Cell：线粒体缺陷是导致太空旅行中许多健康问题的关键因素
来源：本站原创 2020-11-27 22:26
2020年11月27日讯/生物谷BIOON/---为了使空间探索取得成功，必须了解并设法解决在长时间离开地球的宇航员身上观察到的健康问题的根本原因。这些问题包括骨骼和肌肉质量损失、免疫功能障碍以及心脏和肝脏问题。在一项新的研究中，利用从许多不同资源收集的数据，一个多学科研究团队报告发现了导致这种损害的共同因素：线粒体功能障碍。这些研究人员使用系统方法来研究影
2020年11月27日讯/生物谷BIOON/---为了让空间探索取得成功，必须了解并设法解决在长时间离开地球的宇航员身上观察到的健康问题的根本原因。这些问题包括骨骼和肌肉质量损失、免疫功能障碍以及心脏和肝脏问题。在一项新的研究中，利用从许多不同资源收集的数据，一个多学科研究团队报告了发现导致这种损害的共同因素：线粒体功能障碍。这些研究人员使用系统方法来研究影响生物功能的广泛改变。相关研究结果发表在2020年11月25日的Cell期刊上，论文标题为“Comprehensive Multi-omics Analysis Reveals Mitochondrial Stress as a Central Biological Hub for Spaceflight Impact”。
论文通讯作者、生物信息学家Afshin Beheshti说，“我们首先询问是否有某种可以解释我们的观察结果的普遍机制发生在太空中的人体。我们一次又一次地发现，线粒体调节发生了一些事情，让一切都失灵了。”
这些研究人员分析了从美国宇航局（NASA）GeneLab平台获得的数据，GeneLab平台是一个综合数据库，包括来自动物研究和NASA双胞胎研究（NASA Twins Study）的数据，以及数十年太空旅行中从59名宇航员身上收集的样本。该平台包含了一系列与组织和细胞的变化有关的“组学（omics）”数据，具体而言就是蛋白质组、代谢组、转录组和表观基因组数据，这些变化是由于空间辐射和微重力的共同影响而发生的。参加这项研究的许多科学家都参与了GeneLab分析工作组（GeneLab's Analysis Working Groups）。
这些研究人员使用了一种无偏见的方法来寻找可以解释观察到的广泛变化的相关性。Beheshti说，“我们比较了来自在两个不同任务中在太空中飞行的小鼠的不同组织，我们观察到线粒体功能障碍不断出现。我们研究了肝脏中的问题，观察到它们是由与线粒体相关的途径引起的。随后，我们研究了眼睛里的问题，观察到了同样的途径。这时我们才有兴趣进行更深入的研究。”
他解释说，线粒体抑制，以及有时可能因为这种抑制而出现的过度补偿，会导致许多系统性器官反应。它们也可以解释许多在免疫系统中观察到的常见变化。
这些研究人员以他们从小鼠身上的发现为出发点，随后研究了同样的机制是否也适用于太空中的人类。通过考察NASA双胞胎研究---对同卵双胞胎Scott Kelly和Mark Kelly进行了长期跟踪，前者在国际空间站，后者在地面---的数据，他们观察到了线粒体活动的许多变化。其中的一些变化可以解释Scott Kelly在太空的一年中发生的免疫细胞分布的改变。他们还利用从其他几十名宇航员身上收集到的生理数据和血液、尿液样本，证实不同类型细胞的线粒体活性发生了改变。
Beheshti说，“观察到线粒体如此重要，我感到完全吃惊，这是因为它们不在我们的关注范围之内。我们关注的是所有的下游组分，但还没有建立这种联系。”他补充说，线粒体功能障碍也有助于解释另一个与长期太空旅行有关的常见问题：昼夜节律紊乱。自从该团队首次在NASA内部报告他们的发现以来，其他NASA科学家也开始将线粒体变化与常见的太空相关心血管问题联系起来。
既然线粒体问题被确定为与太空旅行相关的许多健康风险的一个原因，人们希望可以制定对策来解决它们。Beheshti指出，“已经有许多治疗线粒体疾病的药物获得批准，这将使它们更容易应用于这项应用。现在比较容易实现的目标是在太空中用动物和细胞模型测试其中的一些药物。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Willian A. da Silveira et al. Comprehensive Multi-omics Analysis Reveals Mitochondrial Stress as a Central Biological Hub for Spaceflight Impact. Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.11.002.
2.Defects in mitochondria may explain many health problems observed during space travel
https://phys.org/news/2020-11-defects-mitochondria-health-problems-space.html
图片来自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.11.002。
论文通讯作者、生物信息学家Afshin Beheshti说，“我们首先询问是否有某种可以解释我们的观察结果的普遍机制发生在太空中的人体。我们一次又一次地发现，线粒体调节发生了一些事情，让一切都失灵了。”
这些研究人员分析了从美国宇航局（NASA）GeneLab平台获得的数据，GeneLab平台是一个综合数据库，包括来自动物研究和NASA双胞胎研究（NASA Twins Study）的数据，以及数十年太空旅行中从59名宇航员身上收集的样本。该平台包含了一系列与组织和细胞的变化有关的“组学（omics）”数据，具体而言就是蛋白质组、代谢组、转录组和表观基因组数据，这些变化是由于空间辐射和微重力的共同影响而发生的。参加这项研究的许多科学家都参与了GeneLab分析工作组（GeneLab's Analysis Working Groups）。
这些研究人员使用了一种无偏见的方法来寻找可以解释观察到的广泛变化的相关性。Beheshti说，“我们比较了来自在两个不同任务中在太空中飞行的小鼠的不同组织，我们观察到线粒体功能障碍不断出现。我们研究了肝脏中的问题，观察到它们是由与线粒体相关的途径引起的。随后，我们研究了眼睛里的问题，观察到了同样的途径。这时我们才有兴趣进行更深入的研究。”
他解释说，线粒体抑制，以及有时可能因为这种抑制而出现的过度补偿，会导致许多系统性器官反应。它们也可以解释许多在免疫系统中观察到的常见变化。
这些研究人员以他们从小鼠身上的发现为出发点，随后研究了同样的机制是否也适用于太空中的人类。通过考察NASA双胞胎研究---对同卵双胞胎Scott Kelly和Mark Kelly进行了长期跟踪，前者在国际空间站，后者在地面---的数据，他们观察到了线粒体活动的许多变化。其中的一些变化可以解释Scott Kelly在太空的一年中发生的免疫细胞分布的改变。他们还利用从其他几十名宇航员身上收集到的生理数据和血液、尿液样本，证实不同类型细胞的线粒体活性发生了改变。
Beheshti说，“观察到线粒体如此重要，我感到完全吃惊，这是因为它们不在我们的关注范围之内。我们关注的是所有的下游组分，但还没有建立这种联系。”他补充说，线粒体功能障碍也有助于解释另一个与长期太空旅行有关的常见问题：昼夜节律紊乱。自从该团队首次在NASA内部报告他们的发现以来，其他NASA科学家也开始将线粒体变化与常见的太空相关心血管问题联系起来。
既然线粒体问题被确定为与太空旅行相关的许多健康风险的一个原因，人们希望可以制定对策来解决它们。Beheshti指出，“已经有许多治疗线粒体疾病的药物获得批准，这将使它们更容易应用于这项应用。现在比较容易实现的目标是在太空中用动物和细胞模型测试其中的一些药物。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Willian A. da Silveira et al. Comprehensive Multi-omics Analysis Reveals Mitochondrial Stress as a Central Biological Hub for Spaceflight Impact. Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.11.002.
2.Defects in mitochondria may explain many health problems observed during space travel
https://phys.org/news/2020-11-defects-mitochondria-health-problems-space.html
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