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宇航员心脏细胞在太空发生改变!
2019-11-13 08:29:40  出处:新浪科技  作者:叶倾城 编辑:雪花   点击可以复制本篇文章的标题和链接

一想到太空飞行,会让人们憧憬美妙的太空旅行,出现心跳加快,但实际上地球之外的太空旅行能够改变人体器官细胞,其中包括心脏细胞。随着宇航员在国际空间站延长工作时间越来越平常,以及人类由于任务因素将在太空中度过更长时间的可能性增大,研究人员需要更好地理解微重力对人体心脏功能的影响。

最新研究表明,衍生于干细胞的心肌细胞在太空飞行期间和之后具有很强的环境适应性,科学家在国际空间站培育心脏细胞38天,检测了细胞等级的心脏功能和基因表达。

他们发现人体暴露在微重力环境将改变数千个基因表达,但当宇航员返回地球10天内,心脏组织逐渐恢复正常。该研究报告资深作者、斯坦福大学医学院约瑟夫·吴(Joseph Wu)说:“我们的研究非常新奇,因为这是首次使用人类诱导多功能干细胞来研究太空飞行对人类心脏功能的影响。”

微重力环境不是很好理解,对人体整体影响的研究可能有助于阐明人体细胞在太空中的行为变化,尤其是未来需要进行更多、持续时间更长的太空任务,例如:登陆月球和火星。

到目前为止,大多数关于心脏对微重力反应的研究都是在非人体模型、组织、器官或者系统上进行的,为了解决太空“活体试验”需求,SpaceX公司在商业物资补给任务中将“跳动”的心脏细胞发送至国际空间站进行试验分析,同时,科学家在地面上进行心脏细胞培育,以此作为试验比较。

当心脏细胞返回地球时,它们呈现正常的结构形态,然而它们在太空环境中确实发动脉动模式和钙循环模式,在国际空间站试验38天的心脏细胞返回地面10天后,科学家对该细胞进行了排序分析,结果表明,2635个基因在太空飞行期间、太空飞行之后和地面控制样本的基因表达方式存在差异。

值得注意的是,依据发表在《干细胞报告》杂志上的最新研究,与线粒体功能相关的基因通路在太空飞行状态下细胞基因表达信息更多。通过对比样本数据,心脏细胞在太空飞行期间采用一种独特的基因表达模式,该模式在返回正常重力状态下又恢复到类似于地面控制的模式。

约瑟夫·吴博士指出,我们对人类心肌细胞适应环境的速度感到惊讶,包括微重力,这些研究可能为深入了解细胞机制提供了思路,有助于宇航员在长时间太空飞行期间的保持身体健康,或者为心脏病患者治疗提供新疗法。这项研究发表在《干细胞报告》杂志上。

美国宇航员斯科特·凯利(Scott Kelly)在国际空间站持续工作340天之后,于2016年3月返回地球。此后美国宇航局利用凯利的孪生兄弟斯科特·马克作为控制对象,对凯利在轨道上生活的影响进行了研究测试。

凯利兄弟几乎拥有相同的基因组,这便于科学家能够研究长期太空飞行对人体构成的影响。研究人员在太空任务之前、过程中、之后分别对凯利兄弟进行血液和其他生物样本采集,当凯利刚完成太空任务返回家中时,竟意外地发现自己比孪生兄弟高5厘米,在地面上生活两天之后,这种身高差异逐渐消失。

专家分析称,身高发生变化是由于国际空间站微重力条件造成了,在太空环境下宇航员的脊柱被拉伸,但是这种影响仅是暂时的。美国宇航局发现凯利回家后不久身体93%基因恢复正常,而7%基因发生永久性改变。这种长期性改变破坏了与免疫系统、DNA修复、骨骼形成以及组织吸收氧气和二氧化碳方式相关的基因,同时,凯利的端粒体(染色体末端帽状结构)在太空环境中变长了。

端粒体的重要作用是保护DNA不受损害,但随着年龄的增长,端粒体会逐渐缩短,当凯利返回地面时,端粒体开始缩短,恢复正常状态。美国宇航局表示,凯利的端粒体变长与他在国际空间站的饮食和日常锻炼有关,他在太空生活期间,两组肠道细菌比值也出现了变化,可能是由于太空中饮食发生变化,当他返回地面不久,也逐渐恢复了正常。

美国宇航局研究发现凯利和马克的基因组中出现数百种不同的基因突变,研究小组推测称,这些突变的“太空基因”可能是凯利在太空环境中被激活。

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