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太空飞行加速干细胞衰老并激活‘暗基因组’

根据9月4日发表在《Cell Stem Cell细胞干细胞》研究文章,提示航天飞行使人类干细胞加速衰老。此研究是在202

根据9月4日发表在《Cell Stem Cell细胞干细胞》研究文章,提示航天飞行使人类干细胞加速衰老。

此研究是在2021年底至2023年初Space X的四次国际空间站补给任务中进行,开展关于航天飞行对干细胞影响的研究,由NASA资助。研究发现,在太空中,干细胞的功能下降,减少了自我更新或再生的能力。

干细胞遍布人类全身,能够自我复制或转变为其他专门细胞——包括血细胞、脑细胞或骨细胞——以进行维护和修复。

美国国家航空航天局曾经在2010年在发现号航天飞机上进行过关于航天飞行对干细胞影响的实验,当时称为干细胞再生实验,旨在研究微重力如何影响小鼠胚胎干细胞生成其他类型细胞的能力。

而在本次新研究中,研究人员使用接受髋关节置换手术的患者捐献的骨髓干细胞。这些干细胞与免疫系统和血液健康直接相关,被放置在无菌海绵基质上,并存放于手机大小的生物反应器中。在国际空间站上,这些细胞活动通过一个人工智能系统不断被监测记录。

在地球上,人类的干细胞约有80%的时间处于休眠(不活跃)状态。但是在太空中,并非如此,微重力和宇宙辐射对它们产生了巨大影响。干细胞醒来了,并且没有再返休眠状态,而是进入功能性疲惫的状态,无法正常实现功能以产生一个适当的免疫系统。

研究中的一些细胞在太空飞行中维持了长达45天,由于它们比正常状态下更加活跃,消耗了其能量储备,呈现出加速老化的迹象,生成新细胞的能力也减少。并且这些干细胞开始激活通常隐藏的DNA区域,称为重复元素或“黑暗基因组”。

我们已经知道,人类在压力条件下,特别是强烈压力下,干细胞会激活这些重复元素。它们是数千年前侵入我们基因组的逆转录病毒,代表了我们DNA的55%。它们会导致干细胞进入死亡螺旋。在细胞感到过度紧张,面临危机时,老化死亡得越快。

好消息是,宇航员返回地球后,干细胞能够从加速老化中恢复,尽管恢复大约需要一年时间。

研究者们在此次研究中发现,细胞在压力环境下衰老的过程,类似于白血病患者细胞中出现的干细胞压力。这项研究对于癌症患者可能产生有益的影响,因为癌症患者的干细胞表现出一些与压力相关的损伤,与新研究在太空中的干细胞中检测到的情况类似。这是加速(癌症)研究步伐的一种重要方向。

衰老的明确证据对于宇航员来说,意味着长期任务可能会削弱血液和免疫系统,从而潜在地增加健康风险。研究者们一致认为,新发现有助于科学家理解衰老过程,并开发出减缓或逆转衰老的新疗法。