郭金程

摘要：心臟是哺乳動物重要的器官之一，承擔著運輸養(yǎng)料及氧氣的作用。心臟病如心肌梗死等會導致大量心肌細胞死亡，研究心肌細胞增殖有利于解決此問題。通過查閱文獻，研究心肌細胞增殖因素可為心臟病治療提供意見。

關鍵詞：哺乳動物;細胞增殖;心肌細胞

中圖分類號：F24文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.10.038

1前言

心臟是哺乳動物最重要的器官之一。心臟由兩房（左心房和右心房）兩室（左心室和右心室）組成，心房與心室之間有瓣膜（如圖1），瓣膜的作用是防止血液倒流。左右心室與左右心房互不相連，共同完成向哺乳動物全身各處運輸血液重要的作用。細胞代謝所需的氧氣和養(yǎng)料被運送至各個細胞，細胞代謝的廢物也被排出。由此可見，心臟對哺乳動物的生命活動起著極其重要的作用。

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展，人民收入提高，城鄉(xiāng)生活水平均有提高。但與此同時，心臟疾病患病率增加，心臟疾病的死亡比例也隨之提高。根據(jù)2016年《中國心血管報道》中顯示，心血管疾病導致城鄉(xiāng)居民死亡率居首位。其中農(nóng)村及城市心血管疾病導致死亡分別占總死因的45.01%及42.61%（如圖2），由此可見，心臟疾病問題已經(jīng)十分嚴重。心臟是除了腦以外最為耗氧的器官，其耗氧量為全身總耗氧量的12%。在一些心臟疾病中，例如心肌梗死會導致大量心肌細胞因缺氧不能完成完整的細胞代謝而死亡 。

心臟由大量心肌細胞、平滑肌細胞及成纖維細胞組成。其中心肌細胞的增殖能力是有限的。在實驗中以小鼠為例，幼年小鼠在特定時間內(nèi)心肌細胞增殖能力很強。出生一天之內(nèi)的小鼠若被切掉10%-15%的心臟組織，經(jīng)過21天小鼠可以通過已經(jīng)存在的心肌細胞的重新分裂進行修復，最終心臟可以被完全修復，無損失部分（如圖3）。同樣的實驗，在小鼠出生七天時切除類似大小的心臟組織，經(jīng)過21天卻不能完全修復，而是通過利用成纖維細胞分泌的膠原形成的瘢痕組織進行修復（如圖4），但是顯而易見的，此實驗中因為心臟大多數(shù)由瘢痕修復，小鼠心臟功能會受到損害，并最終導致小鼠的死亡。對于人類來說，人類心肌細胞在成年之后也基本喪失了增殖能力。

由上文可知，心臟疾病形勢不容樂觀，如何能夠有效治療心臟疾病還有待解決。其中心肌細胞的增殖能力在心臟疾病的治療中發(fā)揮著重要的作用，然而心肌細胞在成年哺乳動物體內(nèi)幾乎完全喪失增殖能力，如何提高心肌細胞的增殖能力成為了解決問題的關鍵。在本研究中我們通過查閱文獻等方式來探究影響成年哺乳動物心肌細胞增殖能力的因素，通過這樣的方式總結出影響心肌細胞的增殖因素，可以為心臟疾病的研究與治療提供意見，對心臟疾病問題的緩解起到一定的作用。

2影響心肌細胞增殖能力的因素

文獻報道，小鼠出生一天時，其心肌細胞具有較強的增殖能力，而在其成年后，心肌細胞增殖能力基本喪失。而對于非哺乳動物的斑馬魚來說，當切除成年斑馬魚20%的心臟組織后，其心臟可在30天后由已經(jīng)存在的心肌細胞的重新分裂修復回來。那么兩者之間有何關聯(lián)呢？經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，斑馬魚生活在水中處于低氧狀態(tài)，胚胎期的乳鼠處于母鼠的羊水中，也處于低氧狀態(tài)，當小鼠出生后，一直處于相對于羊水來說氧氣濃度較高的大氣中，此時，小鼠的心肌細胞逐漸喪失增殖能力。那么，氧氣濃度是否可以影響心肌細胞的增殖能力呢？

線粒體在細胞代謝過程中會產(chǎn)生大量的氧氣。細胞內(nèi)線粒體的復雜程度越高，氧氣產(chǎn)生越多，而大量的氧氣會產(chǎn)生生物毒性從而導致DNA的損傷。對比后發(fā)現(xiàn)，斑馬魚和幼年期的小鼠線粒體復雜程度相對較低，二者DNA損傷程度類似。而成年小鼠線粒體復雜程度相對較高，DNA損傷程度較為嚴重（如圖5），DNA的損傷可能會導致DNA復制產(chǎn)生障礙，從而影響其心肌細胞增殖能力。

為了進一步驗證該假設，將胚胎期小鼠分置于在高氧狀態(tài)（100%的氧氣濃度），普通狀態(tài)（21%的氧氣濃度）和低氧狀態(tài)（15%的氧氣濃度）中。一段時間后測定小鼠的DNA損傷程度、心重體重比、心肌細胞的大小及心肌細胞增殖能力。可以發(fā)現(xiàn)處于低氧狀態(tài)下的小鼠心肌細胞DNA損傷程度較小，而處于高氧狀態(tài)下的小鼠心肌細胞DNA損傷程度較高。心肌細胞數(shù)目是心臟重量的決定因素之一，在低氧狀態(tài)下小鼠心重體重比增大而心肌細胞體積減小，由此可以推測，在低氧狀態(tài)下，該心臟具有更多心肌細胞數(shù)目，也就是說此時心肌細胞增殖能力較高。為了驗證該觀點，標記與心肌細胞增殖相關的標記物（Aurora B，該標記物可以顯示胞質分裂），結果顯示在低氧狀態(tài)下兩種標記物數(shù)值較高，而高氧狀態(tài)下則與之相反。（如圖6）除此之外還通過向乳鼠注射能夠促使細胞產(chǎn)生大量活性氧的藥物，同時檢測以上指標，該實驗結果與之前類似，注射藥物的乳鼠DNA損傷嚴重，心重體重比不變而心肌細胞體積增大，由此可以說明心肌細胞數(shù)目減小，心肌細胞增殖能力減弱。通過檢測Aurora B指標的值可得，此時心肌細胞增殖能力確實處于較低水平。以上兩個證據(jù)可以共同證明，處于低氧狀態(tài)下的心肌細胞具有較低的DNA損傷率，同時具有較高的增殖能力水平（如圖7）。

無論向將乳鼠置于較高氧氣濃度的狀態(tài)還是向乳鼠注入產(chǎn)生活性氧的藥物都會對乳鼠心肌細胞增殖能力產(chǎn)生影響，那么，若向成年小鼠注入失去活性氧的藥物，其心肌細胞增殖能力會發(fā)生怎樣的變化？為此，向成年小鼠注射能夠降解活性氧的藥物后，同樣檢測DNA損傷程度、心重體重比、心肌細胞大小及細胞增殖能力標記物的水平變化，結果顯示，通過注射該藥物后，DNA損傷程度降低，心重體重比不變，而細胞大小變小。由此可以推測出心肌細胞的數(shù)目增多，最終通過檢測心肌細胞增殖標記物可以看出注射該藥物可以顯著提高心肌細胞增殖能力（如圖8）。

通過以上實驗我們可以得出以下結論：乳鼠心肌細胞具有較高增殖能力的原因為此時心肌細胞處于低氧狀態(tài)下，次種狀態(tài)下，DNA的損傷程度較低。成年小鼠心肌細胞則處于較高氧氣濃度狀態(tài)下，此狀態(tài)下，DNA的損傷程度較高，從而導致心肌細胞增殖能

力減弱。

3討論

哺乳動物心肌細胞增殖能力隨發(fā)育逐漸降低，而心臟疾病會導致大量心肌細胞死亡。如何提高心肌細胞增殖能力是心臟疾病治療過程中的重要問題，本研究通過閱讀文獻的方式發(fā)現(xiàn)氧氣對于心肌細胞增殖能力具有重要的作用，較低的氧氣濃度 可以提高心肌細胞增殖能力。那么，當心臟受到損傷時，我們是否可以通過注射藥物等方式降低心臟部分組織的氧氣濃度來進行治療呢？該假設仍然需要大量實驗進行驗證，通過本文的研究可能會對心臟疾病的研究提供一定的借鑒意義。

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