空間微重力環(huán)境對(duì)骨代謝影響的研究進(jìn)展

苗治平，仇伍霞，馬小莉，騫愛(ài)榮

(西北工業(yè)大學(xué)生命學(xué)院空間生物實(shí)驗(yàn)?zāi)M技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室骨代謝研究室，西安710072)

空間微重力環(huán)境對(duì)骨代謝影響的研究進(jìn)展

苗治平，仇伍霞，馬小莉，騫愛(ài)榮

(西北工業(yè)大學(xué)生命學(xué)院空間生物實(shí)驗(yàn)?zāi)M技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室骨代謝研究室，西安710072)

詳細(xì)介紹了空間微重力環(huán)境對(duì)航天員骨代謝影響的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并總結(jié)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和骨組織細(xì)胞的太空飛行實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及失重性骨丟失發(fā)生的可能機(jī)制。介紹了利用新型抗磁懸浮模擬失重技術(shù)平臺(tái)獲得的部分細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果。提出了尚需研發(fā)更多新型地基微重力模擬平臺(tái)來(lái)開(kāi)展骨代謝研究，同時(shí)需要更多真實(shí)空間飛行機(jī)會(huì)的進(jìn)一步驗(yàn)證，為我國(guó)空間生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展建設(shè)提供參考。

微重力；空間飛行；骨丟失；骨代謝；骨組織細(xì)胞

0 引 言

隨著載人航天事業(yè)的迅速發(fā)展，空間飛行環(huán)境對(duì)航天員健康的影響引起越來(lái)越多的關(guān)注。對(duì)于航天員來(lái)說(shuō)，首先面臨的一個(gè)問(wèn)題是重力場(chǎng)環(huán)境的改變，包括在軌航行或遠(yuǎn)程星際航行中的低重力環(huán)境(特別是失重環(huán)境)，以及在其他天體上與地面環(huán)境截然不同的重力環(huán)境。因此，自1961年人類(lèi)飛上太空以來(lái)，空間微重力環(huán)境對(duì)人體生理及心理的影響就成為科學(xué)研究關(guān)注的熱點(diǎn)。

骨是一種動(dòng)態(tài)更新的組織，對(duì)力學(xué)刺激的變化非常敏感。因此，重力或機(jī)械力刺激對(duì)骨骼系統(tǒng)的生長(zhǎng)、發(fā)育及功能維持非常重要。目前研究表明，空間失重環(huán)境引起骨代謝紊亂，導(dǎo)致骨丟失。失重性骨丟失位列影響航天員身體健康的各種風(fēng)險(xiǎn)因素之首，直接影響中長(zhǎng)期載人航天任務(wù)的順利執(zhí)行。因此空間失重性骨丟失一直是航天醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要課題。

基于以上研究背景及分析，本文首先綜述空間微重力對(duì)航天員骨代謝的影響，由于航天員的數(shù)量極為有限，因此結(jié)合空間動(dòng)物和細(xì)胞搭載試驗(yàn)，詳細(xì)分析了空間飛行對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物骨代謝的影響及細(xì)胞學(xué)機(jī)制。為我國(guó)未來(lái)空間生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展建設(shè)提供參考。

1 空間微重力條件對(duì)航天員骨代謝的影響

地球上的生命在地球重力環(huán)境(1g)下生長(zhǎng)與發(fā)育，因此重力在維持人類(lèi)正常生理功能中發(fā)揮重要作用。骨骼作為人體的力學(xué)支撐結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)與功能已適應(yīng)地球重力環(huán)境且受到重力環(huán)境影響。骨組織持續(xù)不斷地進(jìn)行著吸收和形成的平衡，這一代謝過(guò)程稱(chēng)為骨重建[1]。骨重建過(guò)程對(duì)力學(xué)刺激的變化非常敏感，因此，重力或機(jī)械力刺激對(duì)骨骼系統(tǒng)的生長(zhǎng)、發(fā)育及功能維持非常重要。目前研究表明，空間失重環(huán)境主要引起承重骨骨質(zhì)流失，且這種骨質(zhì)流失是難以逆轉(zhuǎn)的，即使返回地面也難以完全恢復(fù)。

1.1 航天員骨礦密度的變化

早在20世紀(jì)60年代，美國(guó)第二個(gè)載人航天飛行計(jì)劃“雙子座”就采用了X-射線光密度分析法對(duì)航天員飛行前、后的手骨、腳骨的變化進(jìn)行了分析。此后的載人航天飛行計(jì)劃均對(duì)空間飛行對(duì)骨代謝的影響開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)研究，研究歷史及方法如圖1所示[2]。美國(guó)高?？臻g研究協(xié)會(huì)的LeBlanc等[3]，NASA約翰遜航天中心的Nagaraja等[4]、Smith等[5]對(duì)這些研究進(jìn)行了詳細(xì)的文獻(xiàn)分析與綜述。研究表明，長(zhǎng)期空間飛行(>30天)引起航天員嚴(yán)重的骨質(zhì)流失，骨質(zhì)流失具有一定的部位選擇性，且在返回地面后恢復(fù)緩慢。

(1)長(zhǎng)期空間飛行引起航天員嚴(yán)重的骨質(zhì)流失

在60位參與了和平號(hào)(Mir)空間站和國(guó)際空間站(ISS)長(zhǎng)期空間飛行任務(wù)(平均176±45天)的美、俄航天員中，約92%的人至少有一處骨骼部位發(fā)生最少5%的骨質(zhì)流失，40%的人至少有一處骨骼部位遭受10%或更多的骨質(zhì)流失，如圖2所示[3]。

蘇聯(lián)航天員在75～184天空間飛行后，跟骨的骨礦密度(Bone mineral density，BMD)下降0.9% ～19.8%，在禮炮號(hào)空間站停留5～7個(gè)月的航天員的脊椎骨BMD約丟失0.3%～10.8%[6-8]。在和平號(hào)空間站執(zhí)行任務(wù)的航天員中，一個(gè)月內(nèi)，一名航天員的跟骨骨量減少了7.74%，脛骨骨小梁骨量減少2.27%；經(jīng)過(guò)6個(gè)月后，另一名航天員的脛骨骨量與其飛行前相比，小梁骨和皮質(zhì)骨分別丟失4.5%和2.9%[9]。對(duì)18名俄羅斯航天員在和平號(hào)空間站4～14.4個(gè)月空間飛行前后BMD的研究如表1所示。航天員的總體BMD平均每月減少0.3%，髖骨BMD每月減少1.0%～1.5%，腰椎骨BMD每月減少1%，相當(dāng)于一個(gè)婦女絕經(jīng)后一年的骨質(zhì)流失量[3,6,8 ]。

表1 和平號(hào)空間站4～14.4個(gè)月空間飛行任務(wù)航天員骨密度變化

注：*P<0.01, 有顯著差異

對(duì)國(guó)際空間站(ISS)上執(zhí)行任務(wù)的8名航天員BMD研究結(jié)果顯示，7名航天員腰椎骨密度下降2.5%～10.6%，4名航天員股骨頸處骨密度減少1.7%～10%，而全部航天員股骨部分骨密度均減少3%～10%[10]。通過(guò)對(duì)14名航天員在國(guó)際空間站完成4～6個(gè)月空間飛行任務(wù)前后的骨質(zhì)流失研究，得到的結(jié)果與和平號(hào)空間站類(lèi)似，如表2所示。航天員髖骨BMD平均每月減少1.2%～1.5%。腰椎骨BMD每月減少0.8%～0.9%[3, 11-12]。

表2 國(guó)際空間站4～6個(gè)月空間飛行任務(wù)航天員骨密度變化

注：*P<0.01; **P<0.001, 有顯著差異

對(duì)2000-2009年在國(guó)際空間站執(zhí)行過(guò)長(zhǎng)期飛行任務(wù)(平均任務(wù)長(zhǎng)度170～175天)的20名男航天員與5名女航天員的骨質(zhì)流失對(duì)照實(shí)驗(yàn)還表明，在微重力環(huán)境下，男航天員髖骨BMD平均每月減少1.3%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)女航天員的0.55%[13]。為了盡量減少微重力環(huán)境下的骨質(zhì)流失，目前采取的對(duì)抗措施一是通過(guò)先進(jìn)的機(jī)械進(jìn)行適當(dāng)?shù)捏w育鍛煉和對(duì)抗性訓(xùn)練，如跑步機(jī)、間歇阻抗訓(xùn)練裝置(Interim resistive exercise device，IRED)和先進(jìn)阻抗訓(xùn)練裝置(Advanced resistive exercise device，ARED)；二是進(jìn)行藥物干預(yù)，如雙膦酸鹽類(lèi)藥物等。但這些方法的效果并不是很明顯，如圖3所示[14-15]。

(2)微重力環(huán)境下骨質(zhì)流失具有一定的部位選擇性

微重力環(huán)境下骨質(zhì)流失存在著一定的部位選擇性，主要發(fā)生在承重骨(跟骨、脛骨、股骨、椎骨)，而非承重骨(橈骨、尺骨)則不明顯。Ruggiu等對(duì)當(dāng)前長(zhǎng)期空間飛行后航天員不同部位骨質(zhì)流失研究結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)，如圖4所示[16]。通過(guò)對(duì)空間飛行前后不同骨部位的CT掃描，利用統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖(Statistical parametric mapping，SPM)或超閾值聚類(lèi)分析(Suprathreshold cluster analysis，STCA)等方法對(duì)掃描圖像進(jìn)行分析，可以檢測(cè)空間飛行后骨質(zhì)流失區(qū)域，判斷哪些部位遭受了最大骨質(zhì)流失[17]。從百分比來(lái)看，骨質(zhì)流失在小梁骨比皮質(zhì)骨更為嚴(yán)重，特別是在腿部；從骨量來(lái)看，腿部骨量的丟失，特別是皮質(zhì)骨的丟失最大[18]。

(3)經(jīng)歷骨質(zhì)流失的航天員恢復(fù)緩慢

由于空間微重力環(huán)境下骨質(zhì)丟失主要發(fā)生在承重骨，當(dāng)航天員回到地面正常重力環(huán)境后，在一段時(shí)間內(nèi)骨質(zhì)流失的情況并不會(huì)得到顯著改善，骨密度在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)難以恢復(fù)到飛行前的水平。16名在在國(guó)際空間站飛行了4～6個(gè)月的航天員在返回地球一年后，股骨近端的骨量基本恢復(fù)正常，但骨密度與骨強(qiáng)度均只有部分恢復(fù)[19]。NASA格林研究中心采用骨折風(fēng)險(xiǎn)分析模型(Bone fracture risk model, BFRM)對(duì)長(zhǎng)期空間飛行的航天員骨質(zhì)流失數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，與飛行前相比，航天員抗骨折能力平均下降12%，恢復(fù)一年后仍下降5%，未能恢復(fù)到飛行前水平[20-21]。對(duì)和平號(hào)空間站和國(guó)際空間站平均飛行時(shí)間達(dá)179天的15名男性航天員骨質(zhì)恢復(fù)研究表明，一年后這些航天員大多數(shù)骨骼部位的BMD偏低，三年后髖骨BMD仍然低于預(yù)期值，如表3所示[22-24]。NASA約翰遜航天中心對(duì)45名在和平號(hào)空間站和國(guó)際空間站飛行了4～6個(gè)月的航天員骨密度恢復(fù)進(jìn)行跟蹤研究，大多數(shù)航天員骨密度在三年后才恢復(fù)到飛行前水平，即骨密度恢復(fù)時(shí)間是飛行任務(wù)時(shí)間的6倍[25-27]。加拿大麥克馬斯特大學(xué)Williams等對(duì)大量研究空間飛行對(duì)人體生理機(jī)能影響的NASA技術(shù)報(bào)告與醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)進(jìn)行了綜述，研究表明盡管在返回地球后大多數(shù)生理影響會(huì)在短期內(nèi)消失，但骨礦質(zhì)流失可能產(chǎn)生永久后果。大部分經(jīng)歷長(zhǎng)期空間飛行的航天員骨密度在三年后恢復(fù)，但有些航天員永遠(yuǎn)恢復(fù)不到飛行前水平[28]。

表3 長(zhǎng)期空間飛行后航天員骨密度恢復(fù)結(jié)果

1.2 空間飛行引起骨重建生化標(biāo)志物的變化

正常的骨重建過(guò)程依賴(lài)于骨吸收和骨形成過(guò)程的動(dòng)態(tài)平衡，微重力環(huán)境則打破了這一平衡。對(duì)天空實(shí)驗(yàn)室(Skylab)、和平號(hào)空間站和國(guó)際空間站執(zhí)行長(zhǎng)期空間飛行任務(wù)的航天員骨重建生化標(biāo)志物的研究表明，在空間飛行中，航天員的骨形成生化標(biāo)志物減少或不變，骨吸收生化標(biāo)志物增加，從而導(dǎo)致骨質(zhì)流失。大部分研究認(rèn)為，骨形成受到抑制是骨質(zhì)流失的主要原因[5, 29]。Smith等總結(jié)了空間飛行對(duì)骨代謝與骨生化的影響，如圖5所示[5]。

對(duì)在和平號(hào)空間站執(zhí)行180天空間飛行任務(wù)的航天員骨重建研究發(fā)現(xiàn)，在飛行過(guò)程中，航天員的骨形成生化標(biāo)志物，包括骨堿性磷酸酶(Bone alkaline phosphatase，BALP)、血清完整骨鈣素(Intact osteocalcin，IBGP)和 Ι型膠原羧基前體肽(Procollagen type i c-terminal propeptide，PICP)分別下降了27%、38%和28%。航天員的骨吸收生化標(biāo)志物，包括游離脫氧吡啶啉(Free deoxypyridinoline，F(xiàn) D-Pyr)和I型膠原 C 端肽(C-telopeptide，簡(jiǎn)稱(chēng)CTX)在飛行過(guò)程中增加了54%和78%。研究證實(shí)，微重力對(duì)骨形成有較強(qiáng)的抑制作用[30]。另一項(xiàng)對(duì)和平號(hào)空間站飛行115天的航天員的研究顯示，在長(zhǎng)期飛行過(guò)程中骨形成生化標(biāo)志物BALP下降了36%，骨鈣素(Osteocalcin，OCN)下降了7%，骨吸收生化標(biāo)志物則增加了50%。骨質(zhì)流失可能是由于鈣攝入減少，鈣排出增加與骨吸收增加的綜合結(jié)果[31]。美、俄聯(lián)合對(duì)在和平號(hào)空間站執(zhí)行4～6個(gè)月空間飛行任務(wù)的13名航天員開(kāi)展骨重建研究，骨吸收生化標(biāo)志物在飛行中增加了75%～125%，在飛行后也增加50%～75%。骨吸收生化標(biāo)志物BSALP和OCN在飛行中沒(méi)有發(fā)生變化，但在飛行后顯著增加。研究認(rèn)為，在微重力環(huán)境下，骨吸收增加和鈣吸收減少導(dǎo)致了骨質(zhì)流失[32]。對(duì)35名在1994-2010年間在和平號(hào)空間站和國(guó)際空間站執(zhí)行任務(wù)120～180天的NASA航天員進(jìn)行的骨重建研究表明，骨吸收生化標(biāo)志物NTX在飛行期間顯著增加，骨形成生化標(biāo)志物BALP在飛行初期降低，后來(lái)則保持不變，如圖6所示。骨吸收大于骨形成，從而導(dǎo)致了航天員髖骨與腰椎骨BMD平均每月減少1.0%～1.5%[33]。

為了計(jì)算長(zhǎng)期空間飛行任務(wù)后骨重建變化，為骨質(zhì)流失恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)，美國(guó)國(guó)家空間生物醫(yī)藥研究院與NASA格林研究中心將定量CT(QCT)方法與骨重建計(jì)算模型相結(jié)合，對(duì)骨強(qiáng)度進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。NASA未來(lái)計(jì)劃將航天員送上火星，完成長(zhǎng)達(dá)三年的空間任務(wù)，這一計(jì)算模型將可用于預(yù)測(cè)在微重力環(huán)境下工作1000天的骨質(zhì)流失情況，為超長(zhǎng)期空間飛行任務(wù)骨質(zhì)流失研究奠定良好基礎(chǔ)[34]。

2 空間微重力條件對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物骨代謝影響

因航天員的數(shù)量極為有限，空間動(dòng)物搭載試驗(yàn)成為空間微重力環(huán)境對(duì)骨代謝影響研究的重要途徑。在航天飛機(jī)上的搭載實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，56天大的雄鼠在空間飛行14天，股骨末端BMD下降，肱骨與脛骨未發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)流失。骨吸收生化標(biāo)志物顯著增加，骨形成生化標(biāo)志物則沒(méi)有變化。在飛行結(jié)束后14天(與飛行時(shí)間相當(dāng))對(duì)雄鼠進(jìn)行觀察，雖然礦化和骨形成參數(shù)提示骨質(zhì)已開(kāi)始增加，但有些部位仍未能逆轉(zhuǎn)[35]。

另一項(xiàng)航天飛機(jī)15天的動(dòng)物搭載試驗(yàn)表明，小鼠的骨盆與股骨區(qū)域骨質(zhì)流失極為嚴(yán)重，大致相當(dāng)于BMD平均每月減少12%～24%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)航天員平均每月1%～2%的流失水平[36-37]。日本科學(xué)家最新研究發(fā)現(xiàn)[38]，空間微重力條件促進(jìn)青鳉魚(yú)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞中特異性基因轉(zhuǎn)錄水平急性上調(diào)。意大利航天局開(kāi)發(fā)了“小鼠抽屜系統(tǒng)”(Mice drawer system，MDS)，將野生型與多效生長(zhǎng)因子(Pleiotrophin，PTN)轉(zhuǎn)基因型小鼠放置其中，在國(guó)際空間站進(jìn)行了為期91天的動(dòng)物搭載試驗(yàn)。野生型與轉(zhuǎn)基因型小鼠均發(fā)生承重骨骨質(zhì)流失，小梁骨厚度未見(jiàn)變化但骨量減少[39]。觀察發(fā)現(xiàn)，PTN轉(zhuǎn)基因型小鼠受到微重力的負(fù)面影響少于野生型小鼠，表明PTN促進(jìn)了成骨細(xì)胞骨形成活動(dòng)，產(chǎn)生了一定的保護(hù)作用。

還有一項(xiàng)在航天飛機(jī)上進(jìn)行的12天雌鼠搭載試驗(yàn)表明，骨保護(hù)素-Fc(Osteoprotegerin，OPG)能持續(xù)抑制破骨細(xì)胞引發(fā)的骨吸收，從而有效減輕骨質(zhì)流失[40]。Blaber等對(duì)近期開(kāi)展的兩項(xiàng)長(zhǎng)期空間動(dòng)物搭載試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比分析，一項(xiàng)是為期30天的BionM1生物實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星上的雄鼠試驗(yàn)，另一項(xiàng)則是37天的國(guó)際空間站“嚙齒動(dòng)物研究計(jì)劃-1”(Rodent research 1，RR1)的雌鼠試驗(yàn)。兩個(gè)試驗(yàn)中的小鼠股骨頭均發(fā)生嚴(yán)重的骨質(zhì)流失，BionM1項(xiàng)目中的小鼠還出現(xiàn)了明顯的老化與骨質(zhì)疏松跡象，如圖7所示[41-42]。這些空間動(dòng)物搭載實(shí)驗(yàn)也表明，微重力條件可導(dǎo)致嚴(yán)重的骨質(zhì)流失，并影響骨重建過(guò)程。

3 空間微重力條件對(duì)骨組織細(xì)胞的影響

骨組織細(xì)胞主要包括骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、成骨細(xì)胞、骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞等。當(dāng)骨組織損傷或所承受的機(jī)械應(yīng)力改變時(shí)，破骨細(xì)胞首先被激活釋放能夠分解骨基質(zhì)的氫離子和水解酶，從而在骨組織表面形成骨吸收陷窩，同時(shí)，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞被募集并分化為成骨細(xì)胞[43]。成骨細(xì)胞分泌類(lèi)骨質(zhì)，與鈣和磷等礦物質(zhì)一起通過(guò)礦化過(guò)程沉積至骨陷窩中，同時(shí)，成骨細(xì)胞成熟為骨細(xì)胞，將自身包埋進(jìn)新的骨基質(zhì)中，并通過(guò)其樹(shù)突狀的結(jié)構(gòu)連接起來(lái)(圖8)。空間飛行研究表明，微重力通過(guò)影響骨組織細(xì)胞作用而抑制骨形成，促進(jìn)骨吸收，從而使骨重建失衡(圖9)。

3.1 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(Bone mesenchymal stem cells，BMSCs)是成年人骨髓中的多能干細(xì)胞，具有多向分化潛能。微重力所引起骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的功能紊亂會(huì)影響骨形成。研究表明，微重力直接影響骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期、細(xì)胞骨架、基因和蛋白表達(dá)和細(xì)胞凋亡等。目前，對(duì)真實(shí)微重力環(huán)境對(duì)BMSCs影響的研究較少，多數(shù)為模擬微重力環(huán)境下的研究，不在本文討論范圍內(nèi)。Monticone 等[45]研究發(fā)現(xiàn)微重力對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞最顯著的影響就是對(duì)其定向分化的改變。8天的空間飛行抑制了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的細(xì)胞增殖，促進(jìn)小鼠股骨和脛骨BMSCs細(xì)胞中神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因表達(dá)，但抑制細(xì)胞周期相關(guān)基因表達(dá)。發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)15天的雌鼠搭載試驗(yàn)表明，微重力環(huán)境使得骨髓腔增大，骨髓細(xì)胞增殖與分化標(biāo)志物下降，巨核細(xì)胞減少，紅細(xì)胞滯留，BMSCs分化能力明顯下降[46]。2016年4月，我國(guó)首顆微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“實(shí)踐十號(hào)”返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星成功發(fā)射，順利完成了12天的空間飛行?！皩?shí)踐十號(hào)”進(jìn)行的19項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)包括浙江大學(xué)承擔(dān)的“微重力條件下骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨細(xì)胞定向分化效應(yīng)及分子機(jī)制研究”項(xiàng)目，目的是研究空間微重力環(huán)境BMSCs分化為成骨細(xì)胞潛能的變化，以及微重力影響B(tài)MSCs成骨分化的細(xì)胞信號(hào)通路[47]。

3.2 成骨細(xì)胞

成骨細(xì)胞作為骨形成的主要功能細(xì)胞，負(fù)責(zé)骨基質(zhì)的合成、分泌與礦化，在維持骨重建平衡中發(fā)揮重要作用。微重力會(huì)改變成骨細(xì)胞形態(tài)，抑制成骨細(xì)胞增殖、分化，使其凋亡增加，微觀上表現(xiàn)為細(xì)胞增殖相關(guān)基因表達(dá)下調(diào)，分化相關(guān)基因表達(dá)下調(diào)，膠原Ⅰ蛋白、骨鈣蛋白和骨骼生長(zhǎng)因子含量減少[48-49]。通過(guò)觀察在國(guó)際空間站短暫飛行10天后的成骨細(xì)胞，可以發(fā)現(xiàn)成骨細(xì)胞形態(tài)發(fā)生明顯改變，如細(xì)胞變圓變大、形態(tài)不規(guī)則、細(xì)胞質(zhì)變大、細(xì)胞骨架變細(xì)等。研究認(rèn)為，微重力條件下微管蛋白體積密度顯著降低，很難組裝形成有序的微管結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞骨架損傷，使成骨細(xì)胞表面形態(tài)變得不規(guī)則[50]。Landis等[51]將從不同年齡雞胚胎顱骨分離的原代成骨細(xì)胞搭載于奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)(STS-59)上，空間飛行5 d后，I型膠原(Type I collagen，Col I)和OCN的表達(dá)顯著下降，表明，空間飛行減慢了成骨細(xì)胞分化的進(jìn)程。Carmeliet等[52]使用MG-63成骨樣細(xì)胞系得到了相似的結(jié)論。目前研究表明，失重環(huán)境下成熟成骨細(xì)胞數(shù)量減少，成骨細(xì)胞活性下降，分化能力下降導(dǎo)致骨形成減少是引起失重性骨質(zhì)流失的重要原因之一[53-54]。

3.3 骨細(xì)胞

骨細(xì)胞是成熟骨組織中含量最豐富的細(xì)胞類(lèi)型，占骨組織細(xì)胞的90～95%。研究表明骨細(xì)胞是骨組織感知與響應(yīng)力學(xué)刺激的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)[55]。骨細(xì)胞對(duì)力學(xué)刺激很敏感，是骨組織最重要的力學(xué)感受器之一[56-57]，可能會(huì)在感知與響應(yīng)微重力中起重要作用。返回式衛(wèi)星Bion-11空間搭載飛行 14天后，猴子髂骨中一些年輕的骨細(xì)胞激活了適應(yīng)性骨重建過(guò)程中膠原蛋白的生物合成[58]。大鼠經(jīng)過(guò)12.5天的空間飛行后，與地面對(duì)照組相比，皮質(zhì)骨骨膜中的骨細(xì)胞功能退化[59]；經(jīng)過(guò)兩周的SLS-2空間飛行后，在骨礦物質(zhì)吸收增強(qiáng)區(qū)域，成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞發(fā)生破壞[60]。近年來(lái)，中、美聯(lián)合開(kāi)發(fā)了基于骨細(xì)胞生存能力的小梁骨重建(Osteocyte-viability-based trabecular bone remodeling，OVBR)模型，為定量分析微重力環(huán)境下的航天員或長(zhǎng)期臥床試驗(yàn)人員的小梁骨骨質(zhì)流失與顯微結(jié)構(gòu)退化提供了有效的工具[61]。

3.4 破骨細(xì)胞

在骨重建過(guò)程中，骨形成和骨吸收緊密聯(lián)系，破骨細(xì)胞負(fù)責(zé)骨吸收[62]。一般認(rèn)為，短期曝露于微重力環(huán)境中，破骨細(xì)胞的功能沒(méi)有較大的改變，即骨吸收功能未受失重的影響。經(jīng)過(guò)17天的空間飛行，大鼠盆骨和胸椎骨中，成骨細(xì)胞數(shù)量減少，而破骨細(xì)胞的數(shù)量沒(méi)有變化[63]。搭載于生物實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“Cosmos-1129”上的Wistar大鼠經(jīng)過(guò)18.5天的軌道飛行后，體內(nèi)的破骨細(xì)胞數(shù)量未發(fā)生變化。但也有報(bào)道稱(chēng)微重力環(huán)境影響破骨細(xì)胞形成及其骨吸收能力。蠑螈在生物試驗(yàn)衛(wèi)星“Cosmos-2229”上飛行20天后，長(zhǎng)骨骨內(nèi)膜表面的骨吸收活動(dòng)被激活[64]。在航天飛機(jī)上進(jìn)行的15天飛行試驗(yàn)研究表明,微重力下破骨細(xì)胞成倍增長(zhǎng)，成熟多核破骨細(xì)胞數(shù)量增加53.8%，骨吸收生化標(biāo)志物TRAP-5b血漿抗酒石酸酸性磷酸酶(Tartrate resistant acid phosphatase，TRAP)增加9.35%[36, 42]。由破骨前體細(xì)胞Raw264.7細(xì)胞誘導(dǎo)而來(lái)的破骨細(xì)胞搭載于Foton M3衛(wèi)星飛行后，與地面對(duì)照組相比，離散的骨吸收陷窩總數(shù)增加[65]。在Fonton M3衛(wèi)星上開(kāi)展的三項(xiàng)破骨細(xì)胞試驗(yàn)表明，微重力環(huán)境下破骨成熟與活性相關(guān)基因成倍增長(zhǎng)[66]。中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心等多家單位共同研究發(fā)現(xiàn)，在微重力環(huán)境下，破骨細(xì)胞分泌富含microRNA的外泌體，其中小核酸分子(microRNA-214)會(huì)轉(zhuǎn)移至成骨細(xì)胞，抑制成骨細(xì)胞的功能，并且通過(guò)兩種蛋白ephrinA2和EphA2之間的相互作用，外泌體特異性地識(shí)別成骨細(xì)胞，抑制成骨細(xì)胞活性，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松的發(fā)生，如圖10所示[67]。

4 “空間生物實(shí)驗(yàn)?zāi)M技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室”

開(kāi)展的微重力對(duì)骨代謝影響的研究進(jìn)展

由于空間飛行實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)少、費(fèi)用高、條件難控制。因此，研制地基模擬失重條件平臺(tái)，并利用地基平臺(tái)開(kāi)展預(yù)先研究是非常必要的。依托西北工業(yè)大學(xué)的“空間生物實(shí)驗(yàn)?zāi)M技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室”，建立了國(guó)內(nèi)唯一的長(zhǎng)時(shí)間新型模擬失重技術(shù)平臺(tái)——抗磁懸浮模擬失重平臺(tái)[68-69](圖11)。作者所在研究團(tuán)隊(duì)利用該平臺(tái)開(kāi)展了骨組織細(xì)胞相關(guān)研究，結(jié)果表明：抗磁懸浮模擬失重影響了成骨細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞骨架、增殖及粘附功能和細(xì)胞骨架相關(guān)基因的變化[70-72]，影響了骨細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞骨架以及能量代謝相關(guān)基因表達(dá)[73-74](圖12)，促進(jìn)了破骨細(xì)胞的分化[75]。部分結(jié)果與真實(shí)空間飛行結(jié)果一致，提示該平臺(tái)可以用于地面模擬失重條件的研究，為空間飛行研究提供很好的前期實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

5 結(jié)論與展望

隨著載人航天事業(yè)的迅速發(fā)展，空間飛行中所面對(duì)的空間環(huán)境對(duì)人體健康的影響引起越來(lái)越多的關(guān)注。其中空間微重力環(huán)境引起的骨質(zhì)流失，位列影響航天員身體健康的各種風(fēng)險(xiǎn)因素之首，制約著人類(lèi)進(jìn)行深空探索。骨是一種動(dòng)態(tài)更新的組織，它持續(xù)不斷地進(jìn)行著骨吸收和骨形成的骨重建平衡，骨重建過(guò)程對(duì)力學(xué)刺激的變化非常敏感?？臻g飛行實(shí)驗(yàn)表明：微重力環(huán)境引起航天員承重骨骨密度下降、骨形成標(biāo)志物下降而骨吸收標(biāo)志物上升；微重力條件影響實(shí)驗(yàn)動(dòng)物承重骨骨量及骨重建過(guò)程，導(dǎo)致嚴(yán)重的骨質(zhì)流失。此外，微重力條件影響了骨組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能，主要表現(xiàn)為：微重力條件抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞及成骨細(xì)胞分化能力，抑制骨細(xì)胞功能，增強(qiáng)破骨細(xì)胞分化及骨吸收能力，并促使破骨細(xì)胞分泌富含microRNA的外泌體，抑制成骨細(xì)胞的功能。盡管目前已有部分研究闡明微重力對(duì)骨組織細(xì)胞功能的影響及作用機(jī)制，但由于空間飛行機(jī)會(huì)少、費(fèi)用高、條件難控制，此外由于骨組織細(xì)胞的多樣性及細(xì)胞間相互作用的復(fù)雜性，其作用機(jī)制仍需要深入細(xì)致的研究。尚需研發(fā)更多新型地面模擬平臺(tái)并開(kāi)展相應(yīng)的研究，同時(shí)需要更多真實(shí)空間飛行機(jī)會(huì)的進(jìn)一步驗(yàn)證。

[1] Pivonka P, Zimak J, Smith D W, et al. Theoretical investigation of the role of the RANK- RANKL- OPG system in bone remodeling [J]. J Theor Biol, 2010, 262(2): 306-316.

[2] Sibonga J D. Effect of microgravity on bones: challenges to addressing risks to human health and performance [C]. Endocrine Grand Rounds, McGuire Veterans Affairs, 2014, Richmond, VA, United States.

[3] LeBlanc A D, Spector E R, Evans H J, et al. Skeletal responses to space flight and the bed rest analog：a review [J]. J Musculoskelet Neuronal Interact, 2007, 7(1): 33-47.

[4] Nagaraja M P, Risin D. The current state of bone loss research: data from spaceflight and microgravity simulators [J]. J Cell Biochem, 2013, 114(5): 1001-1008.

[5] Smith S M, Abrams S A, Davis-Street J E, et al. Fifty years of human space travel: implications for bone and calcium research [J]. Annu Rev Nutr, 2014, 34:377-400.

[6] LeBlanc A, Schneider V, Shackelford L, et al. Bone mineral and lean tissue loss after long duration space flight [J]. J Musculoskelet Neuronal Interact, 2000, 1(2): 157- 160.

[7] Sibonga J. Spaceflight- induced bone loss: is there a risk for accelerated osteoporosis after return? [C]. Space Physiology, Galveston, TX, United States, 2008.

[8] Cavanagh P R, Licata A A, Rice A J. Bone loss in long-duration spaceflight: measurements and countermeasures [J]. Gravit Space Biol Bull, 2005, 18(2):39-58.

[9] Collet P, Uebelhart D, Vico L, et al. Effects of 1-and 6-month spaceflight on bone mass and biochemistry in two humans [J]. Bone, 1997, 20(6): 547-551.

[10] Kozlovskaya I B, Grigoriev A I. Russian system of countermeasures on board of the International Space Station (ISS): the first results [J]. Acta Astronautica, 2004, 55(3): 233-237.

[11] Lang T, Leblanc A, Evans H, et al. Cortical and trabecular bone mineral loss from the spine and hip in long-duration spaceflight [J]. J Bone Miner Res, 2004, 19(6):1006-1012.

[12] Alleyne C W. International space station and the science of microgravity [C]. National Institute of Higher Education Public Lecture, Trinidad and Tobago, 2011.

[13] Ellman R, Sibonga J, Bouxsein M. Male astronauts have greater bone loss and risk of hip fracture following long duration spaceflights than females [C]. American Society of Bone Mineral Research, Toronto, Canada, 2010.

[14] LeBlanc A, Matsumoto T, Jones J A, et al. Bisphosphonates as a countermeasure to space flight induced bone loss [C]. Aerospace Medicine, Technical Report.

[15] Sibonga J D. Spaceflight-induced changes to bone [C]. Space Life Sciences Summer Institute, Houston, TX, United States, 2015.

[16] Ruggiu A, Cancedda R. Bone mechanobiology, gravity and tissue engineering: effects and insights [J]. J Tissue Eng Regen Med, 2015, 9(12): 1339-1351.

[17] Zhao Q, Li W, Li C, et al. A statistical method (cross-validation) for bone loss region detection after spaceflight [J]. Australas Phys Eng Sci Med, 2010, 33(2): 163-169.

[18] Sibonga J D, Cavanagh P R. Adaptation of the skeletal system during long-duration spaceflight [J]. Clin Rev Bone Miner Metab, 2007, 5(4): 249- 261.

[19] Lang T F, Leblanc A D, Evans H J, et al. Adaptation of the proximal femur to skeletal reloading after long-duration spaceflight [J]. J Bone Miner Res, 2006, 21(8):1224-1230.

[20] Lewandowski B E, Myers J G, Nelson E S, et al. Risk assessment of bone fracture during space exploration missions to the moon and mars [J]. Clin Orthop Relat Res, 2007, 466(1):81-89.

[21] Lewandowski B, Myers J, Licata A. Probabilistic risk assessment for astronaut post flight bone fracture [C]. NASA Human Research Program Investigators' Workshop Integrated Pathways to Mars, Galveston, TX, United States, 2015.

[22] Sibonga J, Amin S. Epidemiologic analyses of risk factors for bone loss and recovery related to long-duration space flight [C]. 2010 NASA Human Research Program Investigators' Workshop, Houston, TX, United States, 2010.

[23] Amin S, Achenbach S, Atkinson E, et al. Bone density following long duration space flight and recovery [J]. J Bone Miner Res, 25: S193-S193, 2010.

[24] Amin S, Achenbach S J, Atkinson E J, et al. Bone density following three years of recovery from long-duration space flight [C]. 18th Humans in Space Symposium, Houston, TX, United States, 2011.

[25] Sibonga J D, Evans H J, Sung H G, et al. Recovery of spaceflight- induced bone loss: bone mineral density after long-duration missions as fitted with an exponential function [J]. Bone, 2008, 41(6): 973-978.

[26] Amin S. Mechanical factors and bone health: effects of weightlessness and neurologic injury [J]. Current Rheumatology Reports, 2010, 12(3): 170- 176.

[27] Sibonga J D. Space: the final frontier of bone density [C]. ISCD (International Society for Clinical Densitometry) 17th Annual Meeting, Miami, FL, United States, 2011.

[28] Williams D, Kuipers A, Mukai C, et al. Acclimation during space flight: effects on human physiology [J]. Canadian Medical Association Journal, 2009, 180(13):1317-1323.

[29] Smith S M, Heer M. Calcium and bone metabolism during spaceflight[J]. nutrition, 2002, 18(10): 849-852.

[30] Caillot-Augusseau A, Lafage-Proust M H, Soler C, et al. Bone formation and desorption biological markers in cosmonauts during and after a 180-day space flight (Euromir 95) [J]. Clinical Chemistry, 1998, 44(3): 578-585.

[31] Smith S M, Wastney M E, Morukov B V, et al. Calcium metabolism before, during, and after a 3-mo spaceflight: kinetic and biochemical changes[J]. Am J Physiol, 1999, 277(1Pt2): R1- 10.

[32] Smith S M, Wastney M E, O'Brien K O, et al. Bone markers, calcium metabolism, and calcium kinetics during extended-duration space flight on the mir space station[J]. J Bone Miner Res, 2005, 20(2): 208-218.

[33] Orwoll E S, Adler R A, Amin S, et al. Skeletal health in long-duration astronauts：nature, assessment, and management recommendations from the NASA bone summit [J]. J Bone Miner Res, 2013, 28(6): 1243-1255.

[34] Chang K L, Pennline J A. Predicting bone mechanical state during recovery after long- duration skeletal unloading using QCT and finite element modeling [M]. NASA/TM-2013-217842.

[35] Lafage-Proust M H, Collet P, Dubost J M, et al. Space-related bone mineral redistribution and lack of bone mass recovery after reambulation in young rats [J]. Am J Physiol, 1998, 274(2Pt 2):R324-334.

[36] Blaber E A, Dvorochkin N, Lee C, et al. Microgravity induces pelvic bone loss through osteoclastic activity, osteocytic osteolysis, and osteoblastic cell cycle inhibition by CDKN1a/p21 [J]. PLoS One, 2013, 8(4):e61372.

[37] Grimm D, Grosse J, Wehland M, et al. The impact of microgravity on bone in humans [J]. Bone, 2016, 87:44-56.

[38] Chatani M, Morimoto H, Takeyama K, et al. Acute transcriptional up-regulation specific to osteoblasts/osteoclasts in medaka fish immediately after exposure to microgravity [J]. Sci Rep, 2016, 6:39545.

[39] Tavella S, Ruggiu A, Giuliani A, et al. Bone turnover in wild type and pleiotrophin- transgenic mice housed for three months in the International Space Station (ISS) [J]. PLoS one, 2012, 7(3): e33179.

[40] Lloyd S A, Morony S E, Ferguson V L, et al. Osteoprotegerin is an effective countermeasure for spaceflight-induced bone loss in mice [J]. Bone, 2015, 81: 562-572.

[41] Blaber E A, Cheng-Campbell, M A, Almeida E A C. Femoral head bone loss following short and long-duration spaceflight [C]. Annual Meeting of the American Society for Gravitational and Space Research (ASGSR) Cleveland, United States, Oct 26-29. 2016.

[42] Cheng-Campbell M A, Blaber E A, Almeida E A C. Change in mouse bone turnover in response to microgravity on RR-1 [C]. Annual Meeting of the American Society for Gravitational and Space Research (ASGSR) Cleveland, United States, Oct 26-29. 2016.

[43] Hadjidakis D J, Androulakis I I. Bone remodeling [J]. Ann N Y Acad Sci, 2006, 1092(1): 385-396.

[44] Shang P, Zhang J, Qian A R, et al. Bone cells under microgravity [J]. J Mech Med Biol, 2013, 13(5): 1340006.

[45] Monticone M, Liu Y, Pujic N, et al. Activation of nervous system development genes in bone marrow derived mesenchymal stem cells following spaceflight exposure [J]. J Cell Biochem, 2010, 111(2): 442-452.

[46] Blaber E A, Dvorochkin N, Torres ML, et al. Mechanical unloading of bone in microgravity reduces mesenchymal and hematopoietic stem cellmediated tissue regeneration [J]. Stem Cell Res, 2014, 13(2):181-201.

[47] 厚美瑛，張文俊，張海，等.SJ-10衛(wèi)星空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目其他實(shí)驗(yàn)任務(wù)簡(jiǎn)介[J]. 力學(xué)與實(shí)踐, 2016, 38(2): 225-227.[Hou Mei-ying, Zhang Wen-jun, Zhang Hai, et al. Brief introduction of space scientific experiments and other task on SJ-10 satellite [J]. Mechanics and Engineering, 2016, 38(2): 225-227.]

[48] Hughes-Fulford M. Physiological effects of microgravity on osteoblast morphology and cell biology [J]. Adv Space Biol & Med, 2002, 8(3): 129- 157.

[49] 徐沁, 張麗君, 王永春, 等.失重或模擬失重對(duì)骨形成影響的研究進(jìn)展[J].解放軍醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào), 2015,36(3):291-293. Xu Qin, Zhang Li-jun, Wang Yong-chun, et al. Advances in effects of weightlessness or simulated weightlessness on bone formation [J]. Academic Journal of Pla Postgraduate Medical School, 2015, 36(3):291-293.

[50] Kapitonova M Y, Salim N, Othman S, et al. Alteration of cell cytoskeleton and functions of cell recovery of normal human osteoblast cells caused by factors associated with real space flight [J]. Malays J Pathol, 2013, 35(2): 153-163.

[51] Landis W J, Hodgens K J, Block D, et al. Spaceflight effects on cultured embryonic chick bone cells [J]. J Bone Miner Res, 2000, 15(6): 1099-1112.

[52] Carmeliet G, Nys G, Bouillon R. Microgravity reduces the differentiation of human osteoblastic MG‐63 cells [J]. J Bone Miner Res, 1997, 12(5): 786-794.

[53] Vico L, Collet P, Guignandon A, et al. Effects of long-term microgravity exposure on cancellous and cortical weight-bearing bones of cosmonauts [J]. The Lancet, 2000, 355(9215): 1607-1611.

[54] Zheng Q, Huang G, Yang J, et al. Could the effect of modeled microgravity on osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells be reversed by regulation of signaling pathways? [J]. Biological chemistry, 2007, 388(7): 755-763.

[55] Bonewald L F. Mechanosensation and transduction in osteocytes [J]. Bonekey Osteovision, 2006, 3(10): 7-15.

[56] Burger E H, Klein-Nulend J. Mechanotransduction in bone-role of the lacuno- canalicular network [J]. FASEB J, 1999, 13(9001): S101-S112.

[57] Bonewald L F. Osteocytes as dynamic multifunctional cells [J]. Ann N Y Acad Sci, 2007, 1116(1): 281-290.

[58] Rodionova N, Oganov V, Zolotova N. Ultrastructural changes in osteocytes in microgravity conditions [J]. Adv Space Res, 2002, 30(4): 765-770.

[59] Doty S B, Morey-Holton E R, Durnova G N, et al. Cosmos 1887: morphology, histochemistry, and vasculature of the growing rat tibia [J]. FASEB J, 1990, 4(1): 16-23.

[60] Rodionova N, Polkovenko O, Oganov V. Interactions of cells in zones of bone resorption under microgravity and hypokinesia [J]. J Gravit Physiol, 2004, 11(2): 147-151.

[61] Wang H, Ji B , Liu X S. Osteocyte-viability-based simulations of trabecular bone loss and recovery in disuse and reloading [J]. Biomech Model Mechanobiol, 2014, 13(1): 153-166.

[62] Li Z, Kong K, Qi W, Osteoclast and its roles in calcium metabolism and bone development and remodeling [J]. Biochem Biophys Res Commun, 2006, 343(2): 345-350.

[63] Zerath E, Holy X, Roberts S G, et al. Spaceflight inhibits bone formation independent of corticosteroid status in growing rats [J]. J Bone Miner Res, 2000, 15(7): 1310-1320.

[64] Berezovska O P, Rodionova N V, Grigoryan E N, et al. Changes in the numbers of osteoclasts in newts under conditions of microgravity [J]. Adv Space Res, 1998, 21(8): 1059-1063.

[65] Nabavi N, Khandani A, Camirand A, et al. Effects of microgravity on osteoclast bone resorption and osteoblast cytoskeletal organization and adhesion [J]. Bone, 2011, 49(5): 965-974.

[66] Tamma R, Colaianni G, Camerino C, et al. Microgravity during spaceflight directly affects in vitro osteoclastogenesis and bone resorption [J]. FASEB J, 2009, 23(8): 2549-2554.

[67] Sun W, Zhao C, Li Y, et al. Osteoclast-derived microRNA-containing exosomes selectively inhibit osteoblast activity [J]. Cell Discov, 2016, 2(4),16015.

[68] Qian A R, Ying D C, Yang P F, et al, Development of a ground-based simulated experimental platform for gravitational biology [J]. IEEE T Appl Supercon, 2009, 19(2): 42-46.

[69] Qian A R, Yin D C, Yang P F, et al. Application of diamagnetic levitation technology in biological sciences research[J]. IEEE T Appl Supercon, 2013, 23(1): 3600305.

[70] Qian A R, Zhang W, Weng Y, et al. Gravitational environment produced by a superconducting magnet affects osteoblast morphology and functions [J]. Acta Astronaut, 2008, 63(7-10): 929-946.

[71] Qian A R, Yang P F, Hu L F, et al. High magnetic gradient environment causes alterations of cytoskeleton and cytoskeleton- associated genes in human osteoblasts cultured in vitro [J]. Adv. Space Res, 2010, 46(6): 687-700.

[72] Qian A R, Di S M, Gao X, et al. CDNA microarray reveals the alterations of cytoskeleton- related genes in osteoblast under high magneto- gravitational environment [J]. Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai), 2009, 41(7):561-577.

[73] Qian A R, Wang L, Gao X, et al. Diamagnetic levitation causes changes in the morphology, cytoskeleton, and focal adhesion proteins expression in osteocytes [J]. IEEE Trans Biomed Eng, 2012, 59(1): 68-77.

[74] Wang Y, Chen Z H, Yin C, et al. Genechip expression profiling reveals the alterations of energy metabolism related genes in osteocytes under large gradient high magnetic fields [J]. Plos One, 2015, 10 (1): e0116359.

[75] Sun Y L, Chen Z H, Chen X H, et al. Diamagnetic levitation promotes osteoclast differentiation from RAW264.7 cells [J]. IEEE Trans Biomed Eng, 2015, 62(3): 900-908.

通信地址：陜西省西安市友誼西路127號(hào)(710072)

電話：(029)88491840

E-mail：maiozp@nwpu.edu.cn

騫愛(ài)榮(1972-)，女，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事空間生物學(xué)、航天醫(yī)學(xué)以及航空航天系統(tǒng)工程研究。本文通信作者。

通信地址：陜西省西安市友誼西路127號(hào)(710072)

電話：(029)88491840

E-mail：qianair@nwpu.edu.cn

(編輯：張宇平)

Advances in Research on Effects of Space Microgravity on Bone Metabolism

MIAO Zhi-ping, QIU Wu-xia, MA Xiao-li, QIAN Ai-rong

(Bone Metabolism Lab, Key Lab for Space Bioscience and Biotechnology, School of Life Science,Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072,China)

This article not only describes the research on the effects of the space microgravity environment on astronauts’ bone metabolism at home and abroad, but also summarizes the space flight experiment results from the lab animals and bone cells as well as the possible mechanism of the microgravity-induced bone loss. Moreover, this paper introduces some bone metabolism results using a novel simulated microgravity model, a diamagnetic levitation platform, and proposes to develop much more novel microgravity simulated platforms to further carry out bone metabolism research as well as much more space flight chances to verify the results from the simulated models in future, which provides a reference for space biomedical study in China.

Microgravity; Space flight; Bone loss; Bone metabolism; Bone cells

2017-01-23;

2017-02-13

國(guó)家自然科學(xué)基金(31570940)；教育部新世紀(jì)人才支持計(jì)劃(NCET-12-0469)

V7

A

1000-1328(2017)03-0219-11

10.3873/j.issn.1000-1328.2017.03.001

苗治平(1963-)，女，學(xué)士，副主任醫(yī)師，主要從事特殊環(huán)境醫(yī)學(xué)效應(yīng)，航空航天系統(tǒng)工程。