重建心脏

    如果把心脏比喻做房子，那这座房子由三种“砖”材料组成——心房肌细胞、心室肌细胞和起搏肌细胞。这三种“砖”不可替代，不能互换。中国科学院生物物理研究所马跃实验室和姬广聚实验室在国际上首次实现了高效、定向培养生产人的心房肌细胞和心室肌细胞——换句话说，这一成果让我们离重建心脏、有效地治疗心肌梗死的目标又近了一步。

    心肌梗死无法治愈

    我们的心脏是由肌肉组成的，他强有力的跳动把血液输送到全身。“年龄的增长、不健康的生活方式让血管壁上出现了脂肪与钙的沉积，就是血栓。血栓有可能会堵住血管，如果向心脏输送养分的冠状动脉被堵住了，该血管所负责供血的心肌组织就会因缺氧而死亡，这就是心肌梗死。”马跃用两张图片解释心肌梗死的原因，“免疫细胞会把这些坏死的细胞‘搬走’，心脏的肌肉壁就慢慢变薄了。变薄的心肌组织丧失了收缩的力量，就会导致心肌梗死。一次心肌梗死会导致多次心肌梗死的发生，当心脏不能再把血液输送到全身时，病人就会失去生命。据卫生部统计，我国约有五六百万人患心肌梗死，并且每年有一百万新的患者加入到这一行列中。”

    现有的药物虽然可以延缓从首次心肌梗死到病人死亡的过程，却无法从根本上治愈心肌梗死。这是因为当人步入成年后，心肌细胞就几乎不再生长和繁殖，因心肌梗死而损坏的心肌组织也就不能得到恢复。目前从根本上治疗心肌梗死的方法只有一个——心脏移植，但可供移植的心脏来源太少，因此对于绝大多数患者而言，心肌梗死无法治愈。

    细胞移植行不行？

    上个世纪90年代，科学家们提出了一个大胆的想法：重建心肌组织，修复心脏！科学家们首先想到，能不能采集心肌细胞进行体外培养，然后再移植到坏死的部位。然而大家沮丧地发现，心肌细胞根本无法在体外培养。

    又有科学家提出，既然都是肌肉细胞，能否用骨骼肌细胞替代心肌细胞呢？2001年，美国科学家为一位72岁的男性心肌梗死患者移植了由骨骼肌细胞制成的“替代心肌”。这让患者心脏的功能有所恢复。然而，正当人们以为成功之时，2003年的研究发现：移植骨胳肌细胞可能会让部分病人患上严重的心律不齐并导致病人的死亡。

    “不同种类的肌肉细胞有着其特有的生物电传导方式，而生物电在控制肌肉细胞的收缩中起着关键的作用。心肌细胞有其独特的生物电，让心脏跳动起来。”马跃解释说：“骨骼肌被植入后，由于生物电传导方式不同，根本无法与心肌细胞合拍地运动，所以就导致了严重的心律不齐。”这些研究证明移植骨胳肌细胞治疗心肌梗死行不通，还是需要移植心肌细胞，但是成体的心肌细胞几乎不能在体外培养扩增，去哪里获得用于移植的心肌细胞呢？

    胚胎干细胞研究带来新希望

    1998年，美国科学家James A. Thomson博士成功的分离了人的胚胎干细胞，这让人们再次看到了重建心脏的曙光。“胚胎干细胞是‘全能’的细胞，可以分化成人身体所有种类的细胞。因此，理论上说，在适当的条件下，胚胎干细胞可以发育成人的心肌细胞。”

    “在显微镜下很容易就能发现心肌细胞，他们会非常有节奏地跳动。”然而利用胚胎干细胞分化取得的心肌细胞进行心脏修复有一个还未解决的难题——即如何分别分化获得心室肌细胞和心房肌细胞。胚胎干细胞分化的心肌细胞是由三种不同的亚心肌细胞组成的——大约50％为心室肌细胞、25％为心房肌细胞和25％为起搏细胞。

    马跃说：“人的心脏是非常奇妙的，这三种细胞的生物电传导方式虽然不同，但却存在于心脏的特定部位，各司其职、和谐地完成心脏的功能。”但是，如果不把他们分离，移植混合的心肌细胞也极容易引起心律不齐。“2004年，一个以色列的科研团队曾把胚胎干细胞分化的心肌细胞移植到猪的心脏上，结果移植的心肌细胞又在心脏上形成了一个新的起搏点。”

    定向培养——迈出了最关键的一步

    重建心脏的关键在于，是否能够将人胚胎干细胞定向分化成心房肌细胞和心室肌细胞，以便利用单一种类的、电生理特性匹配的心房或心室肌细胞对心房或心室进行组织修复。

    “这就是我们研究的重点。”马跃说。他的实验室和姬广聚实验室共同的研究证明，在人胚胎干细胞的心肌分化过程中，心肌前体细胞向心房肌细胞和心室肌细胞的分化是由视黄酸信号通路所调控。“心肌细胞刚开始发育时并没有分别，也就是说一个细胞既可以发育成心室肌细胞，也能发育成心房肌细胞。但到某一个特定的时间点，两者的发育就出现不可逆转的极性。而控制心肌前体细胞向心房肌细胞或心室肌细胞这两个不同方向发育的信号，就是视黄酸。”

    马跃实验室建立了一个胚胎干细胞心肌分化的试验平台，“我们通过在不同时间点加入不同的信号分子发现，在特定的时间加入视黄酸后，大部分细胞都发育成心房肌细胞；而加入视黄酸抑制剂后，大部分细胞都发育成心室肌细胞。”马跃实验室就此建立了心肌分化方法，人胚胎干细胞可以在14天内高效分化成心房肌细胞和心室肌细胞，这些细胞具有心房肌细胞和心室肌细胞在胚胎时期的电生理特征。

    马跃表示，接下来他们要做的工作就是通过扩大培养获得大量的心房和心室肌细胞，然后利用大动物的心肌梗死模型探索治疗心肌梗死的方法，最终将心肌细胞移植治疗心肌梗死应用于临床，从根本上治愈心肌梗死。“这项技术应用到人体还有一段艰苦的路要走，但我们毕竟在世界上最先迈出了这关键的一步。”马跃说，“如果我们在未来可以每年通过心肌细胞移植治疗延长哪怕是我国十分之一的新增心肌梗死患者的生命，给十万个家庭带来欢乐，所付出的一切又是多么的微不足道和值得呢！”

    最后一张图片前为健康的心脏 后为心肌梗死的心脏