编译 ｜ 徐锐

由于美国波音公司“星际客机”飞船存在技术问题，美国两名宇航员已在国际空间站滞留了数月。图片来源：NASA

由于美国波音公司“星际客机”飞船存在的技术问题尚未解决，美国国家航空航天局宇航员Sunita Williams和Butch Wilmore在国际空间站（ISS）的滞留天数被迫再度延长，计划明年2月搭乘美国太空探索技术公司的“龙”飞船返回地球。

那么长的时间滞留太空，对他们会产生什么影响？一项9月24日发表于美国《国家科学院院刊》的研究发现，人类工程心脏组织在太空中仅一个月就开始变得衰弱，“跳动”模式变得不规则，并且经历了类似衰老的分子和遗传变化。

美国斯坦福大学心脏病学家Joseph Wu说，这项研究为确定太空飞行对人类心脏有害影响的分子路径提供了一种有效方法。

微重力环境可能对人体造成伤害，比如暴露在微重力环境中的宇航员，其心血管会产生变化，出现心律不齐等现象。

但是论文合著者、美国约翰斯·霍普金斯大学生物医学工程师Deok Ho Kim表示，了解长期太空飞行（每次持续数月）对心脏的影响及其背后的分子变化仍是遥不可及的，“因为在人类宇航员身上进行不同的分子和功能研究是不可能的”。

为此，Kim和同事将人类工程心脏组织送到ISS上待了30天。

在组织设计过程中，研究人员将人诱导多能干细胞分化成的6组心肌细胞样本串联在成对的柱子间。每对柱子中有一根是灵活可动的，从而让样本可以像跳动的心脏一样收缩。接着，他们将“心脏芯片”系统安装在大约只有手机一半大小的腔室里。该系统随样本组织登上ISS后，Kim和同事可以通过传感器实时监测组织收缩情况和跳动模式强度。为了进行比较，他们还监测了一组留在地球上的组织样本。

研究人员发现，仅在ISS停留12天，这些组织的收缩强度就几乎减半，即使在返回地球9天后，这种减弱仍然很明显。而地面样本的收缩强度则相对稳定。

此外，在太空中，随着时间推移，组织的搏动变得更加不规则。到第19天，组织每次搏动间隔增加了5倍以上。不过，这种不规则搏动在组织返回地球后就消失了。Wu说，滞留在ISS的美国宇航员的心血管可能正在承受这种压力，不过在返回地球后情况将得到缓解。

在组织返回地球后，Kim等人利用透射电子显微技术观察了负责控制肌肉收缩的组织肌节。他们发现，与留在地面的组织肌节相比，它们变得更短、更无序。此外，在ISS停留30天的组织线粒体会肿胀甚至破碎。

当研究人员对组织样本的RNA进行测序时，发现在ISS停留过的组织中与炎症和心脏病相关的基因及信号通路的表达增加了。与此同时，产生正常心脏收缩和线粒体功能所需蛋白质的基因有表达减少的迹象。

Wu说，尽管他们的研究中创新性地使用了“心脏芯片”，但并没有捕捉到人类心脏中可能发生的其他重要心血管变化，如动脉压。不过，类似的设置可能有助于研究其他器官在微重力环境和恶劣辐射水平下的表现。“该系统在微重力环境下运行并能够保持组织活力，这是一个很大的优势。”

Kim等人计划将其他器官组织送入太空更长时间，以深入研究太空飞行对人体的影响。他们还希望测试可以抵消微重力对心脏影响的药物。

相关论文信息：

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

《中国科学报》 (2024-09-25 第2版 国际)

编辑 | 赵路

排版 | 志海

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