揭示心肌纖維形狀影響心臟功能和心力衰竭發(fā)生的分子機制

一項刊登在國際雜志Nature上的研究報告中，來自冷泉港實驗室等機構(gòu)的科學(xué)家們通過研究分析了位于心臟內(nèi)表面肌纖維復(fù)雜網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的功能，相關(guān)研究結(jié)果揭示了心肌形狀影響心臟功能和心力衰竭發(fā)生的分子機制。對于人類而言，心臟是**個發(fā)育的功能性器官，其在受孕僅四周就開始自發(fā)跳動了，而在發(fā)育早期，心臟會生長出一種復(fù)雜精細化的肌纖維網(wǎng)，即心肌小梁結(jié)構(gòu)（myocardial trabeculae），其能形成心臟內(nèi)表面的幾何圖樣，同時心肌小梁還被認(rèn)為能幫助心臟供氧，但自從16世紀(jì)以來，該結(jié)構(gòu)在成年人機體中所扮演的角色就一直是一個謎題。

研究者Hannah Meyer表示，本文研究深入揭示了心肌小梁結(jié)構(gòu)的重要性，也許更重要的是，我們展示了一個真正的多學(xué)科研究團隊的價值，只有將遺傳學(xué)、臨床研究和生物工程學(xué)相結(jié)合，研究人員或許才能夠解釋心肌小梁在成人心臟功能發(fā)揮過程中扮演的關(guān)鍵角色。為了理解心肌小梁的角色和發(fā)育過程，研究人員利用人工智能技術(shù)對2.5萬和心臟MRI圖像以及相關(guān)的心臟形態(tài)和遺傳數(shù)據(jù)進行了分析，相關(guān)研究成果揭示了心肌小梁的工作機制和發(fā)育過程，以及其形狀的改變?nèi)绾涡纬蓚€體心臟病的發(fā)生。

本文研究結(jié)果回答了人類基本生物學(xué)研究中非常古老的問題，隨著大規(guī)模遺傳分析和人工智能技術(shù)的發(fā)展，如今研究人員以一種前所未有的規(guī)模開啟了對生理學(xué)研究的理解和探索；研究者指出，心室粗糙的表面會使得血液在每次心跳時更有效地流動，這就好比是高爾夫球上的凹陷能減少空氣阻力一樣，其會幫助高爾夫球飛得更遠；研究者發(fā)現(xiàn)，人類DNA中的6個區(qū)域或會影響這些肌纖維中分形圖像的發(fā)育模式，有意思的是，研究人員還發(fā)現(xiàn)，其中2個區(qū)域還會調(diào)節(jié)神經(jīng)細胞的分枝，這或許就揭示了在發(fā)育中的大腦中發(fā)揮功能的一種類似的機制。

研究者發(fā)現(xiàn)，心肌小梁的形狀會影響心臟的功能，這就揭示了一種與心臟病發(fā)生的潛在關(guān)聯(lián)，為了對此進行證實，研究人員分析了來自5萬名患者的遺傳數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肌纖維中不同的分形模式或會影響個體患心力衰竭的風(fēng)險，目前大約有500萬美國人群遭受充血性心力衰竭的折磨，研究者表示，后期對心肌小梁結(jié)構(gòu)的深入研究或能幫助科學(xué)家們深入理解常見心臟疾病發(fā)生的原因以及尋找更多的治療性手段。