七夕硬核科学：看不懂对象的心？《自然》深度解剖给你看学术资讯

来源：环球科学

在这个特殊的日子里，当对象与你诉说真心，右手放在胸膛许诺时，你确定你真的懂对方的心吗？500多年前，达·芬奇曾画下了心脏内部的模样，但之后人们一直都没有弄懂心脏里的一些细微结构。如今，《自然》的新研究终于给出了一些答案，看似无用的结构也对心脏很关键。科学家花了数个世纪才懂的心，你确定你现在就懂了吗？

在人类胚胎漫长的胚胎发育过程中，心脏是第一个开始发育的器官，大约在受精完成4周后，心脏就能够开始自主地跳动，而心脏的第一次搏动也意味生命开始顽强地朝世界发出“我来了”的信号。除了生理发育的先锋，心脏也被许多文化视为赤诚的标志，无论是语言上表示“绝无异心”，还是行动上将手放在左侧胸膛宣誓，心脏都代表着一个个体的全部忠贞。（插句题外话：大脑一直告诉我们大脑是最复杂、最重要的器官，但我们表达忠诚时怎么从未产生过奉献大脑的想法呢？大脑却总是让我们奉献心脏...）

未能参透的秘密

而历史上，人类也从未停止尝试了解这颗重要器官的秘密，古希腊医学家盖伦（Galen）最早在公元2世纪将心脏描述成“不易受伤且很硬的肉块，并且有着其他器官没有的纤维含量，”在缺乏解剖学支持情况下，盖伦认为人体神经就是起源于心脏。而11世纪，医学家阿维森纳在结合了亚里士多德的一些思想后认为，心脏能产生呼吸作用，并且给全身供热。

这些思想随着中世纪解剖学的复兴得到了颠覆，大家在分析了心脏结构后，基本能分清楚心脏有左右心房和心室结构。而达·芬奇大约也在15世纪末将人类心脏的结构描绘了出来，根据记载，人类终于能够看到心脏的大体结构，并且在一些精细画作上，达·芬奇还展示了心脏内部的结构，描绘了其中错综复杂的肌肉纤维——心肌小梁。

当时的医学家认为心肌小梁只是心脏的附属品，就是给流经的血液升温的地方。但是，中世纪的医学家其实仍然不够懂我们的心，这些猜想现在看来也并不准确。

在现代生物学技术的帮助下，已经有研究发现，这些位于心室内表面的心肌小梁在心脏发育早期就出现了，科学家曾推测，心脏发育早期需氧量很大，心肌小梁能够负责给发育中的心脏供氧。而待心脏发育完成后心肌小梁就成了残留物，它在成人心脏中有什么用其实并不清楚。

右滑查看心肌小梁根据一些细胞谱系追踪结果，可以确认心肌小梁的分子和发育特点与大心肌是有差别的，而众多心肌小梁的表面或许能够帮助从血液里转运氧气和营养物质。不过，这大部分都是从达·芬奇画作出现至今的一些猜想。

解开心的谜题

现在，我们终于有机会看透我们心脏最神秘的结构了，借助于包含50万人类样本的英国生物样本库，科学家已经能够更具体地了解心脏的结构和不同区域的基因差异。这个样本库囊括了数量众多的心脏样本数据，而欧洲分子生物学实验室的研究人员，则使用了其中2.5万张心脏磁共振图像，并搭配上人工智能来对这些图片进行了分析。
根据已经发表在《自然》的文章，研究者发现，在成人的心脏中，心肌小梁同样具有作用，它使得心室内表面变得不再平滑，这能够保证我们每一次心脏搏动时输出的血液受到的阻力减少，更有效地通过心室。这一点会类似于高尔夫球上刻意点缀的凹洞，看起来会阻碍球的运行，但实际上这些凹洞能够减少空气的阻力让球飞得更远。

既然难得窥视到了心肌小梁，研究者决定一次性将操控它生长的基因也找出来。研究根据不同样本心肌小梁的分形进行了一次全基因组相关性分析，并最终找到了16个与心肌小梁发育显著性相关的基因位点。其中最让研究者关注的是在MTSS1 基因出现的变异位点，因为这个位点与心脏结构和功能表型都具备相关性。
在小鼠胚胎中，研究者用CRISPR/Cas9将mtss1基因敲除后，小鼠胚胎会出现大量死亡，而能够生长的小鼠，它们的心脏发育都会受损，与对照组相比，这些缺陷小鼠的心脏容积要更小，结构发育都要更慢。并且在显微镜下可以明显看到，mtss1 表达受损的的小鼠心脏心肌小梁的生成受到了阻碍。

小鼠mtts1 被敲除后，小鼠心脏的心肌小梁发育受损

在另外筛选出的位点中，与GOSR2 基因相关位点也与心脏发育明显相关，而GOSR2 突变后，会造成细胞骨架碎片化，最终导致树突棘的延伸受损。说到树突你是否也能联想到那种类似心肌小梁弯弯曲曲的外观？这两种基因或许就在形成类似这种弯曲结构中起到了关键作用。
而这次研究的发现，或许也找到了大脑和心脏的联系。因为MTSS1也会在小脑普金吉氏细胞高度表达，并让肌动蛋白往分支发育、生长，而不是一直走直线延伸。而这种分支发育方式也增大了组织的表面积，无论是神经需要的信息处理功能，还是心脏需要的血液动力功能，都离不开这种结构。因此这两种和心肌小梁发育高度相关的基因，或许也决定着大脑的神经发育功能。（原来大脑还和心脏有着这种默契，怪不得大脑时刻想着心脏...）
这些结构和基因的数据，终于让科学家看懂了心肌小梁，心肌小梁在成人心脏中是具有作用的，它的复杂程度决定了心脏搏动时的血液输出量，搏动功能和心脏输出指数，往往是心肌小梁越多和复杂，上述功能就要越强。就像上面所说的高尔夫球，血液在流经心室时，心肌小梁可以减少阻力，加速血液转运。
而在疾病分析中，心肌小梁的数量直接会和扩张型心肌病（DCM）、心衰等疾病相关，心肌小梁数量增多，那么患这些心脏疾病的风险就要更低。《自然》的这项研究的出现意味着，心肌小梁终于可以正名了，它在成人的心脏中也是有作用的，无论是结构、基因还是疾病方面，心肌小梁都在影响心脏的运作。
达·芬奇画下心肌小梁500年后，科学家终于弄懂了心脏这块不为人熟知的区域。如今，心肌小梁也正在你和你对象的心脏中，帮助它更有效地泵送血液。而当今夜你与对象心跳加速，血液流动量加大时，就会享受到心肌小梁带来的好处。现在，也是时候带领对方弄懂未被完全参透的心了。

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