太空飛行1個月，心臟衰老、“跳”不齊

隨著美國波音公司“星際客機”飛船存在的技術問題未解決，美國國家航空和航天局宇航員Sunita Williams和Butch Wilmore在國際空間站滯留的天數再度延長，計劃于明年2月搭乘美國太空探索技術公司的“龍”飛船返回地球。那么長時間滯留太空，對他們會產生什么影響？

近日，一項發表于美國《國家科學院院刊》的研究發現，人類工程心臟組織在太空中僅一個月就開始衰弱，“跳動”模式變得不規則，并且經歷了類似于衰老的分子和遺傳變化。

美國斯坦福大學心臟病學家Joseph Wu說，這項研究提供了一種識別太空飛行對人類心臟有害影響背后分子路徑的有效方法。

微重力環境可能對人體造成傷害，比如暴露在微重力環境中的宇航員，其心血管會產生變化，出現心律不齊等現象。

但是，論文合著者、美國約翰斯·霍普金斯大學生物醫學工程師Deok Ho Kim表示，解開長期太空飛行（一次持續數月）對心臟的影響及其背后的分子變化遙不可及，“因為在人類宇航員身上進行不同的分子和功能研究是不可能的”。

為此，Kim等人將人類工程心臟組織送往國際空間站（ISS）30天。

在組織設計過程中，研究人員將人誘導多能干細胞分化而成的心肌細胞組成的6組樣本串在成對柱子間。每對柱子中有一根是靈活可動的，可以讓樣本像跳動的心臟一樣收縮。接著，他們將“心臟芯片”系統安裝在大約手機一半大小的房室里。該系統隨樣本組織登上ISS后，使Kim和同事可以通過傳感器實時監測組織收縮情況和跳動模式強度。為了進行比較，他們還監測了一組留在地球上的組織。

結果研究人員發現，僅在ISS停留12天，這些組織的收縮強度就幾乎減半，即使在返回地球9天后，這種減弱仍然很明顯。而地面樣本的收縮強度則相對穩定。

此外，在太空中，隨著時間推移，組織的搏動變得更加不規則，到第19天，組織每次搏動間隔增加了5倍以上。不過，這種不規則搏動在組織返回地球后就消失了。Wu說，滯留在ISS的Sunita Williams和Butch Wilmore的心血管可能正在承受這種壓力，不過在返回地球后情況將得到緩解。

在組織返回地球后，Kim等人利用透射電子顯微技術觀察了負責控制肌肉收縮的組織肌節，發現，與留在地面的組織的肌節相比，它們變得更短、更無序。此外，在ISS停留30天的組織內的線粒體腫脹甚至破碎。

當研究人員對組織樣本的RNA進行測序時，發現在ISS停留過的組織中與炎癥和心臟病相關的基因和信號通路的表達增加。與此同時，產生正常心臟收縮和線粒體功能所需蛋白質的基因有表達減少的跡象。

Wu說，盡管他們的研究中創新性地使用了“心臟芯片”，但并沒有捕捉到人類心臟中可能發生的其他重要心血管變化，如動脈壓。不過，類似的設置可能有助于研究其他器官在微重力環境和惡劣輻射水平下的表現。“該系統在微重力環境下運行的同時能夠保持組織活力，這是一個很大的優勢。”

Kim等人計劃將其他器官組織送入太空更長時間，以深入研究太空飛行對人體的影響。他們還希望測試可以抵消微重力對心臟影響的藥物。

相關論文信息：https://doi.org/10.26030/t9v3-gx23