心臟病發作後心肌可以再生——首次在人類身上得到證實

一次心臟病發作，平均會摧毀受影響腔室中約三分之一的肌肉細胞。這種損失過去一直被認為是不可逆的。與肝臟或皮膚不同，心臟肌肉被認為基本上沒有能力修補重大損傷所造成的缺失。心臟受損組織上形成的疤痕，曾是這個故事的終章。

事實證明，還有另一章。雪梨大學（University of Sydney）的研究人員，利用在繞道手術中從患者身上取得的活體心臟組織，證實了過去僅在小鼠身上觀察到的現象：心臟病發作後，人類心臟會開始產生新的肌肉細胞。

這項發現並不代表心臟能自行癒合。這種再生反應的規模太小，遠遠無法抵銷損傷的程度。但證實這項能力的存在，改變了研究人員可以鎖定的目標——也提高了未來可能出現一種療法，能放大心臟已經在嘗試進行的修復工作。

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他們如何測量

研究人類心臟組織的難題，一直以來都是時間問題。等到死後樣本送達實驗室時，細胞分裂的分子訊號大多已經消散。本研究的第一作者、貝爾德應用心肺研究所（Baird Institute for Applied Heart and Lung Research）的研究員羅伯特·休姆博士（Dr. Robert Hume）協助解決了這個問題，他開發出一種取樣方法，從活體患者身上收集組織。

在雪梨皇家阿爾弗雷德王子醫院（Royal Prince Alfred Hospital）接受繞道手術的同意患者，在手術過程中同意從心臟受損與未受損區域各取少量組織樣本。這些樣本在十五分鐘內以液態氮保存，鎖住了生物活性。這種精準度是死後材料無法達到的，讓團隊得以偵測到先前研究錯過的現象：在曾發生梗塞的患者心臟中，心肌細胞有絲分裂——肌肉細胞分裂與繁殖的過程——出現統計上顯著的增加。

休姆博士指出：「我們能夠在梗塞的人類心臟中，顯示心肌細胞有絲分裂有統計上顯著的增加。」科學家先前已在小鼠身上觀察到同樣的效果。這是首次直接在人類組織中記錄到這個現象。

心臟病發作實際摧毀了什麼

問題的規模說明了為何即使再生訊號微弱，這項發現仍然重要。一次嚴重的心臟病發作可能消滅多達十億個心肌細胞——這些細胞是心臟跳動及協調各腔室節律所依賴的。存活下來的肌肉必須代償，通常透過拉伸。多年後，這種代償會失效。心臟擴大、變弱，將血液泵送至全身的能力下降。

最終結果是心臟衰竭，而這個問題沒有簡單的解決方法。僅在澳洲，就有約十四萬四千人患有此病。目前移植是唯一的根治性治療，而該國每年約進行一百一十五例此類手術。需求與供應之間的差距無法僅靠手術來彌合。

心血管疾病仍是全球頭號死因。任何能改變心臟病發作後命運的療法——即使效果有限——都將影響數千萬人的群體。

為何這並未解決問題

就目前所知，心臟的自然再生反應無法跟上引發它的損傷速度。一次重大梗塞造成的細胞死亡，遠遠超過心臟因應而產生的新心肌細胞數量。休姆博士直接承認了這一點：再生反應雖然真實存在，但不足以防止心臟留下疤痕。

此外，還有一個機制問題尚未被該領域完全解決。針對衰竭人類心臟的相關研究發現，心肌細胞中的許多DNA複製事件涉及多倍體化——細胞累積額外的基因組拷貝但未實際分裂——以及多核化，而非標準的有絲分裂。將真正的增殖與這些相關但不同的過程區分開來，是雪梨團隊的活體組織模型現在能夠著手解決的技術挑戰之一。

這項研究也依賴於特定的患者群體——即正在接受繞道手術的人——他們可能無法代表所有心臟病發作患者的全貌。未來需要更大規模、更多樣化的研究，才能了解這種再生訊號出現的一致性，以及它在年輕患者、不同梗塞面積的患者、或早期與晚期治療的患者之間是否存在差異。

蛋白質暗示了下一步

該團隊也在人類組織中辨識出幾種蛋白質，這些蛋白質先前已被認為與小鼠的心臟再生有關。這些蛋白質為療法開發提供了最具體的初步線索。如果它們是觸發心肌細胞因應損傷而分裂的分子開關，那麼它們就成為標靶——藥物可以激活或放大這些作用。

本研究的高級作者、皇家阿爾弗雷德王子醫院的心臟衰竭心臟科醫師肖恩·拉爾教授（Professor Sean Lal）描述了團隊正在努力的目標：「最終，目標是利用這項發現製造新的心臟細胞，以逆轉心臟衰竭。在我們的研究中使用活體人類心臟組織模型，意味著我們將獲得更準確、更可靠的數據，來開發心臟疾病的新療法。」

這個活體組織模型本身現在已成為獨立於這項單一結果的研究工具。由於它能保存心臟在手術當下的分子狀態，因此可用於測試可能促進細胞分裂的化合物——無需再讓另一個人先經歷一次心臟病發作。

關於心臟再生的常見問題

人類心臟在心肌梗塞後能自行修復嗎？

心臟具有有限的自然能力，可在梗塞後產生新的肌肉細胞，這項研究首次在人體組織中證實了這一點。再生是透過心肌細胞有絲分裂（細胞分裂）發生的。新生細胞的數量遠遠不足以取代重大梗塞期間流失的肌肉，因此心臟的修復反應確實存在，但單靠它本身在功能上是不夠的。

為什麼醫生目前無法修復心臟衰竭？

心臟衰竭源於不可逆的肌肉流失：心臟透過更努力工作來代償受損區域，最終會失效。心臟移植是唯一的治癒方法，而捐贈器官的供應極為有限。約有十四萬四千名澳洲人患有心臟衰竭，但每年僅進行約一百一十五例移植手術。患者與可用器官之間的差距，推動了對能再生受損肌肉的療法的研究。

這項研究與先前的研究有何不同？

先前關於心臟再生的研究使用的是死後組織。等到那些樣本送達實驗室時，細胞分裂的分子訊號已經消退。雪梨團隊在繞道手術期間從活體患者身上收集組織，並在十五分鐘內以液態氮保存。這種方法捕捉到了死後取樣所遺漏的活躍生物過程——包括作為本研究核心發現的細胞分裂訊號。

還需要多久才會有治療方法？

目前尚無基於這項發現的臨床治療方法。該團隊已辨識出可能調控心肌細胞分裂的蛋白質，這些蛋白質現在是藥物開發的標靶。這項工作的意義在於，它開啟了一個先前被認為已關閉的治療方向：成人類心臟能夠製造新的肌肉，而研究人員現在擁有了研究如何讓它以有用規模進行這項工作的工具。

研究的下一階段將嘗試在活體組織模型中辨識哪些蛋白質可以被放大，以及這樣做是否能將細胞分裂率提高到足以實際抵銷梗塞損傷的程度。

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

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