟疾病的治療刻不容緩。

圖2 心血管疾病死亡率居疾病死亡率首位

心肌細胞的增殖能力對于不同物種不同的生長發育階段也存在差異。例如小鼠心肌細胞的增殖能力在出生后一周內不斷減弱，但在青春期（出生后15天）有一個短暫的增強[4]。對于人來說，其心肌細胞增殖能力從一開始就較弱，但在20歲之前心肌細胞有著一定水平的更新能力[5]。再例如非哺乳動物斑馬魚，其心肌細胞增殖能力并不隨著發育時間的延長而減弱，反而一直維持較高水平[3]。

心臟疾病可能導致大量心肌細胞死亡，然而哺乳動物心肌細胞增殖能力較弱，導致心臟受損后難以恢復。因此，如何提高心肌細胞的增殖能力，是心臟疾病治療中較為關鍵的問題。而該過程中了解心肌細胞的產生方式也較為重要。本研究通過查閱文獻的方式，了解、對比、總結心肌細胞產生方式，從而對心臟疾病治療提供借鑒意見。

二、斑馬魚心肌細胞產生方式

對于非哺乳動物斑馬魚來說，如若對成年斑馬魚心臟切除20%的心臟組織，隨后觀察其心臟的恢復能力，可以發現在其受損后30天，心臟可以很好地恢復，并且瘢痕組織完全消失，該實驗表明成年斑馬魚心臟具有較高水平的再生能力，并且有證據表明新增的心肌細胞是由原心肌細胞增殖而來（如圖3）[3]。

圖3 斑馬魚心臟損傷后可完全修復

心臟再生過程中是否存在心肌細胞增殖能力的增強？為驗證該假設，實驗人員利用BRDU（用于標記DNA復制）進行了標記實驗，檢測心肌細胞增殖能力的變化情況，發現斑馬魚心臟在損傷后，心肌細胞增殖能力相對于對照組來說明顯增強，并且受損部位增殖能力明顯強于未受損區域。

心肌細胞增殖能力的增強導致了心臟的再生，那么，在此過程中心肌細胞是如何產生的呢？未解決該問題，研究人員通過透射電子顯微鏡觀察其細胞結構，發現在受損后5-7天內心肌細胞內部原周期性排列的結構被打亂，該過程稱為心肌細胞退分化，而具有退分化的心肌細胞才具有增殖能力，才可進一步完成分裂過程。以上內容證明斑馬魚心肌細胞是通過細胞退分化來完成心肌細胞增殖能力的增強的（如圖4）[4]。

圖4 新的心肌細胞由已存在的細胞退分化產生

以上實驗共同證明，斑馬魚在心臟受損后，新心肌細胞的產生可由原有心肌細胞退分化，完成分裂進而達到心臟再生的目的。

三、小鼠心肌細胞產生方式

對于哺乳動物的小鼠心臟，做類似斑馬魚的實驗，在小鼠出生后一天切除其心尖的10%～15%心臟組織，在損傷后21天，發現其心臟可像損傷后的斑馬魚一樣完全修復，并且膠原組織也完全消失（如圖5），除此之外，心臟的功能及重量均與假手術組相當[4]。說明此時心臟已經完全修復，并與假手術組一。以上結果證明，小鼠出生后一天心臟同成年斑馬魚一樣具有較強的再生能力。

圖5 小鼠心臟損傷后可完全修復

同樣的，為了驗證心臟再生過程中心肌細胞增殖能力的變化情況，研究人員通過phospho-H3（可檢測處于細胞核分裂的心肌細胞）標記實驗，進而檢測心肌細胞的增殖能力變化情況，發現在初生小鼠心臟受損后，其心臟各部分（損傷區、損傷邊緣區及遠端區）的心肌細胞增殖能力均有明顯增強，并且其心肌細胞也出現退分化的現象，說明，此時心肌細胞也能夠通過退分化的方式進行細胞增殖，以完成心臟修復（如圖6）[5]。

圖6 新的心肌細胞由已存在的細胞退分化產生

以上實驗共同說明，初生的小鼠新的心肌細胞也是能夠通過原有的心肌細胞通過退分化增殖產生。

四、討論

心臟是人體重要的組織器官，心臟疾病會導致心臟大量細胞死亡，而心肌細胞的增殖能力較弱，因此，探尋如何提高心肌細胞的增殖能力，是心臟疾病治療中較為關鍵的問題。本文通過查閱文獻，整合了非哺乳動物斑馬魚和初生小鼠心臟受損后心肌細胞增殖能力變化情況，發現其皆能通過退分化恢復原有心肌細胞的增殖能力，產生新的心肌細胞。

那么，既然哺乳動物和非哺乳動物心肌細胞均可由原有的心肌細胞退分化產生，在人的心臟疾病治療過程中，是否可以通過刺激心肌細胞退分化，從而使原有心肌細胞退分化產生新的心肌細胞，并對疾病進行治療呢？該問題需要進行進一步研究。而本文可對心臟疾病的治療提供些許借鑒意見。