文丨cybermed賽博醫客
神舟十二號的三名航天員“出差”3個(gè)月，今天重返地球家園了！離開(kāi)中國空間站，回到地球后，航天員的身體發(fā)生了哪些變化？要闖過(guò)哪些“健康”風(fēng)險關(guān)？
人類(lèi)對載人航天的未來(lái)有著(zhù)越來(lái)越宏偉的計劃，同時(shí)，隨著(zhù)新技術(shù)的出現，科學(xué)家們正在努力解決另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：人體能否在太空中維持更長(cháng)時(shí)間？一次火星探索任務(wù)可能需要兩三年時(shí)間，而迄今為止，大多數太空探險只持續了6個(gè)月或更短的時(shí)間。超出地球軌道的擴展任務(wù)可能會(huì )對宇航員的身體產(chǎn)生怎樣的潛在風(fēng)險？
為了研究長(cháng)時(shí)間太空飛行中微重力、輻射等影響，美國宇航局曾選擇雙胞胎兄弟斯科特·凱利和馬克·凱利作為研究對象。這對同卵雙胞胎都擔任過(guò) NASA 試飛員和宇航員，斯科特被選中執行為期一年的國際空間站 (ISS) 任務(wù)，而將他的兄弟——自己的基因副本——留在地球上。研究人員將地球上的馬克用作對照對象，以比較斯科特在太空一年中的變化，時(shí)間是從 2015 年 3 月 27 日到 2016 年 3 月 1 日。
10個(gè)科學(xué)家小組研究了這對雙胞胎在健康和生物學(xué)的不同方面，從基因表達到腸道細菌再到認知。這些數據是在為期一年的任務(wù)期間以及前后幾個(gè)月從雙胞胎身上收集的，研究結果發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。具有參考意義。
1、老化問(wèn)題
由科羅拉多州立大學(xué)輻射和癌癥生物學(xué)教授蘇珊·貝利 (Susan Bailey) 領(lǐng)導的 10 個(gè)團隊中的一個(gè)專(zhuān)注于端粒，即保護 DNA 鏈末端的“帽子”。在地球上，每當細胞分裂產(chǎn)生新細胞時(shí)，端粒就會(huì )變短，直到端粒達到一個(gè)臨界長(cháng)度，這時(shí)細胞也失去活性而死亡，所以端粒會(huì )隨著(zhù)細胞個(gè)體的衰老而變短。
當貝利的團隊分析斯科特白細胞中的端粒時(shí)，他們發(fā)現這些細胞中的平均端粒長(cháng)度在任務(wù)期間出乎意料地增加了——在他到達太空目的地時(shí)平均延長(cháng)了 14.5%。這是地球上的研究人員試圖通過(guò)端粒酶實(shí)現的效果，端粒酶是一種維持和構建端粒的酶。
但是在太空中免費的東西在地球上是要付出代價(jià)的。斯科特返回地球后幾乎立即——在著(zhù)陸后的 48 小時(shí)內——凱利的端?；謴偷交€(xiàn)長(cháng)度，更糟糕的是，在飛行后的幾個(gè)月里，出現更多的端粒丟失或嚴重縮短，有些端粒實(shí)際上比任務(wù)前更短。這可能是一個(gè)令人擔憂(yōu)的發(fā)現，因為端?？s短和丟失與衰老和年齡相關(guān)疾病的易感性有關(guān)，包括心血管問(wèn)題和癌癥。
研究人員還不確定這些端粒變化是如何或為什么發(fā)生的。該團隊希望分析端粒酶的活性，端粒酶是一種延長(cháng)端粒但在大多數成年體細胞中被關(guān)閉的酶，看看它是否在斯科特飛行時(shí)以某種方式被激活。然而，他們需要的材料“在太空中丟失了”。血液樣本通過(guò)聯(lián)盟號航天器運回地球，但端粒酶活性在抵達時(shí)就停止了，這可能是通過(guò)地球大氣層再入過(guò)程中溫度變化的結果。
2、太空中的基因表達
研究人員還研究了斯科特的基因組，看看基因表達是否在飛行過(guò)程中發(fā)生了變化，因為它往往會(huì )在壓力情況下發(fā)生變化。
空間對基因組的影響很顯著(zhù)——而且發(fā)生得很快?！八箍铺匾贿M(jìn)入太空，一千個(gè)基因就開(kāi)始發(fā)生變化，”威爾康奈爾醫學(xué)中心生物醫學(xué)副教授克里斯托弗·梅森在相關(guān)新聞中說(shuō)?！八鼈儼ㄓ绊?DNA 維護和修復的東西，以及在需要時(shí)增強免疫系統?！?/p>
遺傳變化包括所謂的染色體倒位（其中基因序列實(shí)際上端到端顛倒）和轉座（其中單個(gè)基因改變染色體上的位置），已知這兩者都與空間輻射有關(guān)。在斯科特回歸后，并非所有變化都消失了——或者至少不會(huì )很快消失。
他們觀(guān)察到基因表達方式的一些變化，這些變化在任務(wù)的最后六個(gè)月加速了。與飛行開(kāi)始時(shí)相比，后半段出現的基因表達差異是其 6 倍多。
約翰霍普金斯大學(xué)教授兼醫學(xué)研究員 Andrew Feinberg 和他的團隊專(zhuān)注于甲基——通常表示基因表達變化的化學(xué)標記——并發(fā)現兩兄弟的表觀(guān)遺傳變化量相似。
任務(wù)結束后，90% 的修改后的基因表達恢復到飛行前的基線(xiàn)——這是一個(gè)好兆頭，表明身體可以在長(cháng)期任務(wù)后恢復。其他 10% 的基因包含 800 多個(gè)基因，包括與免疫反應和 DNA 修復相關(guān)的基因，在斯科特回歸6個(gè)月后仍以不同的方式表達?？茖W(xué)家解釋說(shuō)，這是因為在某種程度上，似乎身體中有足夠多的細胞對發(fā)生的事情有記憶，因此仍然有一些持續的適應和重新校準以返回地球。
3、太空飛行對精神認知的影響
在一個(gè)可能令人擔憂(yōu)的結果中，一個(gè)研究認知的團隊發(fā)現，斯科特在一系列認知測試中的表現在飛行后階段有所下降。
盡管斯科特在飛行中的測量是穩定的，但他的“認知效率”，或者說(shuō)他完成測試的速度和準確性，一旦回到地球就會(huì )下降。在他回來(lái)后的6個(gè)月里，這種減少一直存在。
雖然斯科特在長(cháng)達一年的太空飛行過(guò)程中沒(méi)有表現出任何令人擔憂(yōu)的認知影響，但與他之前從 2010 年10月到2011年3月在計劃火星任務(wù)時(shí)，認知結果可能是一個(gè)“危險信號”，因為宇航員必須在著(zhù)陸后執行復雜的任務(wù)。
科學(xué)家認為，在未來(lái)的任務(wù)中應該監測這些認知變化——因為人類(lèi)評估自己的認知狀態(tài)時(shí)，往往傾向于接受他們當前的狀態(tài)，即使它們實(shí)際上比以前更糟。
4、太空探索者的身體
航天員長(cháng)期在太空的微重力環(huán)境下生活，肌肉和骨骼不再受到地球上的重力刺激，會(huì )導致骨質(zhì)流失、肌肉質(zhì)量和力量減弱、出現心臟和血管以及視力模糊等問(wèn)題。
在整個(gè)飛行過(guò)程中，斯科特自己對頸動(dòng)脈和肱動(dòng)脈進(jìn)行超聲檢查，并定期監測血壓并收集尿液和血液樣本。馬克接受了相同的測試。動(dòng)脈監測產(chǎn)生了最顯著(zhù)的結果，斯科特的頸動(dòng)脈在進(jìn)入軌道后不久膨脹和增厚，并一直保持到返回后四天。
炎癥的循環(huán)標志物也出現了激增，尤其是所謂的 c 反應蛋白 (CRP)，它可以預測心血管問(wèn)題。最大的問(wèn)題之一，從他離開(kāi)車(chē)站到著(zhù)陸時(shí)，CRP 增加了八倍。他的水平在 36 天內沒(méi)有恢復到基線(xiàn)水平。
他的免疫系統也受到了打擊。在斯科特升空之前，這對雙胞胎的 T 細胞和其他免疫成分的豐度和功能或多或少是相同的。但在他在太空期間，62 項細胞因子（干擾素、白細胞介素和其他免疫系統蛋白質(zhì)）中的 50 項發(fā)生了顯著(zhù)變化。
好消息是，凱利回家后的免疫狀況或多或少地恢復到基線(xiàn)水平。更好的消息是，在一項研究中，雙胞胎在任務(wù)期間都接種了流感疫苗，他們的身體反應幾乎沒(méi)有區別，這意味著(zhù)即使斯科特的化學(xué)反應變得異常，他的免疫反應仍然保持良好。
在此之外，在斯科特身體的其余部分，研究人員觀(guān)察到與太空飛行有關(guān)的其他變化。在對微生物組（人類(lèi)腸道中的細菌群落）進(jìn)行的一項研究中，由西北大學(xué)的研究人員領(lǐng)導的一個(gè)團隊發(fā)現，斯科特在太空的這一年中，不同類(lèi)型細菌的比例發(fā)生了變化。然而，細菌的整體多樣性并未減少，這是微生物組保持健康的好兆頭。
由加州大學(xué)圣地亞哥分校健康科學(xué)研究人員Brinda Rana 領(lǐng)導的一個(gè)團隊發(fā)現，在太空飛行過(guò)程中，幾種蛋白質(zhì)也發(fā)生了變化。斯科特在國際空間站上時(shí)的尿液樣本含有高水平的膠原蛋白，一種結構蛋白。Rana 說(shuō)，將這一測量值與生理變化（如在斯科特的眼球和血管系統中觀(guān)察到的變化）一起觀(guān)察，可能表明身體正在重組。研究人員還觀(guān)察到水通道蛋白 2 水平升高，這種蛋白質(zhì)往往是脫水的標志。
然而，一旦斯科特回到地球，研究團隊和其他人觀(guān)察到的絕大多數變化就消失了。Rana團隊認為，這顯示了身體的彈性，以及人體對不同環(huán)境的適應性?！霸谔罩写荒辍眢w可以應付?！?/p>
由于美國宇航局雙胞胎研究的樣本量很小，研究人員強調這可能不是一個(gè)普遍結果，也不能證明太空飛行與他們的觀(guān)察之間存在直接因果關(guān)系。盡管如此，但該項研究為 NASA 提供了一些關(guān)于宇航員在太空飛行期間可能會(huì )在哪些方面發(fā)生生物變化的線(xiàn)索——該研究稱(chēng)，這是一個(gè)“有價(jià)值的路線(xiàn)圖”，以了解更遠距離進(jìn)入太陽(yáng)系的可能風(fēng)險。
斯考特.凱利在2017年出版的《Endurance: My Year in Space, A Lifetime of Discovery》一書(shū)中寫(xiě)道，“這并沒(méi)有特別困擾我，為推進(jìn)人類(lèi)知識做出貢獻是值得的?！?/p>
謹以此文，致敬中國航天和航天員！
