哺乳动物心肌细胞增殖能力影响因素分析

郭金程

摘要：心脏是哺乳动物重要的器官之一，承担着运输养料及氧气的作用。心脏病如心肌梗死等会导致大量心肌细胞死亡，研究心肌细胞增殖有利于解决此问题。通过查阅文献，研究心肌细胞增殖因素可为心脏病治疗提供意见。

关键词：哺乳动物;细胞增殖;心肌细胞

中图分类号：F24文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.10.038

1前言

心脏是哺乳动物最重要的器官之一。心脏由两房（左心房和右心房）两室（左心室和右心室）组成，心房与心室之间有瓣膜（如图1），瓣膜的作用是防止血液倒流。左右心室与左右心房互不相连，共同完成向哺乳动物全身各处运输血液重要的作用。细胞代谢所需的氧气和养料被运送至各个细胞，细胞代谢的废物也被排出。由此可见，心脏对哺乳动物的生命活动起着极其重要的作用。

随着我国经济发展，人民收入提高，城乡生活水平均有提高。但与此同时，心脏疾病患病率增加，心脏疾病的死亡比例也随之提高。根据2016年《中国心血管报道》中显示，心血管疾病导致城乡居民死亡率居首位。其中农村及城市心血管疾病导致死亡分别占总死因的45.01%及42.61%（如图2），由此可见，心脏疾病问题已经十分严重。心脏是除了脑以外最为耗氧的器官，其耗氧量为全身总耗氧量的12%。在一些心脏疾病中，例如心肌梗死会导致大量心肌细胞因缺氧不能完成完整的细胞代谢而死亡 。

心脏由大量心肌细胞、平滑肌细胞及成纤维细胞组成。其中心肌细胞的增殖能力是有限的。在实验中以小鼠为例，幼年小鼠在特定时间内心肌细胞增殖能力很强。出生一天之内的小鼠若被切掉10%-15%的心脏组织，经过21天小鼠可以通过已经存在的心肌细胞的重新分裂进行修复，最终心脏可以被完全修复，无损失部分（如图3）。同样的实验，在小鼠出生七天时切除类似大小的心脏组织，经过21天却不能完全修复，而是通过利用成纤维细胞分泌的胶原形成的瘢痕组织进行修复（如图4），但是显而易见的，此实验中因为心脏大多数由瘢痕修复，小鼠心脏功能会受到损害，并最终导致小鼠的死亡。对于人类来说，人类心肌细胞在成年之后也基本丧失了增殖能力。

由上文可知，心脏疾病形势不容乐观，如何能够有效治疗心脏疾病还有待解决。其中心肌细胞的增殖能力在心脏疾病的治疗中发挥着重要的作用，然而心肌细胞在成年哺乳动物体内几乎完全丧失增殖能力，如何提高心肌细胞的增殖能力成为了解决问题的关键。在本研究中我们通过查阅文献等方式来探究影响成年哺乳动物心肌细胞增殖能力的因素，通过这样的方式总结出影响心肌细胞的增殖因素，可以为心脏疾病的研究与治疗提供意见，对心脏疾病问题的缓解起到一定的作用。

2影响心肌细胞增殖能力的因素

文献报道，小鼠出生一天时，其心肌细胞具有较强的增殖能力，而在其成年后，心肌细胞增殖能力基本丧失。而对于非哺乳动物的斑马鱼来说，当切除成年斑马鱼20%的心脏组织后，其心脏可在30天后由已经存在的心肌细胞的重新分裂修复回来。那么两者之间有何关联呢？经过分析发现，斑马鱼生活在水中处于低氧状态，胚胎期的乳鼠处于母鼠的羊水中，也处于低氧状态，当小鼠出生后，一直处于相对于羊水来说氧气浓度较高的大气中，此时，小鼠的心肌细胞逐渐丧失增殖能力。那么，氧气浓度是否可以影响心肌细胞的增殖能力呢？

线粒体在细胞代谢过程中会产生大量的氧气。细胞内线粒体的复杂程度越高，氧气产生越多，而大量的氧气会产生生物毒性从而导致DNA的损伤。对比后发现，斑马鱼和幼年期的小鼠线粒体复杂程度相对较低，二者DNA损伤程度类似。而成年小鼠线粒体复杂程度相对较高，DNA损伤程度较为严重（如图5），DNA的损伤可能会导致DNA复制产生障碍，从而影响其心肌细胞增殖能力。

为了进一步验证该假设，将胚胎期小鼠分置于在高氧状态（100%的氧气浓度），普通状态（21%的氧气浓度）和低氧状态（15%的氧气浓度）中。一段时间后测定小鼠的DNA损伤程度、心重体重比、心肌细胞的大小及心肌细胞增殖能力。可以发现处于低氧状态下的小鼠心肌细胞DNA损伤程度较小，而处于高氧状态下的小鼠心肌细胞DNA损伤程度较高。心肌细胞数目是心脏重量的决定因素之一，在低氧状态下小鼠心重体重比增大而心肌细胞体积减小，由此可以推测，在低氧状态下，该心脏具有更多心肌细胞数目，也就是说此时心肌细胞增殖能力较高。为了验证该观点，标记与心肌细胞增殖相关的标记物（Aurora B，该标记物可以显示胞质分裂），结果显示在低氧状态下两种标记物数值较高，而高氧状态下则与之相反。（如图6）除此之外还通过向乳鼠注射能够促使细胞产生大量活性氧的药物，同时检测以上指标，该实验结果与之前类似，注射药物的乳鼠DNA损伤严重，心重体重比不變而心肌细胞体积增大，由此可以说明心肌细胞数目减小，心肌细胞增殖能力减弱。通过检测Aurora B指标的值可得，此时心肌细胞增殖能力确实处于较低水平。以上两个证据可以共同证明，处于低氧状态下的心肌细胞具有较低的DNA损伤率，同时具有较高的增殖能力水平（如图7）。

无论向将乳鼠置于较高氧气浓度的状态还是向乳鼠注入产生活性氧的药物都会对乳鼠心肌细胞增殖能力产生影响，那么，若向成年小鼠注入失去活性氧的药物，其心肌细胞增殖能力会发生怎样的变化？为此，向成年小鼠注射能够降解活性氧的药物后，同样检测DNA损伤程度、心重体重比、心肌细胞大小及细胞增殖能力标记物的水平变化，结果显示，通过注射该药物后，DNA损伤程度降低，心重体重比不变，而细胞大小变小。由此可以推测出心肌细胞的数目增多，最终通过检测心肌细胞增殖标记物可以看出注射该药物可以显著提高心肌细胞增殖能力（如图8）。

通过以上实验我们可以得出以下结论：乳鼠心肌细胞具有较高增殖能力的原因为此时心肌细胞处于低氧状态下，次种状态下，DNA的损伤程度较低。成年小鼠心肌细胞则处于较高氧气浓度状态下，此状态下，DNA的损伤程度较高，从而导致心肌细胞增殖能

力減弱。

3讨论

哺乳动物心肌细胞增殖能力随发育逐渐降低，而心脏疾病会导致大量心肌细胞死亡。如何提高心肌细胞增殖能力是心脏疾病治疗过程中的重要问题，本研究通过阅读文献的方式发现氧气对于心肌细胞增殖能力具有重要的作用，较低的氧气浓度 可以提高心肌细胞增殖能力。那么，当心脏受到损伤时，我们是否可以通过注射药物等方式降低心脏部分组织的氧气浓度来进行治疗呢？该假设仍然需要大量实验进行验证，通过本文的研究可能会对心脏疾病的研究提供一定的借鉴意义。

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