太空旅行加速干细胞衰老——威胁宇航员健康
约瑟夫·夏维特
2025年9月6日22:07 UTC
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新研究表明人类血液干细胞在轨道环境中衰老加速。（来源：Shutterstock）
多年来，医生和科学家持续追踪太空对人体的影响。宇航员返回地球后常出现肌肉萎缩、骨密度降低、免疫功能减弱等症状。最新发现表明，问题根源更为深层——用于生成血液和维持免疫系统的干细胞在太空中会加速衰老。
发表在《Cell Stem Cell》的研究显示，当暴露在国际空间站的微重力和辐射环境下，造血干细胞和祖细胞（HSPCs）的自我更新能力显著衰退。这些骨髓细胞通常负责生成红细胞、白细胞和血小板。失去这些细胞将导致机体无法更新老化血液成分，也无法抵御感染。
加州大学圣地亚哥分校桑福德干细胞研究所主任凯瑟琳·贾米森指出："在太空中，干细胞功能出现衰退。它们的自我更新和再生能力降低，这对长期太空任务而言是重要发现。"
实验原理
该研究由NASA支持的"综合空间干细胞轨道研究"团队开展。研究人员没有直接研究宇航员，而是设计了模拟骨髓环境的纳米生物反应器。每个反应器约手机大小，装载从髋关节置换手术患者中提取的干细胞。
为实时监测细胞活动，实验组在细胞内植入荧光标记系统FUCCI2BL。这些生物反应器被装载在CubeLabs自主实验舱内，通过SpaceX在2021年底至2023年初的四次货运航班送入空间站。
部分干细胞在太空中停留长达45天，对照组留在地球。后续通过基因测序、基因表达分析和细胞因子检测进行对比。
意外发现：疲惫的干细胞
健康干细胞通常有80%时间处于休眠状态，这种静默状态可维持终生造血能力。但在微重力环境下，细胞异常激活，持续活动导致能量耗竭。返回地球时已出现功能性衰竭。
"干细胞觉醒后无法重新进入休眠，导致功能耗尽，"贾米森解释道，"在失重压力下，干细胞若无法正常运作，将影响免疫系统的生成。"
实验显示，经历太空飞行的HSPCs自我更新频率显著降低。虽然年轻基质层培养可部分改善，但放回原始骨髓基质环境后恢复能力微弱，这表明干细胞微环境对其功能恢复至关重要。
分子压力与"暗基因组"
太空样本显示显著分子压力：端粒缩短、线粒体基因活动和拷贝数减少导致能量产能下降、关键自我更新基因ADAR1 p150表达下调、炎症信号分子激增。
更令人担忧的是"重复DNA序列"（占人类DNA过半）的激活，这些通常被沉默的"暗基因组"在压力下表现出类似古老病毒的活跃性。贾米森将其比作"死亡螺旋"，与白血病前期细胞的癌变过程相似。
全基因组测序发现血细胞生成细胞的突变增加，包括可能导致长期免疫失调的克隆性造血突变。APOBEC3等基因编辑酶的异常调控，共同指向细胞衰老加速的图景。
炎症的叠加效应
细胞因子分析显示太空样本炎症信号增强。慢性炎症是已知的干细胞衰老驱动因素，说明轨道环境加剧细胞耗竭。实验表明，当培养在年轻基质细胞上时，太空干细胞下调炎症基因并激活保护基因，显示恢复潜力；但在自身老化基质环境中则进一步丧失保护功能。
该研究延续了NASA著名"双胞胎研究"发现的端粒变化、克隆性造血等现象，首次在细胞层面证明造血干细胞是众多太空健康效应的根本原因。不同于2010年小鼠胚胎干细胞实验，本次研究实现了太空实时监测的技术突破。
恢复窗口期
初步结果显示，宇航员返回地球后干细胞功能可部分恢复，但需要长达一年时间。这表明损伤并非不可逆，通过针对性干预可降低风险。
贾米森团队正在测试潜在防护措施，包括抑制有害基因活动的药物。她将生物反应器视为"干细胞健康的替身"，可用于预测宇航员耐受性并筛选治疗方案。
其他科学家高度评价该研究，认为其为延缓衰老的治疗设计提供方向。虽然不同干细胞类型反应存在差异，但研究揭示了空间生物学的复杂性。
深空探索挑战
随着月球和火星任务推进，干细胞功能衰退问题愈发紧迫。若太空环境导致免疫系统削弱、感染风险上升及血液癌症隐患，深空探索必须同步发展生物防护技术。
该研究对地球医学同样意义重大：癌患、前白血病患者体内存在相似的加速衰老模式，破解太空干细胞机制或为血液肿瘤、免疫衰老等疾病治疗开辟新路径。
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