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果蝇心脏搏动揭示心脏病原因

时间:2023-10-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:果蝇的心血管系统为沿着身体背部正中线由单层细胞组成的一条前后走向的长管状结构,称为背血管。果蝇心脏能够进行与人类心脏类似的有规律搏动。成年果蝇的心跳由心脏交替性地顺向和逆向搏动所驱动,这就使得血淋巴在果蝇体内的流向也发生周期性变化。通过研究这些患有心脏病的果蝇,科学家就能够找到基因突变导致心脏病的原因,从而去开发药物,治疗相关疾病。

果蝇心脏搏动揭示心脏病原因

果蝇能够尽情展现丰富多彩的运动技艺,与其独特的血管系统密不可分。

果蝇的心血管系统为沿着身体背部正中线由单层细胞组成的一条前后走向的长管状结构,称为背血管。在背血管末端闭合的膨大长管状结构,即为果蝇的心脏,而主动脉与心脏紧密相连。

人类的血液循环系统不同,果蝇的“静脉血”和“动脉血”并不分开,一起在心脏和血管中流动,并充满整个体腔,将所有内脏器官浸泡于其中。这种特殊的血液没有颜色,而且兼具哺乳动物血液和淋巴样组织液的功能,因此也被称为血淋巴。这种特殊的循环系统,叫作“开放式循环系统”。

与人类的四腔心脏(左心室、右心室、左心房和右心房)类似,果蝇的心脏也被3套瓣膜结构分成前锥形腔和3个后腔室。每个腔室包含6个心肌细胞,促进血淋巴在背血管中流动。果蝇心脏能够进行与人类心脏类似的有规律搏动。

果蝇的心跳频率在不同个体以及不同发育阶段存在较大差异,一只27小时大的野生型果蝇幼虫的心跳频率,约为每分钟145次。果蝇的心跳周期由包括舒张期和收缩期的心动周期组成。成年果蝇的心跳由心脏交替性地顺向和逆向搏动所驱动,这就使得血淋巴在果蝇体内的流向也发生周期性变化。(www.xing528.com)

除了心脏结构与功能上的相似性之外,控制人类和果蝇心脏发育的基因,在进化上也高度保守。人类很多心脏疾病是由于这类控制心脏发育的基因发生突变所致。科学家们让这些基因的果蝇同源基因发生突变,使果蝇也患上“心脏病”,以构建相应心脏病的果蝇模型。例如,GATA4基因突变能够导致人类出现先天性心脏病的症状,让GATA4的果蝇同源基因pannier发生突变,果蝇的心脏功能也表现出异常。通过研究这些患有心脏病的果蝇,科学家就能够找到基因突变导致心脏病的原因,从而去开发药物,治疗相关疾病。

为了更好地研究果蝇,科学家们甚至还发明了果蝇专用的“心电图”“超声心动图”等仪器和方法,以监测果蝇的心脏功能。利用半自动光学心跳分析仪,科学家们可以同时测量果蝇心脏的收缩期、舒张期和心率。光学相干断层扫描技术常被用来实时监测活体果蝇的心跳状态,相当于临床上常用的超声波心动描记术。由于心脏的节律性是通过电传导维持的,因此在研究果蝇心脏节律的时候,电信号的监测十分重要。利用灵敏的电势检测装置,并将极细的玻璃电极插入果蝇的心脏,科学家们就可以监测果蝇心脏自发的场电势。

果蝇心脏模式图

[引自胡永艳,孔申申.果蝇模型与心脏衰老遗传机制.中国比较医学杂志,2016,26(11):85—89]

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