太空飛行對人體有害？美國NASA聯(lián)合10個科研團隊得出了靠譜結(jié)論
“NASA雙子研究”的雙胞胎宇航員：馬克·凱利（左）和斯科特·凱利（右）。圖片來源NASA.gov
撰文 | 計永勝
責(zé)編 | 葉水送
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最近，美國國家航空航天局（NASA）表示將在未來5年內(nèi)重返月球，并表示2033年將登陸火星，他們還為此專門成立了“月球及火星任務(wù)部”，探索火星及更遙遠(yuǎn)的星辰大海。
如此雄心壯志，是否能實現(xiàn)？如果不考慮人類在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，人類的自身身體條件，是否允許長時間在太空中生活？根據(jù)目前的航天器速度往返于火星至少需要一年多的時間。
太空失重的環(huán)境，圖片來源pixabay.com
與地面環(huán)境不同，星際旅行會讓宇航員長期處于失重狀態(tài)，并暴露在宇宙輻射中，生物節(jié)律也會發(fā)生改變，太空飛行會不會對他們的健康造成影響呢？
“NASA雙子研究”項目及參與的科研團隊。（圖源NASA.gov）
為解開上述謎團，NASA還真的行動起來了，通過與十個科研團隊合作，開展了一項長達27個月名為“NASA雙子研究”（The NASA Twins Study）的科研項目[1]。他們還設(shè)立了專門的網(wǎng)頁以及項目LOGO：
https://www.nasa.gov/twins-study/。
The NASA Twins Study登上本周 Science 雜志
該研究首次系統(tǒng)性地分析了長時間太空飛行對人體生理、免疫、遺傳、認(rèn)知等方面的影響，也得出了目前最靠譜的結(jié)論：長時間的太空飛行對人體有影響，但基本上可在回到地面后短時間恢復(fù)過來，有大約7%的基因表達在回到地球6個月后未恢復(fù)到正常水平。相關(guān)結(jié)果在線發(fā)表于4月12日的《科學(xué)》雜志上 [2]。
NASA對此進行評論道，“雙胞胎宇航員是個可遇而不可求的研究機會。但參與研究的宇航員只有兩名，我們還不能說身體指標(biāo)的變化完全緣于太空飛行。數(shù)據(jù)顯示宇航員的大部分生物學(xué)和健康指標(biāo)在一年太空飛行期間保持穩(wěn)定，在回歸地球后也能恢復(fù)正常，這表明宇航員在一年飛行期間可以保持健康?！?/p>
“NASA雙子研究”的兩位主角。圖片來源NASA
那么誰來參與這個項目呢？對研究者來說，想比較兩種不同環(huán)境人體的響應(yīng)，沒什么比研究一對雙胞胎更加完美了。于是美國航天航空中心的同卵雙胞胎宇航員進入了研究者的視野，他們分別是斯科特·凱利（Scott Kelly）和馬克·凱利（Mark Kelly）。
斯科特通過美俄聯(lián)合“一年使命”（One-Year Mission）太空項目在國際空間站（International Space Station，ISS）持續(xù)生活了340天 [4]，檢測樣本由聯(lián)盟號飛船運回地面實驗室，而馬克則一直在地球。
參與NASA雙子研究的陣容非常豪華，圖片來源NASA
研究者具體是怎么來進行研究的？他們對包括體重、營養(yǎng)、端粒長度、基因組穩(wěn)定性、血管健康、眼球結(jié)構(gòu)、遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)錄和代謝、基因組化學(xué)修飾（表觀遺傳）、脂類水平、腸道/糞便微生物菌群及認(rèn)知功能在內(nèi)的10項關(guān)鍵健康指標(biāo)進行研究，以此評估太空飛行對這些指標(biāo)的影響。
根據(jù)受影響的程度，研究人員又把這些指標(biāo)分為潛在低危、潛在中（未知）危和潛在高危三類。
研究團隊分別就代謝組、蛋白組、認(rèn)知、表觀遺傳等領(lǐng)域進行研究，圖片來源NASA
經(jīng)研究科研人員發(fā)現(xiàn)，與飛行前后相比，在太空飛行的宇航員其基因表達的確發(fā)生了變化，但91.3%的基因在他落地后逐漸恢復(fù)正常表達，同時太空飛行會引起免疫相關(guān)基因的修飾水平（DNA甲基化）發(fā)生波動，但全基因組的化學(xué)修飾水平并沒有大幅改變。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，這名在太空飛行的宇航員斯科特在太空期間染色體端粒（保護細(xì)胞染色體免受降解的結(jié)構(gòu)）長度增加，而回到地球后，端粒長度在48小時內(nèi)開始縮短，并在數(shù)月后恢復(fù)到正常水平。具有相似變化趨勢的指標(biāo)還包括體重、微生物菌群、T細(xì)胞功能（免疫力）、細(xì)胞和組織調(diào)節(jié)水平（基因轉(zhuǎn)錄和代謝），這些對宇航員完成長期空間飛行任務(wù)的危險程度均較低。
據(jù)此前報道，大約有40%的宇航員出現(xiàn)名為太空飛行相關(guān)神經(jīng)視覺綜合征（Space flight-associated Neuro-ocular Syndrome，SANS）的健康問題，如視神經(jīng)乳頭水腫、脈絡(luò)膜皺褶等 [5]。而在本研究中，科研人員也觀測到斯科特在空間站生活時出現(xiàn)脈絡(luò)膜和視網(wǎng)膜厚度增加、脈絡(luò)膜皺褶加重的現(xiàn)象。雖然上述臨床表現(xiàn)在斯科特回到地面后消失，但科研人員并沒有排除此類癥狀在宇航員執(zhí)行更長期空間飛行任務(wù)（比如登陸火星）時持續(xù)存在的可能。
NASA雙子研究進程時間表，圖片來源NASA
除了失重狀態(tài)對健康的影響，宇宙電離輻射會對健康有影響嗎？眾所周知，宇宙電離輻射會影響基因組的穩(wěn)定性，而一年的太空飛行造成的斯科特基因組的不穩(wěn)定在回到地球后也持續(xù)存在。
值得一提的是，相比于在地面進行試驗的馬克，斯科特從空間站回到地球后的認(rèn)知能力出現(xiàn)下降現(xiàn)象。這些生理指標(biāo)的變化可能與宇航員長時間失重、宇宙射線照射及著陸前后對重力的重新適應(yīng)有關(guān)，由此它們被科研人員歸納為高危關(guān)聯(lián)因素。此類指標(biāo)還包括血管生理變化、炎癥反應(yīng)、基因表達異常（有約7%的基因在斯科特返回地球后未恢復(fù)正常表達）等。
《自然》雜志對此研究的報道，圖片來自 nature.com
此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，斯科特在太空飛行期間尿液成分和血液成分也發(fā)生了變化，回到地球后染色體存在端粒缺失現(xiàn)象。這些變化要么危險程度中等，要么危險程度未知，被科研人員歸結(jié)為潛在中（未知）危關(guān)聯(lián)因素。
參與此項研究的約翰霍普金斯大學(xué)布隆伯格杰出教授安德魯·費恩伯格（Andrew Feinberg）評價道，“我們需要更多的研究才能得出更加令人信服的結(jié)論?！?/p>
據(jù)了解，迄今只有4名宇航員的持續(xù)太空飛行時間超過一年，而按照當(dāng)前的技術(shù)，火星登陸飛行時間預(yù)計3年左右。但無論怎樣，“ NASA雙子研究”為太空飛行對人體健康的影響繪制了比較完整的畫面，也為人類制定更長遠(yuǎn)的星際旅行計劃提供了可參考的健康安全基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
主要參考文獻
[1] https://www.nasa.gov/twins-study
[2] Garrett-Bakelman et al.,The NASA Twins Study: A multidimensional analysis of a year-long human spaceflight. Science 364, eaau8650 (2019).
[3] C. S. Leach et al.,Regulation of body fluid compartments during short-term spaceflight. J. Appl.Physiol. 81, 105-116 (1996). doi: 10.1152/jappl.1996.81.1.105.
[4] https://www.nasa.gov/1ym
[5] M. B. Stenger et al.,“Evidence report: Risk of spaceflight associated neuro-ocular syndrome (SANS)”(NASA, Lyndon B. Johnson Space Center, Houston, 2018).
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