宇航員心臟細胞在太空發生改變 回地面10天恢復正常
2019年11月13日10:23
研究人員發現人體暴露在微重力環境將改變數千個基因表達,但當宇航員返回地球10天內,心臟組織逐漸恢復正常
研究人員發現人體暴露在微重力環境將改變數千個基因表達,但當宇航員返回地球10天內,心臟組織逐漸恢復正常

  11月13日消息,據英國每日郵報報導,一想到太空飛行,會讓人們憧憬美妙的太空旅行,出現心跳加快,但實際上地球之外的太空旅行能夠改變人體器官細胞,其中包括心臟細胞。

  隨著宇航員在國際空間站延長工作時間越來越平常,以及人類由於任務因素將在太空中度過更長時間的可能性增大,研究人員需要更好地理解微重力對人體心臟功能的影響。

  最新研究表明,衍生於幹細胞的心肌細胞在太空飛行期間和之後具有很強的環境適應性,科學家在國際空間站培育心臟細胞38天,檢測了細胞等級的心臟功能和基因表達。

  他們發現人體暴露在微重力環境將改變數千個基因表達,但當宇航員返回地球10天內,心臟組織逐漸恢復正常。該研究報告資深作者、斯坦福大學醫學院約瑟夫·吳(Joseph Wu)說:“我們的研究非常新奇,因為這是首次使用人類誘導多功能幹細胞來研究太空飛行對人類心臟功能的影響。”

  微重力環境不是很好理解,對人體整體影響的研究可能有助於闡明人體細胞在太空中的行為變化,尤其是未來需要進行更多、持續時間更長的太空任務,例如:登陸月球和火星。

衍生於幹細胞的心肌細胞在太空飛行期間和之後具有很強的環境適應性,科學家在國際空間站培育心臟細胞38天,檢測了細胞等級的心臟功能和基因表達
衍生於幹細胞的心肌細胞在太空飛行期間和之後具有很強的環境適應性,科學家在國際空間站培育心臟細胞38天,檢測了細胞等級的心臟功能和基因表達

  到目前為止,大多數關於心臟對微重力反應的研究都是在非人體模型、組織、器官或者係統上進行的,為瞭解決太空“活體試驗”需求,SpaceX公司在商業物資補給任務中將“跳動”的心臟細胞發送至國際空間站進行試驗分析,同時,科學家在地面上進行心臟細胞培育,以此作為試驗比較。

  當心臟細胞返回地球時,它們呈現正常的結構形態,然而它們在太空環境中確實發動脈動模式和鈣循環模式,在國際空間站試驗38天的心臟細胞返回地面10天后,科學家對該細胞進行了排序分析,結果表明,2635個基因在太空飛行期間、太空飛行之後和地面控製樣本的基因表達方式存在差異。

  值得注意的是,依據發表在《幹細胞報告》雜誌上的最新研究,與線粒體功能相關的基因通路在太空飛行狀態下細胞基因表達信息更多。通過對比樣本數據,心臟細胞在太空飛行期間採用一種獨特的基因表達模式,該模式在返回正常重力狀態下又恢復到類似於地面控製的模式。

  約瑟夫·吳博士指出,我們對人類心肌細胞適應環境的速度感到驚訝,包括微重力,這些研究可能為深入瞭解細胞機製提供了思路,有助於宇航員在長時間太空飛行期間的保持身體健康,或者為心臟病患者治療提供新療法。這項研究發表在《幹細胞報告》雜誌上。

隨著宇航員在國際空間站延長工作時間越來越平常,以及人類由於任務因素將在太空中度過更長時間的可能性增大,研究人員需要更好地理解微重力對人體心臟功能的影響
隨著宇航員在國際空間站延長工作時間越來越平常,以及人類由於任務因素將在太空中度過更長時間的可能性增大,研究人員需要更好地理解微重力對人體心臟功能的影響

  宇航員斯科特·凱利的DNA在太空中發生怎樣變化

  美國宇航員斯科特·凱利(Scott Kelly)在國際空間站持續工作340天之後,於2016年3月返回地球。此後美國宇航局利用凱利的孿生兄弟斯科特·馬克作為控製對象,對凱利在軌道上生活的影響進行了研究測試。

  凱利兄弟幾乎擁有相同的基因組,這便於科學家能夠研究長期太空飛行對人體構成的影響。研究人員在太空任務之前、過程中、之後分別對凱利兄弟進行血液和其他生物樣本採集,當凱利剛完成太空任務返回家中時,竟意外地發現自己比孿生兄弟高5釐米,在地面上生活兩天之後,這種身高差異逐漸消失。

圖中是美國宇航員兄弟,圖右是凱利,圖左是馬克,凱利剛完成太空任務返回家中時,竟意外地發現自己比孿生兄弟高5釐米,在地面上生活兩天之後,這種身高差異逐漸消失
圖中是美國宇航員兄弟,圖右是凱利,圖左是馬克,凱利剛完成太空任務返回家中時,竟意外地發現自己比孿生兄弟高5釐米,在地面上生活兩天之後,這種身高差異逐漸消失

  專家分析稱,身高發生變化是由於國際空間站微重力條件造成了,在太空環境下宇航員的脊柱被拉伸,但是這種影響僅是暫時的。

  美國宇航局發現凱利回家後不久身體93%基因恢復正常,而7%基因發生永久性改變。這種長期性改變破壞了與免疫系統、DNA修復、骨骼形成以及組織吸收氧氣和二氧化碳方式相關的基因,同時,凱利的端粒體(染色體末端帽狀結構)在太空環境中變長了。

  端粒體的重要作用是保護DNA不受損害,但隨著年齡的增長,端粒體會逐漸縮短,當凱利返回地面時,端粒體開始縮短,恢復正常狀態。

  美國宇航局表示,凱利的端粒體變長與他在國際空間站的飲食和日常鍛鍊有關,他在太空生活期間,兩組腸道細菌比值也出現了變化,可能是由於太空中飲食發生變化,當他返回地面不久,也逐漸恢復了正常。

  美國宇航局研究發現凱利和馬克的基因組中出現數百種不同的基因突變,研究小組推測稱,這些突變的“太空基因”可能是凱利在太空環境中被激活。(葉傾城)

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