研究表明,太空飞行可能使某些类型的人类干细胞衰老更快——但至少部分损伤可能是可逆的。
同行评议期刊《细胞干细胞》(Cell Stem Cell)上发表的一项新研究指出,在国际空间站(ISS)上停留会导致一组对血液和免疫系统健康至关重要的细胞发生类似衰老的变化,这些细胞被称为造血干细胞和祖细胞(HSPCs)。
加州大学圣地亚哥分校(UC San Diego)在关于该研究的声明中表示:"研究结果显示,这些细胞在太空飞行后失去了一些产生健康新细胞的能力,更容易发生DNA损伤,并在染色体末端显示出加速衰老的迹象——这些都是加速衰老的征兆。"(论文的第一作者是加州大学圣地亚哥分校的杰西卡·范(Jessica Pham))
根据声明,辐射和微重力可能是对HSPCs的主要压力源,这些细胞由四组组成,通过SpaceX公司的龙飞船(Dragon spacecraft)搭乘商业补给任务送往轨道空间站。
研究合著者、加州大学圣地亚哥分校桑福德干细胞研究所(Sanford Stem Cell Institute)主任兼医学教授凯瑟琳·贾米森(Catriona Jamieson)在同一声明中补充道:"了解这些变化不仅有助于我们保护长期任务中的宇航员,还能帮助我们模拟地球上的人类衰老和癌症等疾病。"
这项研究是针对现已退役的美国国家航空航天局(NASA)宇航员斯科特·凯利(Scott Kelly)和马克·凯利(Mark Kelly)——一对同卵双胞胎——的众多后续研究之一。2015年至2016年期间,斯科特在国际空间站上度过了近一年时间,而马克则在同一时期留在地面。据NASA对该研究的描述,NASA称之为"双胞胎研究"(Twins Study)的这一系列研究"帮助科学家通过同卵双胞胎的研究更好地理解太空飞行对人类身体的影响"。
NASA的双胞胎研究网站强调,人体对太空飞行条件表现出"弹性与稳健性"。例如,在斯科特任务结束后的前半年,他91.3%的基因表达水平恢复了正常。
然而,也观察到一些新发现,例如斯科特的端粒发生了什么变化。NASA表示,端粒(或称DNA链的末端)保护染色体的方式就像塑料手柄保护跳绳一样。
NASA官员写道:"没有端粒,DNA会变得'磨损'和受损,细胞无法正常工作。""NASA双胞胎研究中最引人注目的发现之一是,斯科特在飞行期间经历了端粒长度动态的变化。这些变化可能有助于评估总体健康状况和潜在的长期风险。"
NASA表示,在斯科特飞行期间延长的端粒中,大多数在返回地球后仅48小时内就恢复正常。然而,加州大学圣地亚哥分校的新声明强调,研究端粒和基因表达变化"可能与更长的太空任务相关"。
加州大学圣地亚哥分校表示,对于这项9月4日发表的新研究,研究人员创建了一个国际空间站平台,使人类干细胞能够在太空中"培养,并通过AI驱动的成像工具进行监测"。该研究包括在太空停留32至45天的HSPCs。(相比之下,典型的国际空间站任务为六个月,大约180天。)
加州大学圣地亚哥分校代表写道,研究团队观察到一些变化,以及至少部分损伤可能可逆的迹象。一些在太空中停留数周的细胞,当被置于地球上的"年轻、健康环境"中时,开始恢复。
虽然声明没有具体说明该环境是什么,但研究指出,这些细胞要么被放置到与培养它们的个体相同的骨髓层中,要么被放置到一个30岁男性捐赠者的促进结缔组织的细胞系中。
关于观察到的HSPC变化,研究人员发现活性增加、细胞恢复和再生能力下降,以及(在细胞线粒体内,即能量产生的核心)更多压力和炎症,导致通常不活跃的基因组部分被激活。
暴露在太空飞行环境中的细胞制造新健康细胞的能力也下降了。同时,新声明指出,"分子磨损的迹象,如DNA损伤和更短的染色体末端……变得更加明显。"
该大学目前已完成了总计17次国际空间站任务,更多专注于HSPCs的任务可能即将展开。加州大学圣地亚哥分校计划进行国际空间站任务和宇航员研究,包括"分子变化的实时监测"以及应对措施。
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