氧气是需氧生物生存的基础，也是氧化损伤的启动因素，最近来自德克萨斯大学西南医学中心的一项研究发现，心脏细胞所以在出生后失去再生能力正是因为氧气太多造成。按照这个思路，身体内许多难以再生的组织例如神经细胞也可能是这个原因。

氧气在生物进化过程中一直是非常重要的动力，在生命起源的早期，生命是不需要氧气的，这个时候只有简单的单细胞生物，现在存在的大量厌氧细菌就是当时遗留下来的生命现象。但是后来地球上出现了一种可利用阳光进行光合作用制造氧气的细胞器叶绿体，拥有这种能力的植物祖先藻类细胞能合成能量物质，同时能制造大量氧气，导致地球上的氧气浓度迅速上升，这一恶劣环境导致厌氧细菌无法正常生存（只能在无氧气的环境继续繁衍），但是生命进化总是在外界恶劣环境下出现奇迹。有一种细菌进化出能利用氧气消耗有机物产生能量的本事，这种能力依靠另外一种细胞器线粒体的诞生，拥有线粒体的细胞不仅能对抗的氧气毒性，而且具有高效率利用有机物产生能量的巨大能力，这给后来的多细胞生命进化铲平了道路。

但是氧气的毒性和生物进化不只是起源阶段，在后来的生命进化过程中仍保留着重要作用。例如氧气在水和液体中溶解度非常小，为了解决这个问题，多细胞生物进化出一类能结合和运输氧气的血红素蛋白，其中典型代表就是血红蛋白和肌红蛋白，当然还有各种参与氧化还原电子传递的细胞色素蛋白。

氧气和干细胞的关系也十分重要，例如人体内成年干细胞所居住的环境几乎全部都是在低氧环境中，例如造血干细胞，在胚胎时期，由于组织氧浓度比较低，这些细胞可以在肝脏内生存，但出生后就转移到氧浓度低的骨髓中持续终生。现在的研究发现，心脏细胞所以失去再生能力，也正是因为心脏是氧气消耗非常高的组织，必须为了保持高速度的代谢状态而放弃再生的能力。神经组织大概也是因为这样考虑的，为保证神经功能的正常发挥，放弃自我更新的能力。生命的伟大之处正是在于知道能放下，才能有收获的宇宙定律。

在此前 2011 年开展的研究中，来自德克萨斯大学西南医学中心（UT Southwestern Medical Center）的研究人员发现，新生动物的心脏具有完全的自愈能力，而成体心脏则丧失了这种能力。现在，他们进一步揭示了在成年期心脏丧失其惊人再生能力的原因，答案很简单——氧气。

是的，就是氧气。众所周知，全身循环富含氧的血液是心脏的一个重要功能。但同时氧也是一种高度活化的非金属元素和氧化剂，可以非常容易地与其他的化合物形成有毒物质。现在研究人员发现是后一种特性造成了成体心脏丧失再生能力。这一突破性的研究发现发表在4月24日的《细胞》（Cell）杂志上，证实富含氧气的后天环境导致了心肌细胞发生细胞周期阻滞。

论文资深作者、德克萨斯大学西南医学中心的内科助理教授 Hesham Sadek 博士表示：“了解在新生儿中关闭心脏再生能力的这一关键机制，告诉了我们有可能如何找到一些方法重新唤醒成体哺乳动物心脏的这种能力。”

由于出生后立刻接触富含氧气的空气，心脏细胞建立起线粒体这一细胞的发电所来增加氧化作用。线粒体大量生成氧自由基损害 DNA ，最终造成了细胞周期阻滞。

Sadek 博士说：“我们发现了以往未知的一个介导心肌细胞周期阻滞的保护机制，其是因氧依赖性有氧代谢而产生。从生理学上讲，哺乳动物可能不得不早期就在高效利用能量，或保留心脏的再生能力之间做出选择。选择是明确的。相比于身体里任何的器官，心脏更需要高效利用能量来确保终身泵血。”

心肌中的线粒体量为全身最高，在休息状态时都要消耗身体 30% 的总氧量。不幸的是，大量耗氧生成能量是以 DNA 氧化使得心肌细胞无法分裂与再生为代价。

研究人员发现，如果他们让小鼠置于低氧空气中，心肌细胞分裂时间比通常要长。而出生在高氧空气中的小鼠则相反。在这种情况下，心肌细胞比通常提早停止分裂。

在发表于 2011 年 2 月 25 日《科学》（Science）杂志上的一项研究中，Sadek 博士曾发现，如果在出生后第一周切除小鼠的部分心脏，这部分会完全正确地重新生长出来。相反，体心脏即便是切除少量组织也会造成不可逆的损伤。

由于成年哺乳动物心脏不能够在损伤后再生，这成为了心血管医学的一个重要障碍。重新认识是什么导致了心肌细胞周期阻滞，有可能成为以心肌细胞增殖为基础的治疗方法一个重要的组成部分。

原文检索：

Bao N. Puente, Wataru Kimura, Shalini A. Muralidhar, Jesung Moon, James F. Amatruda, Kate L. Phelps, David Grinsfelder, Beverly A. Rothermel, Rui Chen, Joseph A. Garcia, Celio X. Santos, SuWannee Thet, Eiichiro Mori, Michael T. Kinter, Paul M. Rindler, Serena Zacchigna, Shibani Mukherjee, David J. Chen, Ahmed I. Mahmoud, Mauro Giacca, Peter S. Rabinovitch, Asaithamby Aroumougame, Ajay M. Shah, Luke I. Szweda, Hesham A. Sadek. The Oxygen-Rich Postnatal Environment Induces Cardiomyocyte Cell-Cycle Arrest through DNA Damage Response. Cell, April 24, 2014; DOI:10.1016/j.cell.2014.03.032