當(dāng)我們在地面上仰望星空，總?cè)滩蛔∠蛲盏暮棋c神秘，尤其是近年來商業(yè)太空旅行逐漸走近大眾視野，越來越多人開始暢想上太空的可能。

近期，演員黃景瑜官宣成為009號太空游客。他將乘坐“穿越者壹號(CYZ1)”飛船——預(yù)計(jì)2028年載人首飛，300萬一張的船票已開啟預(yù)售，目前已有十余位各領(lǐng)域人士簽約鎖定名額。

當(dāng)太空不再是宇航員的專屬領(lǐng)域，太空環(huán)境對人體的健康影響，也愈發(fā)受到大眾和科研界的關(guān)注。事實(shí)上，宇航員在太空執(zhí)行任務(wù)時(shí)，常常出現(xiàn)免疫功能障礙等問題，這一現(xiàn)象背后的深層原因，科研界早已展開探索。

近期，德國薩爾蘭大學(xué)團(tuán)隊(duì)的研究顯示：太空飛行會廣泛改變體內(nèi)miRNA分子的表達(dá)——這種類似基因“調(diào)控開關(guān)”的分子，其變化具有器官特異性，且與人體自然衰老的分子特征高度契合，為太空環(huán)境與人體衰老的關(guān)聯(lián)提供了重要線索。

而此前一篇由加州大學(xué)、斯坦福大學(xué)等機(jī)構(gòu)發(fā)表的研究則給出了更直接、更具體的結(jié)論：太空飛行會加速人類造血干細(xì)胞和組細(xì)胞（HSPC）衰老[1]。這或許能為“宇航員在太空飛行中會出現(xiàn)免疫功能障礙”的相關(guān)報(bào)道帶來一些重要的解釋[2,3]。

造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞（HSPC）是人體的造血工廠，在一生中為機(jī)體生產(chǎn)著各種血細(xì)胞（如紅細(xì)胞、白細(xì)胞等），是血液系統(tǒng)形成和穩(wěn)定的核心。

此外，它們還在免疫系統(tǒng)健康、組織再生和修復(fù)中均扮演著關(guān)鍵的角色。

圖注：造血干細(xì)胞在骨髓中分化成不同類型的血細(xì)胞

鑒于近地軌道（微重力、輻射和密閉特征）環(huán)境能讓宇航員們面臨免疫失調(diào)、心血管功能受損[4]的健康威脅。

研究人員猜想，在微觀的細(xì)胞層面，作為“血液和免疫根源”的HSPC，情況可能同樣不容樂觀

為了開展研究，他們開發(fā)了一種既能模擬骨髓微環(huán)境供HSPC生長、還能實(shí)時(shí)監(jiān)測其動(dòng)態(tài)的裝置——3D納米生物反應(yīng)器。隨后，將其與裝載的人類HSPC一起送往了國際空間站，正式開啟了為期1個(gè)月的太空之行。（PS：一部分HSPC留在地球作為對照）

圖注：3D生物傳感納米生物反應(yīng)器系統(tǒng)

不知道大家還記不記得2015-2016年展開的同卵雙胞胎實(shí)驗(yàn)，盡管弟弟斯科特·凱利在太空遵循了嚴(yán)格的健康方案，但與在地球上隨心所欲的哥哥相比，他的機(jī)體依舊出現(xiàn)了大量的DNA損傷，免疫和循環(huán)系統(tǒng)也都受到了影響。

那么，這些被送往空間站的HSPC細(xì)胞們，又會是怎樣的命運(yùn)呢？

圖注：雙胞胎宇航員兄弟斯科特·凱利和馬克·凱利

只聽傳來一聲感慨：果然！美妙的太空旅行，從細(xì)胞開始就要付出青春的代價(jià)：

• 細(xì)胞健康受損

研究發(fā)現(xiàn)，太空環(huán)境會加快HSPC的細(xì)胞分裂，同時(shí)讓它們的休眠能力變低。

圖注：與配對的地面對照組相比，太空中的HSPC表現(xiàn)出了加速的細(xì)胞周期轉(zhuǎn)換

在正常情況下，HSPC多數(shù)時(shí)間處于休眠狀態(tài)，以維持干細(xì)胞的長期功能，而只有一小部分會進(jìn)入分裂，以應(yīng)對身體所需。

這一變化表明，太空環(huán)境容易讓HSPC從“長期耐力模式”切換到“短期沖刺模式”。這樣的后果是，HSPC可能出現(xiàn)更快地耗竭、以及功能的更早退化。

• 衰老特征提前顯現(xiàn)

很快，這就得到了進(jìn)一步的驗(yàn)證。

研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷太空飛行的HSPC不僅表現(xiàn)出了功能上的衰退（如克隆存活能力下降、自我更新能力減慢），許多衰老特征也都提前跑了出來，比如端粒縮短、線粒體應(yīng)激、炎癥信號失調(diào)等，這些可都是衰老時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的分子與功能性標(biāo)志。

圖注：如與配對的地面對照組相比，太空中的HSPC表現(xiàn)出了端粒長度的減少及端粒維持基因表達(dá)的降低

• 基因突變增加

還有一個(gè)顯著的變化是HSPC出現(xiàn)的更多的DNA突變，尤其是單堿基胞嘧啶（C）向胸腺嘧啶（T）的突變。這種突變模式通常是DNA損傷的重要標(biāo)志之一。

圖注：太空中HSPC表現(xiàn)出了更多的C-T突變

這些突變讓人聯(lián)想到了克隆性造血?？寺⌒栽煅?，即突變造血干細(xì)胞增殖形成了大量相同突變的血細(xì)胞克隆，這是晚年急性髓系白血病和心血管疾病的潛在威脅。

研究人員推測，HSPC這些突變可能部分得歸因于太空中更強(qiáng)的電離輻射，因?yàn)樘蛰椛涞耐s是地面輻射暴露的5倍！

圖注：與克隆造血相關(guān)的疾病[5]

除了上述變化，HSPC的關(guān)鍵脫氨酶（一類能改變DNA或RNA序列的酶），及其基因組中重復(fù)元件的調(diào)控均存在失調(diào)的情況，這些均加速HSPC的損傷和老化。（PS：重復(fù)元件指基因組中重復(fù)出現(xiàn)的、通常不編碼蛋白的DNA序列）

圖注：太空飛行后APOBEC3A和APOBEC3C的表達(dá)上調(diào)，可能加劇細(xì)胞基因組不穩(wěn)定性

由此可見，太空飛行可能加速HSPC的衰老并增加衰老相關(guān)疾病的風(fēng)險(xiǎn)。這為宇航員們的部分健康問題提供重要的線索。

看到這里，不知道大家有沒有在思考這個(gè)問題：這類太空研究對只能遙望星空的我們，有啥意義呢？還真有！

多項(xiàng)研究表明，太空環(huán)境使宇航員身體發(fā)生的一系列變化，如心血管功能退化、骨骼肌萎縮和免疫功能障礙等與地球衰老導(dǎo)致的癥狀十分相似，包括此次的HSPC。

圖注：如果把衰老比作生銹的過程，太空環(huán)境就像潮濕的鹽堿地，能加速生銹的速度……

在太空環(huán)境下，這些變化可能在短時(shí)間內(nèi)就會顯現(xiàn)。這意味著人們能更快地觀察到衰老的跡象并找到其潛在的機(jī)制。

換句話說，具有微重力、宇宙輻射、封閉環(huán)境等多重應(yīng)激條件的太空環(huán)境，是一種非常理想的“加速衰老”實(shí)驗(yàn)場，能為衰老機(jī)制研究按下“快進(jìn)鍵”。

這聯(lián)系到藥物研發(fā)，好處可就多了：

新藥研發(fā)動(dòng)輒需要十幾年，跟蹤效果往往是其中的關(guān)鍵限速步驟。太空環(huán)境的“加速衰老”屬性也可為更快測試藥物的有效性提供可能；

再比如，基于某種在太空環(huán)境下發(fā)現(xiàn)的、與肌肉萎縮有關(guān)的蛋白質(zhì)而研發(fā)的藥物，除了能幫助宇航員在太空保持肌肉健康外，也有望用于治療地球上老年人的肌肉衰減癥；

此外，多數(shù)藥物通過與體內(nèi)某個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)合來起作用，相應(yīng)地，藥物研發(fā)會經(jīng)歷蛋白提純、蛋白結(jié)晶、解析結(jié)構(gòu)、藥物設(shè)計(jì)的步驟。

人們發(fā)現(xiàn)，太空微重力環(huán)境下生長的蛋白晶體往往更均勻、更大。目前在太空培養(yǎng)蛋白晶體，已成為制藥公司研發(fā)藥物的一個(gè)重要方向。

圖注：宇航員與太空蛋白質(zhì)結(jié)晶研究設(shè)施合影（左）；在空間站中形成的蛋白質(zhì)晶體[6]，像不像一顆顆無暇的鉆石？（右）

當(dāng)下，科研人員還在利用外太空的微重力來培養(yǎng)更加逼真的3D組織（如軟骨組織[7]）和三維腫瘤球體[8]等，這些更能模擬人體真實(shí)環(huán)境的生物工程模型，將為深入探究疾病機(jī)制和開發(fā)新藥提供了更多的可能性。

參考文獻(xiàn)