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2024 年 6 月,生物世界报道 Nature 系列论文。SpaceX 灵感 4 号等任务显示太空飞行影响健康。该系列论文包括 100 多家机构绘制 SOMA 图谱,分析诸多任务数据。旗舰论文指出短期飞行引发分子变化,部分持续。其他论文介绍了灵感 4 号任务情况及对免疫系统影响等,还涵盖多方面内容。研究人员认为利用这些可加速太空医学发展,为未来任务提供数据。论文链接:https://www.nature.com/immersive/d42859-024-00009-8/index.html 。
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2021年9月15日,SpaceX公司发射了灵感4号(Inspiration4)载人龙飞船,4名非职业的平民宇航员在没有专业宇航员带领的情况下,在地球上空590公里的高度进行了为期3天的绕地飞行,这也是首次完全商业化的绕地球飞行。
人们已知太空飞行会引发宇航员的分子、细胞和生理变化,给人体带来各种生物医学挑战。随着越来越多的人探索太空,了解与太空暴露有关的健康风险对于准备长时间的、月球甚至可能的火星任务十分重要。
然而,当前的航天医学框架滞后于地球上的精准医疗进步,这凸显出快速发展太空医学数据库、工具和方案的必要。
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2024年6月11日,Nature 及其子刊发表了关于太空飞行如何影响人类生物学的“空间组学和医学图谱”(Space Omics and Medical Atlas,SOMA)系列论文,其中收集分析的样本来自包括SpaceX灵感4号(Inspiration4)的首次全平民飞行任务,以及在国际空间站度过180天或1年的宇航员。
这些研究为太空飞行的健康影响提供了长期的视角,这也是目前最大的航空航天医学和空间生物学资料汇编。
Inspiration4 标志着人类航天史上第一次所有宇航员都是平民的轨道载人太空飞行任务。Inspiration4任务由 Jared Isaacman 出资,作为圣裘德儿童研究医院的慈善筹款活动,目标是筹集 2 亿美元用于帮助研究和对抗儿童癌症;为了实现这个目标,艾萨克曼个人捐赠了 1 亿美元。四人机组由四名平民组成,他们以前从未去过太空。
由于艾萨克曼的 Inspiration4 使命的主要目标是激励人们,因此该使命有四个使命支柱:领导力、繁荣、希望和慷慨。正因为如此,艾萨克曼决定与圣犹达大学合作,让他们帮助寻找合适的希望席位候选人。艾萨克曼表示,船员们不能只是“钓鱼伙伴”,每个成员都必须代表这些使命支柱之一,以激励后代。
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Inspiration4 宇航员还负责在为期三天的任务中进行科学研究。由于这四名宇航员到达的轨道高度将是 1999 年以来人类最高的,他们将比国际空间站 (ISS) 上的宇航员暴露在更多的辐射下。宇航员将收集研究级心电图活动、运动、睡眠、心率和节律、血氧饱和度、机舱噪音和光强度数据。团队还将收集有关体内分子过程的数据,以及它们在整个太空飞行过程中的变化情况。由于 Hayley Arceneaux 将成为第一个带假肢进入太空的人,她将测试一个测试床。根据结果,这可能会导致 NASA 宇航员被允许佩戴假肢。
在这一系列研究中,100多家学术机构的合作绘制了“空间组学和医学图谱”(SOMA),利用分子生物学和精准医学的现代工具和方法,汇集并分析了包括SpaceX的灵感4号、北极星黎明(Polaris Dawn)、公理任务(Axiom)、NASA双胞胎任务(NASA Twins)和日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的任务数据,报告了太空飞行对细胞、组织、个体和系统水平的影响,还绘制女性和男性对太空飞行的反应差异,并将特定的对策与每位宇航员联系起来。
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中间为SpaceX创始人伊隆·马斯克,其余4人为参加灵感4号飞行任务的4位平民宇航员
在 Nature 发表的一篇旗舰论文中,研究团队给出了SOMA资源的详细指南,他们发现,SpaceX的灵感4号任务进行的短期低地轨道太空飞行带来了广泛的分子变化,其中一些与长期飞行的效果一致。这些变化包括细胞因子水平升高、端粒延长,以及免疫激活、DNA受损反应和氧化应激的基因表达改变。虽然超过95%的标志物在任务结束几个月里恢复到基线水平,但有些蛋白质、基因和细胞因子似乎在飞行后的恢复期仍处激活状态,至少持续到飞行后三个月,例如α-突触核蛋白(SNCA)、胶原蛋白(COL4A2)和CXCL8等细胞因子。
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在另一篇 Nature 论文中,研究团队介绍了SpaceX灵感4号的数据,4名平民宇航员在地球上空590公里飞行了3天,这一位置高于国际空间站(在位于地球上空370-460公里轨道运行)。这项任务采用了新的太空飞行硬件和诊断设备。他们发现,短期任务没有给机组人员带来重大健康风险,提出的数据描述了人体在解剖学、细胞、生理和认知层面适应宇宙飞行的最初阶段。
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在其中一篇 Nature Communications 论文中,研究团队分析了空间飞行对参加SpaceX灵感4号任务的平民宇航员免疫系统的影响,并与64名其他宇航员的情形作比较,提供了免疫系统和微生物组对太空飞行反应的高分辨率图谱。他们发现不同任务中的免疫系统干扰既有共性也有差异,为未来的任务提供了单细胞层面的免疫参考,包括基因表达、染色质可及性和转录因子基序可及性的变化。特定细胞类型对太空飞行的响应不同,CD14和CD16单核细胞展现出染色质可及性和基因表达的变化最大。该研究还显示,女性在基因表达变化和染色质状态上回归基线的速度更快,此外,纤维蛋白原和IL-8也会受到性别特异性影响,这表明凝血和免疫系统调控对未来宇航员精准医疗研究非常重要。
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除了上述3篇研究论文外,SOMA系列论文还包括发表在 Nature Microbiology、Nature Communications 等期刊的28篇研究论文、5篇综述论文以及数篇观点和评论文章。
这些文章探索了表观基因组学和转录组学(及表观转录组)的变化、宇航员和航天器的微生物组动力学、分泌组和外泌体的蛋白质组和代谢变化、线粒体响应、伦理考虑、减轻太空环境对身体损害的对策,以及对新任务的提议。
这些研究人员认为,充分利用SOMA数据组、工具和资源或有助于加速精准太空医学发展,改进健康监测和风险缓和,并为未来的月球、火星和其他太空任务提供基线数据。
论文链接:
https://www.nature.com/immersive/d42859-024-00009-8/index.html