达芬奇（Leonardo da Vinci）的《生物谜》：有关人类心脏500年之久的谜团的新线索

心脏及其小梁，最早由达芬奇（Leonardo da Vinci）描述。

科学家表明，达芬奇（Leonardo da Vinci）首先描述的肌肉结构对于心脏功能至关重要。

研究人员已经研究了覆盖心脏内表面的复杂肌纤维网的功能。这项研究发表在《自然》杂志上，阐明了500年前莱昂纳多·达·芬奇提出的问题，并显示了这些肌肉的形状如何影响心脏功能和心力衰竭。

该项目包括EMBL欧洲生物信息学研究所（EMBL-EBI），冷泉港实验室，MRC伦敦医学科学研究所，海德堡大学和米兰理工大学的合作者。

在人类中，心脏是第一个发育的功能器官，并且在受孕后仅四个星期就开始自发地跳动。在发育的早期，心脏会生长出复杂的肌肉纤维网络（称为小梁），这些网络在心脏的内表面形成几何图案。这些被认为可以帮助发育中的心脏充氧，但是自16世纪以来，它们在成年人中的功能仍然是一个尚未解决的难题。

为了了解小梁的作用和发展，一个国际研究人员团队使用人工智能分析了心脏的25,000次磁共振成像（MRI）扫描以及相关的心脏形态和遗传数据。这项研究揭示了小梁的工作和发展方式，以及它们的形状如何影响心脏病。UK Biobank已公开提供研究数据。

达芬奇生物学之谜的解决方案

达芬奇（Leonardo da Vinci）是16世纪最早绘制小梁及其雪花状分形图案的人。他推测他们在流经心脏的血液中会变热，但是直到现在，他们的真正重要性才被人们所认识。

“我们的发现回答了人类基本生物学中非常古老的问题。随着大规模遗传分析和人工智能的发展，我们正在重新将对生理学的理解推向前所未有的高度。” EMBL副总干事Ewan Birney说。

研究表明，心室的粗糙表面可使血液在每次心跳期间更有效地流动，就像高尔夫球上的酒窝降低了空气阻力并帮助球进一步运动一样。

这项研究还强调了人类DNA中的六个区域，这些区域会影响这些肌肉纤维中的分形模式。有趣的是，研究人员发现，这些区域中的两个也调节神经细胞的分支，这暗示着类似的机制可能正在发育中的大脑中起作用。

“我们的工作极大地增进了我们对心肌小梁的重要性的理解，”冷泉港实验室首席研究员汉娜·迈耶（Hannah Meyer）解释说。“也许更重要的是，我们还展示了一支真正的多学科研究团队的价值。只有遗​​传学，临床研究和生物工程学相结合，才使我们发现心肌小梁在成年心脏功能中的出乎意料的作用。”

小梁和心力衰竭的风险

研究人员发现，小梁的形状会影响心脏的功能，暗示与心脏病的潜在联系。为了证实这一点，他们分析了50,000名患者的遗传数据，发现这些肌肉纤维中的不同分形模式影响了发生心力衰竭的风险。

对小梁的进一步研究可能有助于科学家更好地了解常见的心脏病如何发展，并探索新的治疗方法。

“莱昂纳多·达·芬奇（Leonardo da Vinci）在500年前画出了心脏内部这些复杂的肌肉，直到现在我们才开始了解它们对人体健康的重要性。这项工作为心力衰竭的研究提供了令人振奋的新方向，它影响了英国近100万人的生活，” MRC伦敦医学科学研究所临床科学家和放射线顾问Declan O’Regan说道。

参考：Hannah V. Meyer，Timothy JW Dawes，Marta Serrani，Wenjia Bai，PawełTokarczuk，Jiashen Cai，Antonio de Marvao，Albert Henry，R。Thomas Lumbers，Jakob Gierten撰写的“关于心脏的分形结构的遗传学和功能性见解”，托马斯·拇指瑟格（Thomas Thumberger），约阿希姆·维特布罗德（Joachim Wittbrodt），詹姆斯·S·韦尔（James S.Ware），丹尼尔·鲁克特（Daniel Rueckert），保罗·马修斯（Paul M. DOI：
10.1038 / s41586-020-2635-8