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雙胞胎 最大規(guī)模數(shù)據(jù)揭秘太空飛行健康影響

雙胞胎 最大規(guī)模數(shù)據(jù)揭秘太空飛行健康影響
文章插圖
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)遠(yuǎn)不止于次。
但是，人們?yōu)榱说巧匣鹦恰⑻剿魃羁眨私忾L期太空旅行對宇航員的健康影響及原因，并找到解決辦法，至關(guān)重要。
11月26日，Cell、Cell Reports、Cell Systems、Patterns和iScience出版論文特輯，來自美國宇航局（NASA）和世界各地其他學(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，并討論了未來20年前往火星和執(zhí)行其他任務(wù)可能需的準(zhǔn)備工作。
著名的雙胞胎
提到太空旅行對宇航員身體影響的研究，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，有一對雙生兄弟，一個長期太空旅行，另一個留在地球。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。
他們是一對雙胞胎，Scott曾于2015年至2016年在國際空間站上工作，而Mark則主要留在地球上。
研究期間，Scott在太空中共飛行了520天。Mark曾在太空中飛行了54天，均為4次相對較短的航天飛機(jī)飛行任務(wù)。10個研究小組對這對雙胞胎進(jìn)行了一系列測試，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，他的染色體發(fā)生了很大程度上持續(xù)的基因變化，部分倒置，或端對端翻轉(zhuǎn)，染色體末端的許多端粒神秘地變長了。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、威爾康乃爾醫(yī)學(xué)院的John B. Charles告訴《中國科學(xué)報》，這些結(jié)果幫助人們了解正常、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，就引起廣泛關(guān)注。但德國達(dá)姆施塔特技術(shù)大學(xué)Markus Lobrich 告訴《中國科學(xué)報》，因?yàn)檫@項(xiàng)研究只涉及兩個人，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，多個研究小組還分析了幾十名宇航員的樣本。
各種變化
當(dāng)時，Scott的端粒變長了，但端粒在返回地球后的48小時內(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S著年齡的增長而縮短，而且縮短的端粒可能會增加他患心血管疾病或某些癌癥的風(fēng)險。
于是，Bailey等人對11名宇航員在前往國際空間站（ISS）執(zhí)行任務(wù)之前、期間和之后的端粒長度和DNA損傷反應(yīng)進(jìn)行了評估，發(fā)現(xiàn)宇航員在太空飛行中端粒通常較長。然而，在返回地球后，宇航員的端粒長度迅速縮短，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，這與其端粒長度的改變有關(guān)（珠峰登山者也存在類似情況），這表明端粒長度的變化可能是對極端環(huán)境下慢性分子應(yīng)激的適應(yīng)性反應(yīng)。
“我們將評估包括女性在內(nèi)的更多宇航員和各種持續(xù)時間的空間任務(wù)，以便進(jìn)一步闡明在空間飛行導(dǎo)致端粒變化的機(jī)制。”Bailey表示。
雙胞胎研究數(shù)據(jù)還顯示，宇航員在返回地球時，其炎癥癥狀會加重。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)行為期一年任務(wù)的宇航員的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比，并對雙胞胎研究的著陸數(shù)據(jù)進(jìn)行了重新分析。
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個月任務(wù)的其他28名宇航員數(shù)據(jù)的支持。
另一個研究組則通過對小鼠、大鼠、人類組織樣本和宇航員研究，分析借助被稱為微小RNA的非編碼調(diào)節(jié)RNA的短序列能識別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模擬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信號除了能作為太空造成的系統(tǒng)性生物損傷的生物標(biāo)記外，還可以用于識別減輕相關(guān)健康風(fēng)險的潛在目標(biāo)。上述論文均刊登于Cell Reports。
天空旅行帶來了如此多的身體變化，“我們開始問是否有某種普遍的機(jī)制發(fā)生在處于太空的人體上，可以解釋我們觀察到的問題。”Beheshti說。

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