心脏病发作后心肌可以再生——首次在人类身上得到证实

一次心脏病发作平均会摧毁受影响心室中约三分之一的肌肉细胞。这种损失一直被认为是永久性的。与肝脏或皮肤不同，心脏肌肉被认为基本上没有能力替换重大损伤所夺走的部分。覆盖在受损心脏组织上的疤痕，曾是这一故事的终章。

事实证明，还有另一章。悉尼大学的研究人员利用在搭桥手术中从患者体内取出的活体心脏组织，证实了此前仅在老鼠身上看到的现象：心脏病发作后，人类心脏开始产生新的肌肉细胞。

这一发现并不意味着心脏能自我修复。这种再生反应太小，远不足以抵消损伤的规模。但证明这种能力的存在，改变了研究人员可以瞄准的方向——并提出了这样一种可能性：有朝一日，某种疗法或许能放大心脏已经在尝试做的事情。

推荐阅读大脑支持细胞曾被认为不可替代——成年大脑正在替换它们

如何测量

研究人类心脏组织的难点一直是个时机问题。当死后样本送达实验室时，活跃细胞分裂的分子信号大多已经消散。该研究的第一作者、贝尔德应用心肺研究所（Baird Institute for Applied Heart and Lung Research）的研究员罗伯特·休姆博士（Dr. Robert Hume）帮助解决了这个问题，他开发了一种从活体患者身上采集组织的取样方法。

在悉尼皇家阿尔弗雷德王子医院（Royal Prince Alfred Hospital）接受搭桥手术的同意患者，同意在手术过程中从心脏的受损区域和未受损区域各取一小块组织样本。这些样本在十五分钟内用液氮保存，锁定了生物活性。这种保真度是死后材料无法实现的，它让团队检测到了此前研究遗漏的东西：在经历过心肌梗死的患者心脏中，心肌细胞有丝分裂——即肌肉细胞分裂和繁殖的过程——出现了统计学上显著的增加。

休姆博士指出：“我们得以在梗死的人类心脏中展示出心肌细胞有丝分裂的统计学显著增加。”科学家此前已在老鼠身上观察到同样的效应。这是首次在人类组织中得到直接记录。

心脏病发作实际摧毁了什么

问题的规模解释了为什么即使再生信号微弱，这一发现仍然重要。一次严重的心脏病发作可以消灭多达十亿个心肌细胞——这些细胞是心脏跳动和协调各心室时序所依赖的。幸存下来的肌肉不得不代偿，通常是通过拉伸。多年后，这种代偿失效。心脏扩大、变弱，向全身泵血的能力下降。

那个终点就是心力衰竭，它没有简单的解决办法。仅澳大利亚就有大约14.4万人患有此病。移植是目前唯一的根治性治疗，该国每年大约进行115例这样的手术。需求与供给之间的缺口无法单靠手术来弥合。

心血管疾病仍然是全球头号死因。任何能改变心脏病发作后概率的疗法——哪怕只是适度改变——都将惠及数千万人口。

为什么这不能定论

根据目前的理解，心脏的自然再生反应无法跟上引发它的损伤。一次大梗死造成的心肌细胞死亡远远超过心脏在响应中产生的新心肌细胞数量。休姆博士直接承认了这一点：再生反应虽然真实存在，但不足以防止心脏留下疤痕。

此外还有一个该领域尚未完全解决的机制问题。对衰竭人类心脏的相关研究发现，心肌细胞中的许多DNA复制事件涉及多倍体化——细胞积累额外的基因组拷贝而不实际分裂——以及多核化，而非标准的有丝分裂分裂。将真正的增殖与这些相关但不同的过程区分开来，是悉尼团队活体组织模型现在能够着手解决的技术挑战的一部分。

该研究还依赖于一个特定的患者群体——已经接受搭桥手术的人——他们可能无法代表心脏病发作患者的全部谱系。需要更大规模、更多样化的研究来了解这种再生信号的出现是否一致，以及它在年轻患者、不同梗死面积的患者或早期与晚期治疗的患者中是否有所不同。

蛋白质暗示了什么下一步

该团队还在人类组织中识别出了几种此前与小鼠心脏再生相关的蛋白质。这些蛋白质为疗法开发提供了最具体的前期线索。如果它们是触发心肌细胞在损伤后分裂的分子开关，那么它们就成了靶点——药物可以激活或放大它们的东西。

该研究的资深作者、皇家阿尔弗雷德王子医院的心力衰竭心脏病专家肖恩·拉尔教授（Professor Sean Lal）描述了团队正在努力的方向：“最终目标是利用这一发现制造新的心脏细胞，从而逆转心力衰竭。在我们的工作中使用活体人类心脏组织模型，意味着我们将拥有更准确、更可靠的数据来开发心脏病的新疗法。”

活体组织模型本身现在已成为一个独立于这一单一结果的研究工具。由于它保留了心脏在手术时刻的分子状态，它可以用于测试可能促进细胞分裂的化合物——而无需让另一个人先经历一次心脏病发作。

关于心脏再生的常见问题

人类心脏在心脏病发作后能自我修复吗？

正如这项研究首次在人类组织中证实的那样，心脏在梗死后具有有限的自然能力来生长新的肌肉细胞。再生通过心肌细胞有丝分裂——细胞分裂——发生。产生的新细胞数量太少，无法替换大梗死期间丢失的肌肉，因此心脏的修复反应存在，但单独来看在功能上是不够的。

为什么医生现在还不能治愈心力衰竭？

心力衰竭源于不可逆的肌肉损失：心脏通过更努力地工作来代偿弱化的区域，这最终会失败。心脏移植是唯一的治愈方法，而供体器官供应严重受限。大约14.4万澳大利亚人患有心力衰竭，而每年进行的移植手术约为115例。患者与可用器官之间的差距推动了寻找能再生受损肌肉的疗法。

这项研究与以往的研究有何不同？

以往的心脏再生研究使用死后组织。当这些样本送达实验室时，细胞分裂的分子信号已经消退。悉尼团队在搭桥手术期间从活体患者身上采集组织，并在十五分钟内用液氮保存。这种方法捕捉到了死后取样所遗漏的活跃生物过程——包括作为该研究核心发现的细胞分裂信号。

治疗多久才能面世？

目前还没有基于这一发现的临床治疗。该团队已经识别出可能调节心肌细胞分裂的蛋白质，这些现在成为药物开发的靶点。这项工作的意义在于，它打开了一个此前被认为关闭的治疗方向：成年人类心脏可以制造新的肌肉，而研究人员现在拥有一个工具来研究如何让它以有用的规模做到这一点。

研究的下一阶段将尝试在活体组织模型中识别哪些蛋白质可以被放大，以及这样做是否会将细胞分裂率提高到能够实际抵消梗死损伤的水平。

标签: biology, cardiac regeneration, cardiology, cardiomyocyte, heart attack, heart failure

更多类似内容

重写细胞密码：营养基因组学与对抗炎症重编程的战争

破解衰老密码：人工智能如何解锁细胞年轻化

CAR-T细胞消除了3名穷尽所有治疗方案患者的类风湿关节炎

大脑与免疫系统隔绝——但颅骨骨髓另有打算

超加工食品正在悄然瓦解你的细胞架构

阻断单个蛋白质，免疫细胞攻击癌细胞的能力大幅提升