"太空是对人体的终极压力测试，"加州大学圣地亚哥分校桑福德干细胞研究所主任卡特里娜·贾米森（Catriona Jamieson）表示。最新研究显示，这种压力会深入骨髓，导致维持血液和免疫系统的干细胞在太空中停留数周后出现衰退。
发表于《细胞干细胞》（Cell Stem Cell）的研究，利用人工智能控制的纳米生物反应器（可置于立方实验舱内），追踪了国际空间站中的人类造血干细胞和祖细胞（HSPCs）。这些由Space Tango公司合作设计的自动化平台，在微重力环境下培养细胞45天，并通过荧光FUCCI2BL报告系统实时监测其分裂周期，同时在地面设置对照组。研究结果令人震惊：微重力和宇宙辐射干扰了细胞正常的休眠周期，迫使干细胞持续活跃，耗尽能量储备，最终导致功能衰竭。
HSPCs会生成所有血细胞系——红细胞、血小板和免疫细胞。在地面环境中，这些细胞约80%时间处于休眠状态，而休眠状态正是维持其再生潜力的关键。但在轨道环境中，休眠机制崩溃了。"干细胞被唤醒后无法重新进入休眠，变得功能衰竭，"贾米森解释道。返回地球后，太空暴露细胞的再接种频率显著低于地面对照组，这是自我更新能力减弱的标志。在培养于年轻健康的基质层时恢复效果较好，但若在原有老化基质层则恢复持续不佳，突显了微环境对修复的重要性。
分子层面的分析揭示了早衰的多重特征：端粒（保护染色体末端的结构）缩短；线粒体基因表达和拷贝数减少导致能量储备下降；自我更新基因ADAR1 p150表达降低；炎性细胞因子激增。全基因组测序显示克隆性造血突变增加，以及APOBEC3家族碱基脱氨酶调控失常——这些酶可诱导DNA突变。更令人担忧的是，本应静默的重复DNA元件（被称为"暗基因组"）被激活，这类占人类DNA超过半数的元件在激活后表现类似古老病毒残留。贾米森将这种连锁反应比作她在前白血病细胞中观察到的"死亡螺旋"。
该结果与NASA双胞胎研究的趋势一致：宇航员斯科特·凯利在太空驻留一年期间出现了端粒变化、免疫改变和克隆性造血现象。但通过直接针对HSPCs的研究，新发现揭示了这些系统性变化的细胞起源，同时与微重力诱导的细胞衰老研究相呼应——线粒体应激和慢性炎症迫使干细胞脱离休眠状态，加速损耗。
轨道实验依赖精确的工程技术：每个纳米生物反应器模拟骨髓微环境，采用经高压灭菌的海绵基质并接种来自髋关节置换捐赠者的细胞。集成成像和环境控制系统使立方实验舱无需宇航员干预即可运行，这是国际空间站资源限制下的必要条件。这种设计延续了其他轨道生物医学平台（如芯片心脏系统）的发展路径，通过微型化生物反应器与持续传感技术实现实时生理监测。
研究还凸显了基质微环境的重要性：在微重力条件下，原本滋养HSPCs的间充质基质细胞本身会发生变化，转向脂肪生成而远离成骨过程，改变如CXCL12等维持干细胞特性关键因子的分泌。这些变化叠加辐射和微重力对HSPCs的直接损伤，可能制约长期任务中的免疫再生。
部分损伤具有可逆性。早期数据显示，宇航员返回地球后，HSPC功能可在一年内恢复。实验室培养实验表明，将太空暴露细胞置于年轻基质层培养可下调炎性基因并重新激活保护通路，这为开发防护措施（从药理学抑制毒性基因活动到工程化基质支架）提供了可能。
对于月球或火星任务而言，维持健康血液干细胞功能至关重要：功能障碍可能导致免疫力下降、伤口愈合延迟和癌症风险增加。在癌症患者和地球衰老免疫疾病中同样存在端粒缩短、线粒体损伤和重复元件激活的应激特征。通过将太空作为极端生理压力模型，科学家旨在开发既能保护宇航员、又能惠及地面患者的干预措施。
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