影響太空中宇航員健康的關(guān)鍵因素

多虧了SpaceX公司的出現(xiàn)，對于我們這些普通人來說，到地球之外的地方旅行如今看來很可能成真。

確實，目前一張前往國際空間站的機票售價高達(dá)5 500萬美元。然而從技術(shù)角度來說，SpaceX載人龍飛船在2020年8月帶著宇航員成功返回地球，落入墨西哥灣，這表明他們有能力讓商業(yè)太空旅行獲得成功。隨隨便便就去火星來趟旅行不再像是幻想中的愿景宣言。

然而，讓人類安全地去往太空僅僅是第一步。讓人類去往太空，再健康地回來是第二步。

萊卡是一條蘇聯(lián)太空犬，具有部分哈士奇血統(tǒng)。它在1957年進(jìn)入地球軌道，是太空探索的先驅(qū)。科學(xué)家從那時就已經(jīng)知道，太空旅行會嚴(yán)重傷害人類身體。在太空中，人類的心臟和血管會變硬，患癌的風(fēng)險大增，免疫系統(tǒng)出現(xiàn)紊亂，大腦緩慢地衰退，具體過程與衰老相似。人類身體遭受的這些不利影響中有部分是可逆的，一旦太空旅行者返回地球，重新處于地心引力的掌握后，就會逐漸恢復(fù)正常；但其他的影響會繼續(xù)存在。我們?nèi)匀徊淮_定哪些健康問題會長期存在。

然而，有一點是清楚的：為了不斷推進(jìn)太空旅行的前線疆域，我們需要卓有成效的對策。假如說早已有一個對策的話，那又如何呢？

2020年12月，美國宇航局（NASA）與多家研究機構(gòu)之間的一項合作研究確定了一個在太空旅行時控制宇航員健康的“主要生物學(xué)樞紐”。這個樞紐就是細(xì)胞的能量工廠——線粒體。當(dāng)人類在太空時，線粒體在運轉(zhuǎn)中出現(xiàn)故障，具體方式古怪地類似于衰老。就像關(guān)閉一座城市的供電和供水，線粒體遭受破壞，會對細(xì)胞和器官造成大面積不利影響，有可能導(dǎo)致睡眠問題、免疫系統(tǒng)障礙等等。這項研究的結(jié)果發(fā)表于《細(xì)胞》雜志。

“我們開始質(zhì)問，在太空之中，人體中是否發(fā)生某種普遍機制……”論文的第一作者阿富辛?貝赫什提（Afshin Beheshti）博士說道，他工作于加州硅谷的NASA埃姆斯研究中心，隸屬太空生物科學(xué)部，“我們反復(fù)發(fā)現(xiàn)的結(jié)論是，線粒體調(diào)控出了問題，害得身體到處都不正常。”

這是個絕好的消息。因為線粒體對于健康起支配作用，我們早已有各種各樣的、獲得FDA批準(zhǔn)的藥物和營養(yǎng)補充劑來支持線粒體的功能。然而，就像對抗衰老一樣，抗擊一個生物學(xué)上的對手也許不足以逆轉(zhuǎn)太空旅行中的所有健康問題。但這肯定是一個很好的起點。

太空人健康的大數(shù)據(jù)

這項研究屬于近期發(fā)表的20多篇論文的一部分，這些論文均利用了NASA的基因?qū)嶒炇遥℅eneLab）平臺。

基因?qū)嶒炇移脚_結(jié)合了當(dāng)代科學(xué)的兩個潮流（大數(shù)據(jù)和開源），形成一個規(guī)模龐大的數(shù)據(jù)庫，范圍涵蓋了動物研究到人類自身。作者解釋說，通過使用大數(shù)據(jù)，可以在分子水平上尋找人類身體應(yīng)對太空飛行而出現(xiàn)的關(guān)鍵變化。“這些知識可以用來設(shè)計出有效的對策，這會讓宇航員獲益，也會促進(jìn)地球上人類的健康。”論文作者寫道。

首先，研究者輸入了59名宇航員的健康數(shù)據(jù)和來自數(shù)百份進(jìn)入過太空的組織樣本的數(shù)據(jù)。這個廣泛的數(shù)據(jù)集包括基因、蛋白質(zhì)和新陳代謝等種種方面，讓人印象深刻。譬如說，團隊能夠分析太空飛行時基因如何打開或合上（被稱為表觀遺傳學(xué)），這讓人能一窺細(xì)胞的哪個過程在太空中有改變。這類似于試圖在眼盲時分析城市的交通形態(tài)，但卻掌握著關(guān)于車輛、移動方式、車輛所走路線、車速有多快的豐富信息，對于交通該如何運行不帶任何先入之見。

以這種方式，團隊能夠?qū)?xì)胞的生物學(xué)運輸進(jìn)行一次不帶偏見的資料挖掘。此舉獲得了回報。不管他們是在研究暴露于太空的人類細(xì)胞或小鼠細(xì)胞，不管是腎細(xì)胞、眼細(xì)胞還是其他組織，一個因素不斷跳脫出來：那便是線粒體。

“我無比驚訝地看到線粒體如此重要，因為它們過去不在我們的雷達(dá)上，不是我們的觀察對象。”貝赫什提說道，“我們觀察了肝臟出現(xiàn)的問題，看到問題是由線粒體相關(guān)路徑導(dǎo)致的。我們又觀察了眼睛里的問題，看到相同的路徑。到了這時候，我們才有興趣去更深入地審視一番。”

線粒體樞紐

線粒體和任何一家工廠一樣，在生成能量時，會排放“污染物”到細(xì)胞里。這些會造成損害的分子通常很快就被中和——想想碳捕集的過程就能明白。但隨著我們的衰老，線粒體的內(nèi)部運作開始出現(xiàn)故障，導(dǎo)致工廠壓力大增，有更多污染物被排放到細(xì)胞里。

在太空飛行中似乎發(fā)生了相似的過程——某種程度上的加速衰老。團隊在太空飛行過后的小鼠肝臟、肌肉和腎臟組織中以及宇航員的尿液樣本中，都發(fā)現(xiàn)了指向線粒體問題的跡象。論文作者解釋，隨著能量工廠的崩潰，細(xì)胞有時嘗試過度補償，就像向一家受損的核設(shè)施施壓。這反過來可能觸發(fā)細(xì)胞的“守衛(wèi)者”，即免疫系統(tǒng)的反應(yīng)——但這些反應(yīng)并不總是有益的。

研究團隊為了測試?yán)碚摚纸柚薔ASA孿生子研究項目的數(shù)據(jù)，該項目的研究對象是宇航員馬克?凱利和斯科特?凱利這對孿生兄弟。這個開拓性研究將待在太空中的斯科特與待在地球上的孿生兄弟馬克做比較，進(jìn)行一系列廣泛測試，從遺傳學(xué)測試到體液樣本測試，不一而足。團隊查看了這對孿生兄弟的線粒體健康狀況和免疫細(xì)胞情況，發(fā)現(xiàn)太空飛行降低了斯科特身體對那些線粒體釋放出的污染物的中和能力——這些污染物對于長期太空飛行的人而言是危險的。相比于待在地球上的馬克，斯科特的免疫系統(tǒng)在太空中進(jìn)入超級活躍的狀態(tài)，出現(xiàn)了受損線粒體蓄積于血液和尿液的跡象。

但線粒體的角色并不止步于免疫系統(tǒng)。令人詫異的是，它還能影響人體的晝夜節(jié)律或人體內(nèi)部的天然生物鐘，生物鐘又決定了人何時睡眠、進(jìn)食和醒來，團隊如此說道。更加奇怪的是線粒體與嗅覺的聯(lián)系，嗅覺在太空中往往會降低。此前的研究表明，在地球上，細(xì)胞內(nèi)的能量工廠（線粒體）與心臟問題、血管問題以及其他多個器官有關(guān)，然而我們需要看一下同樣的結(jié)論在太空中是否站得住腳。

一個樞紐支配一切？

對于太空旅行者的健康而言，線粒體問題是不是最為關(guān)鍵的呢？很可能不是。研究團隊的另一篇論文涵蓋了太空飛行生物學(xué)的六個影響健康的主要因素，而線粒體僅僅是其中的一個因素。

換言之，在長期太空飛行中維持人體健康這個研究主題，我們的研究還僅僅觸及問題的表面。

然而，這個研究仍然是技術(shù)上的杰作，也是一次大勝利。如果線粒體失能是主要原因之一，那么我們早已經(jīng)知道如何去對抗。一個減緩或約束線粒體問題的方案是通過飲食。線粒體這個能量工廠需要食物才能制造能量，于是太空旅行者攝入何種食物會影響他的健康。研究團隊說，“營養(yǎng)線粒體治療學(xué)”是一種依然處在早期、還在不斷發(fā)展的科學(xué)研究，但早已有一些治療有效的跡象。

其他選擇是依賴一些早已能獲得的、能支持線粒體功能的混合藥物。一個最有說服力的候選者是一種名叫輔酶Q10（CoQ10）的藥品，這種抗氧化劑被用來對付細(xì)胞內(nèi)的污染物，在抗衰老皮膚護(hù)理中備受青睞。

“目前來說，最容易實現(xiàn)的事就是在太空中用動物和細(xì)胞模型來測試這些藥物。”貝赫什提說道。

資料來源 singularityhub.com