Mega Doctor News 报道，来自华盛顿大学圣路易斯分校的研究。
Newswise — 心律不齐会导致心脏泵血效率降低，从而阻碍血液和氧气输送到身体其他器官。当流向大脑的血液和氧气不足时，中风和认知功能下降的风险会增加。
华盛顿大学圣路易斯分校的一组研究人员使用心脏光遗传学技术，非侵入性地研究心律失常及其对大脑的影响。通过在小鼠模型中使用高灵敏度成像，他们发现小鼠心脏的心律失常会改变心律失常期间和之后大脑中的氧气浓度。
研究结果于6月3日发表在《科学进展》杂志上。
华盛顿大学麦凯维工程学院生物医学工程教授赵超（Chao Zhou）、赵实验室的研究生艾比·马特（Abby Matt）以及来自巴西大学的前访问研究员马塞洛·马格里·阿马拉尔（Marcello Magri Amaral）领导了一个使用光遗传学的团队——这是一种将基因工程与光结合以控制神经元或心脏细胞的技术。他们对基因改造的小鼠进行了刺激。通过在小鼠心脏皮肤上照射红光，他们可以安全地将心跳频率改变至静息心率的175%，以按需创建心律失常。之后，心率会恢复到初始静息率。
在实验中，他们使用了多种频率，从低于静息心率的6赫兹到远高于静息率的14赫兹，同时记录休息、光刺激和恢复期间的心电图信号。大脑发生的最大变化出现在6赫兹和14赫兹。在频率范围内，血液和氧气浓度的变化与静息心率和刺激频率之间的差异成比例。
"通过这个模型，我们展示了我们减少了心脏输出量，即心脏每秒泵出的血液量，然后从这一点出发，我们扩展到研究一个高度灌注的器官——大脑，"马特说。
该团队与华盛顿大学医学院马林克罗德放射学研究所的放射学副教授、麦凯维工程学院的生物医学工程副教授亚当·鲍尔（Adam Bauer）的团队合作。
"我们可以降低大脑中氧合血红蛋白的浓度，并增加脱氧血红蛋白的量，"马特说。"因此，从心脏尺度出发，我们能够控制心律。我们可以利用这一点来研究高度灌注的器官以及它们如何在极短的时间尺度上受到干扰。"
光遗传学始于2005年的斯坦福大学，主要关注神经科学。赵超于2015年在《科学进展》杂志上首次发表了他在心脏光遗传学方面的工作，当时他在利哈伊大学，他使用该方法改变果蝇的心跳。他的团队后来制作了对不同颜色光有反应的额外果蝇模型。
传统的心脏起搏方法具有侵入性和技术复杂性，需要将LED光源直接植入心脏表面或使用高功率，这有可能灼伤皮肤。
"我们使用光的优势在于它是非侵入性的，不需要导线或电极来进行起搏，"马特说。"相反，效果仅限于我们的光敏蛋白表达的地方，因此心脏光遗传学更具针对性，给我们更多的控制。"
未来的工作可能会将光学固有信号成像与其他测量血流量和氧饱和度的方法结合起来，以更全面地了解心律失常引起的血流变化如何影响大脑和其他器官。虽然该团队表明该方法在小鼠中有效，但他们表示它可以扩展到其他心脏光遗传学模型，这些模型可能在转化医学方面具有更大的潜力。
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Amaral MM, Matt A, Schloss KH, Wang F, Gracheva E, Wang Y, Liang H, Bice A, Ding J, Kovacs A, Weinheimer C, Diwan A, Cui J, Rentschler S, Nerbonne J, Zemlin C, Bauer AQ, Zhou C. Non-invasive optogenetic induction of cardiac arrhythmias alters systemic hemodynamics in mice. Science Advances, June 3, 2026. DOI: 10.1126/sciadv.aeb1092
该研究得到了华盛顿大学圣路易斯分校、美国国立卫生研究院（R01-EB025209、R21-EB032684、R01-HL156265、R01NS10287005、R01NS12632601和RF1AG07950301）、美国国家科学基金会研究生研究奖学金计划（GRFP）和美国心脏协会（25PRE1365124）的支持。
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