達芬奇在500年前的提問，《Nature》終于有了答案

　　2020年8月19日，劍橋的研究人員調查了心臟內表面的復雜肌肉纖維網的功能。這項發表在《自然》雜志上的研究揭示了達芬奇500年前提出的問題，并展示了這些肌肉的形狀如何影響心臟功能和心力衰竭。

　　達芬奇手稿

　　該項目包括EMBL歐洲生物信息學研究所（EMBL-EBI）、冷泉港實驗室、MRC倫敦醫學科學研究所、海德堡大學和米蘭理工大學的合作者。

　　人類，心臟是第一個發育的功能器官，在受孕4周后就開始自發跳動。在發育早期，心臟生長出一個復雜的肌纖維網（trabeculae），在心臟內表面形成幾何圖案。它們被認為有助于心臟發育過程中的氧合，然而，自16世紀以來，它們在成人中的作用一直是一個懸而未決的難題。

　　為了了解trabeculae的作用和發展，一個國際研究小組利用人工智能分析了25000個心臟磁共振成像（MRI）掃描，以及相關的心臟形態和基因數據。這項研究揭示了心臟trabeculae是如何工作和發展的，以及它們的形狀如何影響心臟病。英國生物銀行已經公開了研究數據。

　　達芬奇生物之謎

　　列奧納多?達芬奇是16世紀第一個繪制心臟trabeculae及其雪花狀分形圖案的人。他推測，當血液流經心臟時，它們會溫暖血液，但直到現在，它們的真正重要性才被認識到。

　　“我們的研究結果回答了人類基礎生物學中非常古老的問題。隨著大規模基因分析和人工智能的發展，我們正在將我們對生理學的理解重新引導到一個前所未有的規模，”EMBL的副主任Ewan Birney說。

　　研究表明，心室粗糙的表面使血液在每次心跳時都能更有效地流動，就像高爾夫球上的小窩減少了空氣阻力，幫助球跑得更遠。

　　這項研究還強調了人類DNA中影響這些肌肉纖維分形圖案形成的六個區域。有趣的是，研究人員發現其中兩個區域也調節神經細胞的分支，這表明在發育中的大腦中也有類似的機制在起作用。

　　冷泉港實驗室的主要研究者Ewan Birney解釋說：“我們的研究大大提高了我們對心肌小梁重要性的認識。或許更重要的是，我們還展示了一支真正的多學科研究團隊的價值。通過將遺傳學、臨床研究和生物工程相結合，我們才發現心肌小梁在成人心臟功能中的意外作用。”

　　trabeculae與心力衰竭的風險

　　研究人員發現，trabeculae的形狀影響心臟的功能，這表明它可能與心臟病有關。為了證實這一點，他們分析了5萬名患者的基因數據，發現這些肌肉纖維中不同的分形圖案影響了發生心力衰竭的風險。

　　對trabeculae的進一步研究可能有助于科學家更好地了解常見心臟病是如何發展的，并探索新的治療方法。

　　“達芬奇在500年前就畫出了心臟內這些錯綜復雜的肌肉，直到現在我們才開始了解它們對人類健康的重要性，”倫敦醫學研究所的醫學顧問Declan說。“這項研究為倫敦的心臟病研究提供了令人興奮的熱點。”