射線、缺氧、失重、寒冷，甚至孤獨(dú)，茫茫太空給予宇航員的可能遠(yuǎn)不止這些。

　　但是，為了登上火星、探索深空，了解長(zhǎng)期太空旅行對(duì)宇航員的健康影響及原因，并找到解決辦法，可謂至關(guān)重要。

　　11月26日，在Cell、Cell Reports、Cell Systems、Patterns和iScience出版的論文特輯中，美國(guó)宇航局（NASA）和其他學(xué)術(shù)、政府、航空航天和工業(yè)組織的200多名研究人員，展示了有史以來最大規(guī)模的宇航員數(shù)據(jù)和太空生物學(xué)數(shù)據(jù)集，探討了太空飛行的危害，以及未來20年前往火星和執(zhí)行其他任務(wù)需要準(zhǔn)備的工作。

　　著名的雙胞胎

　　提到太空旅行對(duì)宇航員身體的影響，不得不提及著名的雙胞胎實(shí)驗(yàn)。

　　愛因斯坦在雙生子佯謬中提到，有一對(duì)雙生兄弟，一個(gè)長(zhǎng)期太空旅行，另一個(gè)留在地球。結(jié)果當(dāng)旅行者回到地球后，他比兄弟更年輕。人們一直未能驗(yàn)證這一理論，直到Scott Kelly和Mark Kelly成為NASA宇航員。

　　他們是一對(duì)雙胞胎，Scott曾于2015年至2016年在國(guó)際空間站上工作，而Mark則大部分時(shí)間留在地球。

　　研究期間，Scott在太空中飛行了520天。Mark曾在太空中飛行了54天，均為4次相對(duì)較短的航天飛機(jī)飛行任務(wù)。10個(gè)研究小組對(duì)這對(duì)雙胞胎進(jìn)行了一系列測(cè)試，包括在太空飛行前、飛行中和飛行后采集血液、尿液和糞便樣本。

　　Scott的身體經(jīng)歷了一系列變化，他的染色體在很大程度上發(fā)生了持續(xù)的基因變化，部分倒置或端對(duì)端翻轉(zhuǎn)，染色體末端的許多端粒神秘地變長(zhǎng)了。他的眼球形狀也發(fā)生了變化，包括視神經(jīng)變厚、眼球周圍的脈絡(luò)膜折疊。但研究人員發(fā)現(xiàn)這些變化在他回到地球后大部分都發(fā)生了逆轉(zhuǎn)。

　　該研究通訊作者之一、威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院的John B. Charles告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，這些結(jié)果幫助人們了解了正常、健康的生理過程適應(yīng)太空飛行獨(dú)特環(huán)境的遺傳因素，有助確保宇航員在未來可能持續(xù)數(shù)年的深空任務(wù)中的安全、健康和表現(xiàn)。

　　2019年，相關(guān)論文在《科學(xué)》刊登后曾引起廣泛關(guān)注。但德國(guó)達(dá)姆施塔特技術(shù)大學(xué)Markus Lobrich 告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，因?yàn)檫@項(xiàng)研究只涉及兩個(gè)人，所以這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可能無法廣泛適用于其他宇航員。

　　于是，此次發(fā)布的數(shù)據(jù)，除了重新分析雙胞胎實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)外，多個(gè)研究小組還分析了幾十名宇航員的樣本。

　　各種變化

　　當(dāng)時(shí)，Scott的端粒變長(zhǎng)了，但端粒在返回地球后的48小時(shí)內(nèi)就縮短了，甚至比飛行前更短。科羅拉多州立大學(xué)放射癌癥生物學(xué)家Susan Bailey表示，這與預(yù)期正好相反，因?yàn)槎肆?huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而縮短，而且縮短的端?？赡軙?huì)增加罹患心血管疾病或某些癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。

　　于是，Bailey等人對(duì)11名宇航員在前往國(guó)際空間站（ISS）執(zhí)行任務(wù)之前、期間和之后的端粒長(zhǎng)度和DNA損傷反應(yīng)進(jìn)行了評(píng)估，發(fā)現(xiàn)宇航員在太空飛行中端粒通常較長(zhǎng)。在返回地球后，宇航員的端粒長(zhǎng)度則迅速縮短，通常比他們進(jìn)入太空前更短。

　　研究人員還發(fā)現(xiàn)，該研究中的所有宇航員在太空中都經(jīng)歷了氧化應(yīng)激，這與其端粒長(zhǎng)度的改變有關(guān)（珠峰登山者也存在類似情況），表明端粒長(zhǎng)度的變化可能是對(duì)極端環(huán)境下慢性分子應(yīng)激的適應(yīng)性反應(yīng)。

　　“我們將評(píng)估包括女性在內(nèi)的更多宇航員和各種持續(xù)時(shí)間的空間任務(wù)，以便進(jìn)一步闡明空間飛行導(dǎo)致端粒變化的機(jī)制?！盉ailey表示。

　　雙胞胎研究數(shù)據(jù)還顯示，宇航員返回地球后炎癥會(huì)加重。于是，康奈爾大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Christopher E. Mason等人，收集了一名在ISS站執(zhí)行為期1年任務(wù)的宇航員的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，并與雙胞胎研究的著陸數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，觀察到的生化特征反映了骨骼肌的再生，而不是有害的炎癥反應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)得到了在ISS執(zhí)行了6個(gè)月任務(wù)的其他28名宇航員數(shù)據(jù)的支持。

　　另一個(gè)研究組則通過對(duì)小鼠、大鼠、人類組織樣本和宇航員的研究，借助被稱為微小RNA的非編碼調(diào)節(jié)RNA的短序列，識(shí)別了一系列太空健康影響。而且，選擇性抑制這些與太空飛行相關(guān)的微小RNA，可以在人體組織模型中減少暴露于深空輻射后的心血管損傷。

　　該研究通訊作者、NASA埃姆斯研究中心的Afshin Beheshti表示，這表明與航空相關(guān)的微小RNA信號(hào)除了能作為由太空造成的系統(tǒng)性生物損傷的生物標(biāo)記外，還可以用于識(shí)別減輕相關(guān)健康風(fēng)險(xiǎn)的潛在目標(biāo)。上述論文均刊登于Cell Reports。

　　太空旅行帶來了如此多的身體變化。“我們開始追問是否有某種普遍的機(jī)制發(fā)生在處于太空的人體中，從而可以解釋我們觀察到的問題。”Beheshti說。

　　“藏身幕后”的線粒體缺陷

　　《中國(guó)科學(xué)報(bào)》從NASA獲悉，Beheshti帶領(lǐng)的多學(xué)科團(tuán)隊(duì)利用從許多不同來源收集的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致這種損害的共同因素：線粒體功能障礙。相關(guān)論文刊登于Cell。

　　研究人員分析了從NASA的GeneLab平臺(tái)獲得的數(shù)據(jù)，該平臺(tái)是一個(gè)全面數(shù)據(jù)庫(kù)，包括動(dòng)物研究數(shù)據(jù)、雙胞胎研究，以及從幾十年來在太空旅行的59名宇航員處收集的樣本。該平臺(tái)還包含了一系列的“組學(xué)”數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)涉及組織和細(xì)胞在空間輻射和微重力的共同作用下發(fā)生的變化，包括蛋白質(zhì)組、代謝組、轉(zhuǎn)錄組和表觀基因組數(shù)據(jù)。

　　“我們比較了在太空?qǐng)?zhí)行兩項(xiàng)不同任務(wù)的小鼠的所有不同組織，發(fā)現(xiàn)線粒體功能障礙不斷出現(xiàn)。”Beheshti告訴記者，“我們研究了肝臟和眼睛的問題，發(fā)現(xiàn)這些問題是由與線粒體相關(guān)的途徑引起的。”

　　實(shí)際上，線粒體抑制以及有時(shí)因此發(fā)生的過度補(bǔ)償，會(huì)導(dǎo)致許多系統(tǒng)性器官反應(yīng)。它們還可以解釋免疫系統(tǒng)中常見的許多變化。

　　研究人員對(duì)雙胞胎研究的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)線粒體活動(dòng)有很多變化。其中一些變化可以解釋Scott在太空期間免疫細(xì)胞分布的變化。他們還使用了從其他幾十名宇航員身上采集的生理數(shù)據(jù)、血樣和尿樣，以證實(shí)不同細(xì)胞類型的線粒體活性發(fā)生了改變。

　　“看到線粒體如此重要，我非常驚訝，因?yàn)樗鼈兺ǔ２辉谖覀兊年P(guān)注范圍內(nèi)?！盉eheshti說，線粒體功能障礙也有助于解釋長(zhǎng)期太空旅行常見的另一個(gè)問題：晝夜節(jié)律紊亂。

　　線粒體問題已被確定是造成許多太空旅行健康風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)原因，因此Beheshti指出，“已經(jīng)有許多治療線粒體疾病的藥物獲得批準(zhǔn)，我們或許可以在太空中用動(dòng)物和細(xì)胞模型測(cè)試其中的一些藥物。”

　　相關(guān)論文信息：

　　https://doi.org/10.1126/science.aau8650

　　https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.108457

　　https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.11.002

　　https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.108448

　　https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.108429

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網(wǎng)址: 迄今最大數(shù)據(jù)集揭秘太空飛行危害 http://m.u1s5d6.cn/newsview944628.html