“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

　　責編 | 葉水送

　　最近，美國國家航空航天局（NASA）表示將在未來5年內重返月球，並表示2033年將登陸火星，他們還爲此專門成立了“月球及火星任務部”，探索火星及更遙遠的星辰大海。

　　如此雄心壯志，是否能實現？如果不考慮人類在航空航天領域的發展現狀，人類的自身身體條件，是否允許長時間在太空中生活？根據目前的航天器速度往返於火星至少需要一年多的時間。

　　太空失重的環境，圖片來源pixabay.com

　　與地面環境不同，星際旅行會讓宇航員長期處於失重狀態，並暴露在宇宙輻射中，生物節律也會發生改變，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）

　　爲解開上述謎團，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個月名爲“NASA雙子研究”（The NASA Twins Study）的科研項目[1]。他們還設立了專門的網頁以及項目LOGO：

　　https://www.nasa.gov/twins-study/。

　　The NASA Twins Study登上本週 Science 雜誌

　　該研究首次系統性地分析了長時間太空飛行對人體生理、免疫、遺傳、認知等方面的影響，也得出了目前最靠譜的結論：長時間的太空飛行對人體有影響，但基本上可在回到地面後短時間恢復過來，有大約7%的基因表達在回到地球6個月後未恢復到正常水平。相關結果在線發表於4月12日的《科學》雜誌上 [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的變化完全緣於太空飛行。數據顯示宇航員的大部分生物學和健康指標在一年太空飛行期間保持穩定，在迴歸地球后也能恢復正常，這表明宇航員在一年飛行期間可以保持健康。”

　　“NASA雙子研究”的兩位主角。圖片來源NASA

　　那麼誰來參與這個項目呢？對研究者來說，想比較兩種不同環境人體的響應，沒什麼比研究一對雙胞胎更加完美了。於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）。

　　斯科特通過美俄聯合“一年使命”（One-Year Mission）太空項目在國際空間站（International Space Station，ISS）持續生活了340天 [4]，檢測樣本由聯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

　　研究者具體是怎麼來進行研究的？他們對包括體重、營養、端粒長度、基因組穩定性、血管健康、眼球結構、遺傳物質轉錄和代謝、基因組化學修飾（表觀遺傳）、脂類水平、腸道/糞便微生物菌羣及認知功能在內的10項關鍵健康指標進行研究，以此評估太空飛行對這些指標的影響。

　　根據受影響的程度，研究人員又把這些指標分爲潛在低危、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、認知、表觀遺傳等領域進行研究，圖片來源NASA

　　研究科研人員發現，與飛行前後相比，在太空飛行的宇航員其基因表達的確發生了變化，但91.3%的基因在他落地後逐漸恢復正常表達，同時太空飛行會引起免疫相關基因的修飾水平（DNA甲基化）發生波動，但全基因組的化學修飾水平並沒有大幅改變。

　　研究人員還發現，這名在太空飛行的宇航員斯科特在太空期間染色體端粒（保護細胞染色體免受降解的結構）長度增加，而回到地球后，端粒長度在48小時內開始縮短，並在數月後恢復到正常水平。具有相似變化趨勢的指標還包括體重、微生物菌羣、T細胞功能（免疫力）、細胞和組織調節水平（基因轉錄和代謝），這些對宇航員完成長期空間飛行任務的危險程度均較低。

　　據此前報道，大約有40%的宇航員出現名爲太空飛行相關神經視覺綜合徵（Space flight-associated Neuro-ocular Syndrome，SANS）的健康問題，如視神經乳頭水腫、脈絡膜皺褶等 [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脈絡膜和視網膜厚度增加、脈絡膜皺褶加重的現象。雖然上述臨牀表現在斯科特回到地面後消失，但科研人員並沒有排除此類症狀在宇航員執行更長期空間飛行任務（比如登陸火星）時持續存在的可能。

　　NASA雙子研究進程時間表，圖片來源NASA

　　除了失重狀態，宇宙電離輻射會對人產生什麼樣的影響？衆所周知，宇宙電離輻射會影響基因組的穩定性。研究發現，斯科特一年太空飛行造成的基因組不穩定在回到地球后也持續存在。

　　值得一提的是，相比於在地面進行試驗的馬克，斯科特從空間站回到地球后的認知能力出現下降的現象。這些生理指標的變化可能與宇航員長時間失重、宇宙射線照射及着陸前後對重力的重新適應有關，由此它們被科研人員歸納爲高危關聯因素。此類指標還包括血管生理變化、炎症反應、基因表達異常（有約7%的基因在斯科特返回地球后未恢復正常表達）等。

　　《自然》雜誌對此研究的報道，圖片來自 nature.com

　　此外，研究人員還發現，斯科特在太空飛行期間尿液成分和血液成分也發生了變化，回到地球后染色體存在端粒缺失現象。這些變化要麼危險程度中等，要麼危險程度未知，被科研人員歸結爲潛在中（未知）危險關聯因素。

　　參與此項研究的約翰霍普金斯大學布隆伯格傑出教授安德魯·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論。”

　　據瞭解，迄今只有4名宇航員的持續太空飛行時間超過一年，而按照當前的技術，火星登陸飛行時間預計3年左右。但是，“ NASA雙子研究”爲太空飛行對人體健康的影響繪製了比較完整的畫面，也爲人類制定更長遠的星際旅行計劃提供了可參考的健康安全基礎數據。

　　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).

　　製版編輯 | 皮皮魚