การเพิ่มจำนวนของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจหมายถึงความสามารถของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจในการดำเนินไปตามวงจรเซลล์และแบ่งตัวต่อไป ตามความเชื่อดั้งเดิม เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจมีความสามารถในการเพิ่มจำนวนและสร้างใหม่ได้น้อยมากหรือไม่มีเลยหลังคลอด^{[ 1 ]}แม้ว่าเซลล์ชนิดอื่น เช่นเซลล์เยื่อบุผิวทางเดินอาหารสามารถเพิ่มจำนวนและเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้ตลอดชีวิต^{[ 2 ] แต่}เนื้อเยื่อหัวใจมีความสามารถในการเพิ่มจำนวนน้อยมาก เนื่องจากเซลล์ของมนุษย์วัยผู้ใหญ่จะหยุดอยู่ในวงจรเซลล์^{[ 3 ]}อย่างไรก็ตาม มีการเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์เกิดขึ้นเมื่อไม่นานมานี้ งานวิจัยล่าสุดแสดงให้เห็นว่าเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจของมนุษย์สามารถเพิ่มจำนวนได้เล็กน้อยในช่วงสองทศวรรษแรกของชีวิต^{[ 4 ]}นอกจากนี้ ยังมีการแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มจำนวนและการสร้างใหม่ของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจเกิดขึ้นใน สัตว์เลี้ยงลูกด้วย นมแรก เกิดหลายชนิด เพื่อตอบสนองต่อการบาดเจ็บในสัปดาห์แรกของชีวิต^{[ 5 ] [ 6 ]} งานวิจัยปัจจุบันมุ่งเน้นที่จะทำความเข้าใจกลไกทางชีววิทยาที่อยู่เบื้องหลังการแพร่กระจายของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ โดยหวังว่าจะสามารถเปิดใช้งานความสามารถนี้อีก ครั้งในผู้ใหญ่เพื่อต่อสู้กับโรคหัวใจ

กลไกทางชีววิทยาที่สมบูรณ์ซึ่งเป็นพื้นฐานของการเพิ่มจำนวนเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจยังไม่ได้รับการอธิบายอย่างครบถ้วน อย่างไรก็ตาม มีปัจจัยการถอดรหัสและลำดับการส่งสัญญาณ ต่างๆ ที่คิดว่ามีความสำคัญมาก เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจได้รับการแสดงให้เห็นว่าได้รับการกระตุ้นให้ออกจากวงจรเซลล์เมื่อไคเนสที่ขึ้นอยู่กับไซคลินถูกควบคุมลงหรือเมื่อ มีการนำ สารยับยั้งวงจรเซลล์เข้ามา^{[ 18 ]}สัญญาณหลายอย่างที่เซลล์ได้รับในระหว่างเฟส G1 จะกำหนดว่าเซลล์จะมีการเพิ่มจำนวนหรือไม่ ไคเนสที่ขึ้นอยู่กับไซคลินและสารยับยั้งไคเนสที่ขึ้นอยู่กับไซคลินมีบทบาทสำคัญในกระบวนการนี้^{[ 19 ]}ยีนหนึ่งชื่อjumonji (jmj) ได้รับการแสดงให้เห็นว่าเริ่มมีการแสดงออกเพิ่มขึ้นในหนูตัวอ่อนวันที่ 10.5 และมีการเสนอว่ายีนนี้ช่วยหยุดการเพิ่มจำนวนของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจโดยการยับยั้งการแสดงออกของ ไซคลิ นD1 ^{[ 20 ]}เชื่อกันว่า Jumonji ดึงดูด G9a และ GLP methyltransferases ไปยังโปรโมเตอร์ของ cyclin D1 ซึ่งเชื่อกันว่าจะทำให้ฮิสโตน H3-H9 เกิดเมทิลเลชั่นและยับยั้งการแสดงออกของ cyclin D1 ^{[ 21 ]}

เชื่อ กันว่าตระกูลปัจจัยการถอดรหัสE2Fมีความสำคัญอย่างมากในการควบคุมการเพิ่มจำนวนของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ ปัจจัยการถอดรหัส E2F มีอิทธิพลต่อการเพิ่มจำนวนของเซลล์และช่วยควบคุมอะพอพโทซิสเมื่อเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจถูกถ่ายทอดด้วยอะดีโนไวรัสที่แสดงออก E2F2 ไซคลิน A และ E จะถูกควบคุมให้เพิ่มขึ้น และเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจก็จะเพิ่มจำนวนขึ้น^{[ 22 ]}

เชื่อกันว่าการหยุดวงจรเซลล์ของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจถูกควบคุมโดยปัจจัยการถอดรหัสและสารยับยั้งไคเนสที่ขึ้นอยู่กับไซคลิน แม้ว่ากลไกที่แน่นอนยังคงไม่ชัดเจน^{[ 23 ]}หนึ่งในปัจจัยการถอดรหัสที่แสดงให้เห็นว่าเป็นกุญแจสำคัญในกระบวนการนี้คือ Meis1 ^{[ 24 ]} Meis1 ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าจำเป็นสำหรับการกระตุ้นสารยับยั้งไคเนสที่ขึ้นอยู่กับไซคลิน p15, p16 และ p21 การทดลองน็อกเอาต์แสดงให้เห็นว่าระยะเวลาของการเพิ่มจำนวนเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจสามารถยืดออกไปได้เมื่อ Meis1 ถูกลบออกในหนู^{[ 25 ]} Meis1 ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีบทบาทในการควบคุมไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจน^{[ 26 ]}สิ่งนี้น่าสนใจเป็นพิเศษเพราะเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจมีการเปลี่ยนแปลงในการเผาผลาญระหว่างการพัฒนา: เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจอาศัยการเผาผลาญไกลโคไลซิส แต่เปลี่ยนไปอาศัยการฟอสโฟรีเลชันแบบออกซิเดทีฟ^{[ 27 ]}กลุ่มวิจัยหนึ่งแสดงให้เห็นว่าหนูทรานส์เจนิกแรกเกิดที่ขาดกรดไขมันมีช่วงเวลาที่ยาวนานกว่าที่เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจสามารถขยายพันธุ์เพื่อตอบสนองต่อการบาดเจ็บได้^{[ 28 ]}

นอกจากนี้ ยัง เชื่อว่า การเผาผลาญออกซิเจนมีบทบาทในการเพิ่มจำนวนของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ การใช้แบบจำลองหนูที่มีภาวะกล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือดเพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดความเสียหายต่อเนื้อเยื่อหัวใจ หนูโตเต็มวัยแสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นของการเพิ่มจำนวนของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจเมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อม ที่มีออกซิเจน ต่ำ^{[ 29 ]}เมื่อหนูเกิดมา พวกมันจะเปลี่ยนจากสภาพแวดล้อมในมดลูกที่มีออกซิเจนต่ำไปสู่สภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนสูง กลุ่มวิจัยหนึ่งได้แสดงให้เห็นว่าความเสียหายของดีเอ็นเอจากออกซิเดชันต่อเซลล์และการตอบสนองของเซลล์ต่อความเสียหายนี้เพิ่มขึ้นในสัปดาห์แรกของชีวิต ซึ่งสัมพันธ์กับช่วงเวลาที่เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเริ่มสูญเสียความสามารถในการสร้างใหม่^{[ 30 ]}ในสภาพแวดล้อมในมดลูก เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจมีการสัมผัสกับออกซิเจนอย่างจำกัดและได้รับความเสียหายจากอนุมูลอิสระออกซิเจนน้อย ในขณะเดียวกัน เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจก็เพิ่มจำนวนขึ้นในมดลูก เมื่อหนูแรกเกิดสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนต่ำหลังจากความเสียหายของหัวใจจากภาวะขาดเลือด เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจจะถูกกระตุ้นให้เข้าสู่ระยะไมโทซิสและเพิ่มจำนวนขึ้น^{[ 31 ]}

เส้นทางการส่งสัญญาณ อีกเส้นทาง หนึ่งที่คิดว่ามีความสำคัญต่อความสามารถของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจในการเพิ่มจำนวนคือเส้นทาง Hippoซึ่งก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าควบคุมขนาดของอวัยวะในแบบจำลองแมลงวันผลไม้^{[ 32 ]}เมื่อโปรตีนสำคัญในเส้นทาง Hippo ถูกปิดใช้งานในแบบจำลองหนู ตัวอ่อนจะแสดงการเพิ่มจำนวนของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจและหัวใจโต เชื่อกันว่า Hippo มีปฏิสัมพันธ์กับเส้นทางการส่งสัญญาณ Wntเพื่อจำกัดขนาดของหัวใจและกระตุ้นให้หยุดการเพิ่มจำนวนของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ^{[ 33 ]}

โรคหัวใจยังคงเป็นหนึ่งในสาเหตุการเสียชีวิตอันดับต้น ๆ ในสหรัฐอเมริกา^{[ 34 ]}ความก้าวหน้าของโรคหลอดเลือดหัวใจอาจนำไปสู่กล้ามเนื้อหัวใจอ่อนแอและภาวะหัวใจล้มเหลว หากภาวะหลอดเลือดแดงแข็งดำเนินไปจนถึงจุดที่อุดตันหลอดเลือดหัวใจ อาจเกิดภาวะขาดเลือดและความเสียหายต่อกล้ามเนื้อหัวใจ ส่งผลให้เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจตายอย่างถาวร^{[ 35 ]}ความเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกทางชีววิทยาที่อยู่เบื้องหลังการเพิ่มจำนวนของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจที่แสดงให้เห็นในปลาซีบราฟิชโตเต็มวัยและหนู หนูแรต และลูกหมูแรกเกิด อาจให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิธีการกระตุ้นการเพิ่มจำนวนของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจและการสร้างหัวใจใหม่ในผู้ป่วยโรคหัวใจขาดเลือดหรือผู้ป่วยที่มี ภาวะ หัวใจล้มเหลว^{[ 36 ]}