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如果心脏病患者只需服用一颗药丸,就能在24小时内让心脏变得更强壮、更灵活、更高效,这听起来是不是像科幻电影?然而,自然界中已经有这样一种生物蟒蛇,完美地做到了这一点。它们的心脏拥有令人难以置信的适应能力,这可能彻底改变我们治疗人类心脏疾病的方式。
近期在《美国国家科学院院刊》上发表了一项研究,揭示了蟒蛇心脏为何如此强大。
一条蟒蛇在禁食数月后,突然吞食了一顿比自身体重还大的食物。仅仅在一天之内,它的心脏就会膨胀25%,心脏组织变得更加柔韧,跳动力量增加一倍以上。与此同时,一系列复杂的基因被激活,使其新陈代谢速度惊人地提高了40倍。两周后,仿佛一切都未曾发生过一样,除了心脏变得稍微更大、更强壮之外,一切都恢复了正常。这种快速而剧烈的转变,如果发生在人类身上,通常是致命的。但对蟒蛇来说,这却是常态。
是什么让蟒蛇如此独特?蟒蛇能够数月甚至一年不进食,然后吞下比自己体重还大的食物,却毫发无损。蟒蛇拥有某种机制,能保护它们的心脏免受对人类有害的因素的影响。
研究团队比较了禁食28天和进食相当于其体重25%食物,24小时后蛇的心脏。结果发现:特化的心肌纤维束(肌原纤维)变得异常柔软,同时收缩力却增强了约50%。质谱分析表明,禁食和进食24小时后的心脏都表达相似的肌球蛋白异构体,其中MYH15是最丰富的肌球蛋白。肌原纤维的被动张力显著降低,导致心脏组织变得不那么僵硬,这解释了蟒蛇进食后心室充盈的改善。研究还发现,钙离子瞬变持续时间延长,但肌原纤维对钙离子的敏感性没有改变。此外,外周偶联长度增加以及肌原纤维间隙增大 可能导致钙离子瞬变的延长。
研究人员在进食和禁食的蟒蛇之间发现了“深刻的表观遗传差异”。换句话说,蟒蛇心脏中基因表达的方式在进食后发生了显著变化。染色质凝集度显著降低,组蛋白H3乙酰化水平升高,表明基因更容易被读取。研究还发现,蟒蛇进食后特异性地降低了Sirtuin(一类组蛋白去乙酰化酶)的活性。
代谢也在蟒蛇进食后扮演着至关重要的角色。一些基因变化似乎促使蟒蛇心脏燃烧脂肪而非糖类作为燃料——这正是患病的人类心脏难以做到的。
心脏纤维化是一种心脏组织变硬的疾病,困扰着全球数百万人。蟒蛇快速软化其心脏组织的能力,可能为开发治疗这种疾病和其他心脏病提供突破性的疗法。虽然人类心脏也会随着运动或疾病而改变,但蟒蛇心脏重塑的速度和幅度在动物界是无与伦比的。研究发现蟒蛇心脏能够在短短24小时内彻底改造,变得不那么僵硬,能量效率也更高。如果能弄清楚蟒蛇是如何做到的,并将其用于人类治疗,那将是非凡的成就。蟒蛇心脏中发挥作用的机制可能对治疗其他器官(包括肺和肝脏)的纤维化是否也有意义?
或许有一天,我们真的能从蟒蛇那里学到如何让我们的心更健康、更强大。大自然的一切,都是值得我们人类学习,探究。
参考文献:Postprandial cardiac hypertrophy is sustained by mechanics, epigenetic, and metabolic reprogramming in pythons |
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