扩散张量成像揭示猪与灵长类心脏心肌结构差异及其对异种心脏移植的潜在影响

本研究通过扩散张量成像（DTI）技术，首次系统比较猪与狒狒心脏心肌细胞排列及聚集结构的差异，发现左心室E3角存在显著差异（狒狒心肌E3角更接近0°），提示狒狒心肌可能具有更强的收缩变形能力。该研究为异种移植中移植物过度生长的内在机制提供了新的结构解释，对优化供体选择和改进临床异种移植策略具有重要意义。

　　

心脏移植领域长期面临供体短缺的困境，而异种移植（尤其是猪到人的移植）被视为潜在解决方案。尽管基因编辑技术的进步显著改善了移植效果，但移植物过度生长（xenograft overgrowth）仍是临床转化的主要障碍。这种过度生长被认为与供受体间的生理学不匹配有关，但具体机制尚不明确。在此背景下，丹麦奥胡斯大学（Aarhus University）临床医学系比较医学实验室的研究团队首次采用扩散张量成像（Diffusion Tensor Imaging, DTI）技术，对猪和狒狒心脏的心肌微观结构进行系统性比较，揭示了两种物种间存在显著的心肌细胞排列差异，为理解异种移植中的功能不匹配提供了新的结构基础。

研究团队采用的关键技术包括：1）离体心脏扩散张量磁共振成像（空间分辨率0.8×0.8×0.8 mm³）；2）基于27区心室分割的形态学分析；3）通过局部坐标系计算心肌细胞的螺旋角（helical angle）、侵入角（intrusion angle）和E3角（反映心肌细胞聚集体的取向）。样本来源于5头健康丹麦长白猪（20 kg）和5只成年狒狒（Papio hamadryas）的离体心脏，均经甲醛固定保存。

研究结果

形态学差异：猪心脏的心肌总体积（65.78 vs 30.12 mL）和心室壁厚度（20.05 vs 14.19 mm）显著大于狒狒，但两者形态比例相似（表1）。

心肌结构差异：

• 左心室：狒狒的E3角在心肌全层均更接近0°（心外膜差23.7°，中层差17.1°，心内膜差9°），提示其心肌聚集体排列更有利于收缩期壁增厚（图4）。

• 右心室：狒狒心外膜E3角较猪低27.5°，且螺旋角分布更集中于0°附近，反映更多环向排列的心肌细胞（图3）。

• 室间隔：狒狒中层的螺旋角较猪高9.5°，可能影响收缩协调性（表2）。

结论与意义

该研究首次证实猪与狒狒心脏存在本质性心肌结构差异：狒狒左心室心肌聚集体（myocardial aggregates）的E3角更接近0°，这种结构可能赋予其更强的收缩变形能力。当猪心脏移植至狒狒体内时，这种结构差异可能导致其在灵长类高后负荷（afterload）环境下出现功能不匹配，进而诱发病理性心肌重构（如异种移植性肥厚型梗阻性心肌病）。研究建议未来应评估生长激素受体敲除（GHKO）猪的心肌结构是否更接近灵长类，并探索心肌结构参数作为供体筛选的新标准。这些发现为优化异种移植策略提供了重要的解剖学依据，相关成果发表于《Scientific Reports》。