編譯 ｜ 徐銳

由于美國(guó)波音公司“星際客機(jī)”飛船存在技術(shù)問(wèn)題，美國(guó)兩名宇航員已在國(guó)際空間站滯留了數(shù)月。圖片來(lái)源：NASA

由于美國(guó)波音公司“星際客機(jī)”飛船存在的技術(shù)問(wèn)題尚未解決，美國(guó)國(guó)家航空航天局宇航員Sunita Williams和Butch Wilmore在國(guó)際空間站（ISS）的滯留天數(shù)被迫再度延長(zhǎng)，計(jì)劃明年2月搭乘美國(guó)太空探索技術(shù)公司的“龍”飛船返回地球。

那么長(zhǎng)的時(shí)間滯留太空，對(duì)他們會(huì)產(chǎn)生什么影響？一項(xiàng)9月24日發(fā)表于美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》的研究發(fā)現(xiàn)，人類工程心臟組織在太空中僅一個(gè)月就開始變得衰弱，“跳動(dòng)”模式變得不規(guī)則，并且經(jīng)歷了類似衰老的分子和遺傳變化。

美國(guó)斯坦福大學(xué)心臟病學(xué)家Joseph Wu說(shuō)，這項(xiàng)研究為確定太空飛行對(duì)人類心臟有害影響的分子路徑提供了一種有效方法。

微重力環(huán)境可能對(duì)人體造成傷害，比如暴露在微重力環(huán)境中的宇航員，其心血管會(huì)產(chǎn)生變化，出現(xiàn)心律不齊等現(xiàn)象。

但是論文合著者、美國(guó)約翰斯·霍普金斯大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程師Deok Ho Kim表示，了解長(zhǎng)期太空飛行（每次持續(xù)數(shù)月）對(duì)心臟的影響及其背后的分子變化仍是遙不可及的，“因?yàn)樵谌祟愑詈絾T身上進(jìn)行不同的分子和功能研究是不可能的”。

為此，Kim和同事將人類工程心臟組織送到ISS上待了30天。

在組織設(shè)計(jì)過(guò)程中，研究人員將人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞分化成的6組心肌細(xì)胞樣本串聯(lián)在成對(duì)的柱子間。每對(duì)柱子中有一根是靈活可動(dòng)的，從而讓樣本可以像跳動(dòng)的心臟一樣收縮。接著，他們將“心臟芯片”系統(tǒng)安裝在大約只有手機(jī)一半大小的腔室里。該系統(tǒng)隨樣本組織登上ISS后，Kim和同事可以通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)組織收縮情況和跳動(dòng)模式強(qiáng)度。為了進(jìn)行比較，他們還監(jiān)測(cè)了一組留在地球上的組織樣本。

研究人員發(fā)現(xiàn)，僅在ISS停留12天，這些組織的收縮強(qiáng)度就幾乎減半，即使在返回地球9天后，這種減弱仍然很明顯。而地面樣本的收縮強(qiáng)度則相對(duì)穩(wěn)定。

此外，在太空中，隨著時(shí)間推移，組織的搏動(dòng)變得更加不規(guī)則。到第19天，組織每次搏動(dòng)間隔增加了5倍以上。不過(guò)，這種不規(guī)則搏動(dòng)在組織返回地球后就消失了。Wu說(shuō)，滯留在ISS的美國(guó)宇航員的心血管可能正在承受這種壓力，不過(guò)在返回地球后情況將得到緩解。

在組織返回地球后，Kim等人利用透射電子顯微技術(shù)觀察了負(fù)責(zé)控制肌肉收縮的組織肌節(jié)。他們發(fā)現(xiàn)，與留在地面的組織肌節(jié)相比，它們變得更短、更無(wú)序。此外，在ISS停留30天的組織線粒體會(huì)腫脹甚至破碎。

當(dāng)研究人員對(duì)組織樣本的RNA進(jìn)行測(cè)序時(shí)，發(fā)現(xiàn)在ISS停留過(guò)的組織中與炎癥和心臟病相關(guān)的基因及信號(hào)通路的表達(dá)增加了。與此同時(shí)，產(chǎn)生正常心臟收縮和線粒體功能所需蛋白質(zhì)的基因有表達(dá)減少的跡象。

Wu說(shuō)，盡管他們的研究中創(chuàng)新性地使用了“心臟芯片”，但并沒有捕捉到人類心臟中可能發(fā)生的其他重要心血管變化，如動(dòng)脈壓。不過(guò)，類似的設(shè)置可能有助于研究其他器官在微重力環(huán)境和惡劣輻射水平下的表現(xiàn)。“該系統(tǒng)在微重力環(huán)境下運(yùn)行并能夠保持組織活力，這是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)?！?/p>

Kim等人計(jì)劃將其他器官組織送入太空更長(zhǎng)時(shí)間，以深入研究太空飛行對(duì)人體的影響。他們還希望測(cè)試可以抵消微重力對(duì)心臟影響的藥物。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1073/pnas.2404644121

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2024-09-25 第2版 國(guó)際)

編輯 | 趙路

排版 | 志海

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