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(duì)于我們這些普通人來(lái)說(shuō)，到地球之外的地方旅行如今看來(lái)很可能成真。

確實(shí)，目前一張前往國(guó)際空間站的機(jī)票售價(jià)高達(dá)5 500萬(wàn)美元。然而從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，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(lái)趟旅行不再像是幻想中的愿景宣言。

然而，讓人類(lèi)安全地去往太空僅僅是第一步。讓人類(lèi)去往太空，再健康地回來(lái)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(shí)就已經(jīng)知道，太空旅行會(huì)嚴(yán)重傷害人類(lèi)身體。在太空中，人類(lèi)的心臟和血管會(huì)變硬，患癌的風(fēng)險(xiǎn)大增，免疫系統(tǒng)出現(xiàn)紊亂，大腦緩慢地衰退，具體過(guò)程與衰老相似。人類(lèi)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(huì)逐漸恢復(fù)正常；但其他的影響會(huì)繼續(xù)存在。我們?nèi)匀徊淮_定哪些健康問(wèn)題會(huì)長(zhǎng)期存在。

然而，有一點(diǎn)是清楚的：為了不斷推進(jìn)太空旅行的前線(xiàn)疆域，我們需要卓有成效的對(duì)策。假如說(shuō)早已有一個(gè)對(duì)策的話(huà)，那又如何呢？

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

“我們開(kāi)始質(zhì)問(wèn)，在太空之中，人體中是否發(fā)生某種普遍機(jī)制……”論文的第一作者阿富辛?貝赫什提（Afshin Beheshti）博士說(shuō)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(xiàn)粒體調(diào)控出了問(wèn)題，害得身體到處都不正常?！?/p>

這是個(gè)絕好的消息。因?yàn)榫€(xiàn)粒體對(duì)于健康起支配作用，我們?cè)缫延懈鞣N各樣的、獲得FDA批準(zhǔn)的藥物和營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑來(lái)支持線(xiàn)粒體的功能。然而，就像對(duì)抗衰老一樣，抗擊一個(gè)生物學(xué)上的對(duì)手也許不足以逆轉(zhuǎn)太空旅行中的所有健康問(wèn)題。但這肯定是一個(gè)很好的起點(diǎn)。

太空人健康的大數(shù)據(jù)

這項(xiàng)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?yàn)室（GeneLab）平臺(tái)。

基因?qū)嶒?yàn)室平臺(tái)結(jié)合了當(dāng)代科學(xué)的兩個(gè)潮流（大數(shù)據(jù)和開(kāi)源），形成一個(gè)規(guī)模龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，范圍涵蓋了動(dòng)物研究到人類(lèi)自身。作者解釋說(shuō)，通過(guò)使用大數(shù)據(jù)，可以在分子水平上尋找人類(lèi)身體應(yīng)對(duì)太空飛行而出現(xiàn)的關(guān)鍵變化?！斑@些知識(shí)可以用來(lái)設(shè)計(jì)出有效的對(duì)策，這會(huì)讓宇航員獲益，也會(huì)促進(jìn)地球上人類(lèi)的健康?！闭撐淖髡邔?xiě)道。

首先，研究者輸入了59名宇航員的健康數(shù)據(jù)和來(lái)自數(shù)百份進(jìn)入過(guò)太空的組織樣本的數(shù)據(jù)。這個(gè)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(shuō)，團(tuán)隊(duì)能夠分析太空飛行時(shí)基因如何打開(kāi)或合上（被稱(chēng)為表觀遺傳學(xué)），這讓人能一窺細(xì)胞的哪個(gè)過(guò)程在太空中有改變。這類(lèi)似于試圖在眼盲時(shí)分析城市的交通形態(tài)，但卻掌握著關(guān)于車(chē)輛、移動(dòng)方式、車(chē)輛所走路線(xiàn)、車(chē)速有多快的豐富信息，對(duì)于交通該如何運(yùn)行不帶任何先入之見(jiàn)。

以這種方式，團(tuán)隊(duì)能夠?qū)?xì)胞的生物學(xué)運(yùn)輸進(jìn)行一次不帶偏見(jiàn)的資料挖掘。此舉獲得了回報(bào)。不管他們是在研究暴露于太空的人類(lèi)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(gè)因素不斷跳脫出來(lái)：那便是線(xiàn)粒體。

“我無(wú)比驚訝地看到線(xiàn)粒體如此重要，因?yàn)樗鼈冞^(guò)去不在我們的雷達(dá)上，不是我們的觀察對(duì)象?！必惡帐蔡嵴f(shuō)道，“我們觀察了肝臟出現(xiàn)的問(wèn)題，看到問(wèn)題是由線(xiàn)粒體相關(guān)路徑導(dǎo)致的。我們又觀察了眼睛里的問(wèn)題，看到相同的路徑。到了這時(shí)候，我們才有興趣去更深入地審視一番。”

線(xiàn)粒體樞紐

線(xiàn)粒體和任何一家工廠(chǎng)一樣，在生成能量時(shí)，會(huì)排放“污染物”到細(xì)胞里。這些會(huì)造成損害的分子通常很快就被中和——想想碳捕集的過(guò)程就能明白。但隨著我們的衰老，線(xiàn)粒體的內(nèi)部運(yùn)作開(kāi)始出現(xiàn)故障，導(dǎo)致工廠(chǎng)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(guò)程——某種程度上的加速衰老。團(tuán)隊(duì)在太空飛行過(guò)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(xiàn)粒體問(wèn)題的跡象。論文作者解釋?zhuān)S著能量工廠(chǎng)的崩潰，細(xì)胞有時(shí)嘗試過(guò)度補(bǔ)償，就像向一家受損的核設(shè)施施壓。這反過(guò)來(lái)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(tuán)隊(duì)為了測(cè)試?yán)碚?，又借助了NASA孿生子研究項(xiàng)目的數(shù)據(jù)，該項(xiàng)目的研究對(duì)象是宇航員馬克?凱利和斯科特?凱利這對(duì)孿生兄弟。這個(gè)開(kāi)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(cè)試，從遺傳學(xué)測(cè)試到體液樣本測(cè)試，不一而足。團(tuán)隊(duì)查看了這對(duì)孿生兄弟的線(xiàn)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(duì)那些線(xiàn)粒體釋放出的污染物的中和能力——這些污染物對(duì)于長(zhǎng)期太空飛行的人而言是危險(xiǎn)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(jí)活躍的狀態(tài)，出現(xiàn)了受損線(xiàn)粒體蓄積于血液和尿液的跡象。

但線(xiàn)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(shí)睡眠、進(jìn)食和醒來(lái)，團(tuán)隊(duì)如此說(shuō)道。更加奇怪的是線(xiàn)粒體與嗅覺(jué)的聯(lián)系，嗅覺(jué)在太空中往往會(huì)降低。此前的研究表明，在地球上，細(xì)胞內(nèi)的能量工廠(chǎng)（線(xiàn)粒體）與心臟問(wèn)題、血管問(wèn)題以及其他多個(gè)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(gè)樞紐支配一切？

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

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

然而，這個(gè)研究仍然是技術(shù)上的杰作，也是一次大勝利。如果線(xiàn)粒體失能是主要原因之一，那么我們?cè)缫呀?jīng)知道如何去對(duì)抗。一個(gè)減緩或約束線(xiàn)粒體問(wèn)題的方案是通過(guò)飲食。線(xiàn)粒體這個(gè)能量工廠(chǎng)需要食物才能制造能量，于是太空旅行者攝入何種食物會(huì)影響他的健康。研究團(tuán)隊(duì)說(shuō)，“營(yíng)養(yǎng)線(xiàn)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(lài)一些早已能獲得的、能支持線(xiàn)粒體功能的混合藥物。一個(gè)最有說(shuō)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(lái)對(duì)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(lái)說(shuō)，最容易實(shí)現(xiàn)的事就是在太空中用動(dòng)物和細(xì)胞模型來(lái)測(cè)試這些藥物?！必惡帐蔡嵴f(shuō)道。

資料來(lái)源 singularityhub.com