心臟自己塑造自己？研究揭示心跳如何指導心臟發育

心臟如何從簡單管狀物變成復雜泵？最新研究顛覆認知，發現心跳本身就是指導心臟發育的關鍵信號源。

據弗朗西斯?克里克研究所報道：心跳觸發信號塑造心臟發育

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

心臟是最早形成的器官之一，因此它可以為發育中的胚胎提供生長和生存所需的氧氣和營養。然而，心臟如何從一個簡單的管狀物轉變為一個復雜的三維泵，仍不完全清楚。

作為發表在《Developmental Cell》雜志上的研究的一部分，研究團隊在斑馬魚中追蹤了心臟肌肉結構（稱為小梁）的早期發育。斑馬魚心臟與人類心臟共享關鍵的結構和遺傳特征，但具有透明的額外優勢，使得可以實時觀察心臟的細微生長細節。

突破性發現：心臟細胞通過招募而非分裂生長

研究團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，小梁并不像以前認為的那樣通過細胞分裂生長和發育。相反，鄰近細胞被招募來構建小梁的復雜性，從而增加心臟的肌肉質量和收縮效率。

設定正確的生長節奏

研究團隊還發現了心臟收縮與其自身發育之間的反饋機制。隨著小梁的發育和心臟更強烈地收縮，這會啟動一個機械信號，使細胞 "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。

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

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，盡管我們幾個世紀以來一直在觀察它的結構，但它如何生長到正確的形狀和大小仍然是個謎。我們發現的是，心臟的結構不是硬連接的；相反，它智能地適應動物生理的變化。理解這種靈活性背后的生物學可能構成未來心臟病治療的基礎。"

對先天性心臟病研究的啟示

研究團隊現在計劃更深入地研究小梁的發育，因為它會轉變為越來越復雜的海綿狀 3D 肌肉脊網。他們希望確定小梁脊如何調節血流，以及哪些細胞過程和分子機制塑造了這些復雜結構。

克里克研究所器官形態動力學實驗室主任 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展，但我們對小梁如何形成以及這些結構的缺陷如何影響心臟功能仍然知之甚少。這強調了解剖塑造這些結構并產生自然界最高效泵之一 —— 心臟的發育機制的重要性。"

這項研究為理解心臟發育提供了新視角，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節生長，科學家們有望開發出預防和治療先天性心臟病的新方法。