武艷萍 劉朝霞 吳大蔚（中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心）

（世界上唯一的航天員雙胞胎兄弟：左邊是留在地面的馬克·凱利，右邊是上天的斯科特·凱利）

為了解長(zhǎng)期航天飛行對(duì)健康的影響，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）對(duì)一名在“國(guó)際空間站”執(zhí)行一年期任務(wù)的航天員進(jìn)行了飛行前、中、后監(jiān)測(cè)，并以他的同卵雙生兄弟作為遺傳匹配的地面對(duì)照。通過(guò)縱向評(píng)估識(shí)別出了一些航天飛行特定變化，包括體重下降、端粒伸長(zhǎng)、基因組不穩(wěn)定性、頸動(dòng)脈擴(kuò)張和內(nèi)膜中層厚度增加、眼部結(jié)構(gòu)改變、轉(zhuǎn)錄和代謝變化、免疫和氧化應(yīng)激相關(guān)通路中的DNA甲基化變化、胃腸道微生物群變化，以及飛行后一些認(rèn)知能力下降，雖然在返回地球后6個(gè)月內(nèi)，平均端粒長(zhǎng)度、整體基因表達(dá)和微生物組變化恢復(fù)到了接近飛行前水平，但短端粒數(shù)量增加，一些基因的表達(dá)仍受到干擾。

1 引言

自1961年以來(lái)，已有數(shù)百人進(jìn)行了航天飛行。關(guān)于人體在短期（小于1個(gè)月）和較長(zhǎng)期（4～6個(gè)月）航天飛行的生理適應(yīng)已有描述，尤其是對(duì)心血管、肌肉骨骼和感覺(jué)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。

已有證據(jù)顯示人體會(huì)出現(xiàn)一些與飛行時(shí)間相關(guān)的變化，尤其是最近的證據(jù)表明，在“國(guó)際空間站”執(zhí)行長(zhǎng)期任務(wù)已經(jīng)導(dǎo)致一些航天員出現(xiàn)了眼部變化，包括視盤(pán)水腫和脈絡(luò)膜皺褶，眼部癥狀的發(fā)生率和嚴(yán)重程度各不相同，術(shù)語(yǔ)稱(chēng)為航天飛行相關(guān)神經(jīng)-眼綜合征（SANS），其確切的發(fā)生機(jī)制尚不清楚，因而限制了NASA制定有效對(duì)策的能力。

斯科特（左）手持由他負(fù)責(zé)照料的百日菊與俄羅斯航天員米哈伊爾·科爾尼延科慶祝在軌駐留第300天

由于載人登火星等未來(lái)探索任務(wù)時(shí)間可能是3年之久，而NASA幾乎沒(méi)有6個(gè)月以上的航天飛行經(jīng)驗(yàn)。為此，NASA實(shí)施了這次一年期航天飛行任務(wù)，美國(guó)12所大學(xué)的84位科學(xué)家參與了研究。

2 研究特點(diǎn)

除了飛行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)近一年外，本研究還有以下主要特點(diǎn)：

1）利用NASA的一對(duì)男性同卵雙胞胎航天員開(kāi)展對(duì)照研究，他們的基因相似性可以最大程度地減少個(gè)體差異的影響，是理想的對(duì)照組。其中，飛行受試者斯科特·凱利在空間站上駐留340天，地面受試者馬克·凱利則留在地球上，研究開(kāi)始時(shí)他們的年齡是50歲，以前都有不同數(shù)量的航天飛行暴露。

2）首次綜合的、跨學(xué)科的研究設(shè)計(jì)或利用多組學(xué)方法對(duì)生物樣本進(jìn)行分析，從生物化學(xué)、基因表達(dá)、蛋白質(zhì)組學(xué)、免疫組、染色體端粒、代謝組學(xué)、微生物組、認(rèn)知、表觀遺傳學(xué)、綜合組學(xué)等10個(gè)專(zhuān)題開(kāi)展研究，以了解航天飛行中發(fā)生的分子、生理和認(rèn)知?jiǎng)恿W(xué)的相互作用。

3）對(duì)2名受試者進(jìn)行了25個(gè)月（飛行前、中、后）的樣本收集（n=317），包括糞便、尿液和全血，全血還被分離為外周血單核細(xì)胞、各類(lèi)免疫細(xì)胞和血漿，還接受了生理和認(rèn)知實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，生物標(biāo)記物的縱向測(cè)量和評(píng)估可以為航天員健康提供關(guān)鍵指標(biāo)，有助于評(píng)估增加的風(fēng)險(xiǎn)，并指導(dǎo)實(shí)施可能的個(gè)性化干預(yù)。

4）基于航天員要經(jīng)歷空間輻射暴露、飲食限制、體力勞動(dòng)需求減少、晝夜節(jié)律紊亂以及失重等，重點(diǎn)關(guān)注了人體的基因、免疫系統(tǒng)和代謝功能。

3 主要變化

對(duì)研究結(jié)果的綜合分析表明，至少有10個(gè)關(guān)鍵生理過(guò)程受到長(zhǎng)期航天飛行的影響，可以作為制定未來(lái)探索級(jí)人類(lèi)太空旅行中對(duì)抗措施的目標(biāo)，包括體重和營(yíng)養(yǎng)，端粒長(zhǎng)度調(diào)節(jié)，維持基因組穩(wěn)定性，血管健康，眼部結(jié)構(gòu)適應(yīng)，轉(zhuǎn)錄和代謝變化，表觀遺傳變化，脂質(zhì)水平變化，微生物組反應(yīng)，認(rèn)知功能。根據(jù)這些變化過(guò)程在航天飛行過(guò)程中潛在的功能重要程度以及返回地球后至少6個(gè)月的持續(xù)性，將其風(fēng)險(xiǎn)程度劃分為低風(fēng)險(xiǎn)、中等風(fēng)險(xiǎn)或未知風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)。

與潛在低風(fēng)險(xiǎn)高度動(dòng)態(tài)相關(guān)的變化

研究結(jié)果顯示，許多與航天飛行相關(guān)的生理和分子快速變化回到了接近飛行前水平，包括平均端粒長(zhǎng)度、體重、腸道微生物群構(gòu)成、T細(xì)胞功能以及大多數(shù)細(xì)胞和組織的調(diào)節(jié)（轉(zhuǎn)錄和代謝的調(diào)節(jié)）。由于它們?cè)诤教祜w行中反應(yīng)明顯，因此可以作為人體航天適應(yīng)性的重要潛在生物標(biāo)志物，但在長(zhǎng)期飛行任務(wù)中，它們所代表的風(fēng)險(xiǎn)很可能極低。

受試者航天經(jīng)歷

（1）基因功能的衡量

航天飛行期間，飛行受試者的CD4、CD8和LD細(xì)胞中發(fā)生差異表達(dá)的大多數(shù)基因（91.3%）在飛行后6個(gè)月內(nèi)恢復(fù)到了正常范圍。此外，盡管飛行受試者的一些表觀遺傳基因座發(fā)生了改變，但在25個(gè)月的研究期內(nèi)，地面受試者的全基因組表觀遺傳變異更高。從其他結(jié)果看，飛行受試者的血漿代謝水平變化在飛行后恢復(fù)到了基線；轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)顯示，免疫應(yīng)激似乎不影響流感特異性T細(xì)胞的募集；對(duì)飛行中期疫苗接種反應(yīng)的評(píng)估提示主要免疫功能得到了維持，包括趨化性、抗原的分布和遷移，以及通過(guò)淋巴系統(tǒng)的遞呈?？偟膩?lái)說(shuō)，這些數(shù)據(jù)顯示了許多遺傳、表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞和生物學(xué)核心功能的可塑性和彈性。

空間站的斯科特（上）和留在地面的馬克（下）在給自己接種流感疫苗，為研究提供對(duì)照

（2）端粒延長(zhǎng)

飛行受試者飛行期間端粒長(zhǎng)度顯著增加（14.5%），返回地球后約48h內(nèi)迅速縮短，并在數(shù)月內(nèi)穩(wěn)定到接近飛行前數(shù)月平均值。該結(jié)果與在“國(guó)際空間站”駐留較短時(shí)間（6個(gè)月內(nèi)）的其他航天員的類(lèi)似研究結(jié)果一致，也與在空間站飛行11天的秀麗隱桿線蟲(chóng)（C. aenorhabditis）的研究結(jié)果一致。盡管端粒短暫伸長(zhǎng)的潛在機(jī)制和后果目前尚不清楚，但諸多研究已證實(shí)，端粒較長(zhǎng)與代謝和營(yíng)養(yǎng)狀況、體力活動(dòng)、體重減輕等健康生活方式因素相關(guān)。本研究中，飛行受試者體重減輕、血清葉酸水平增加與端粒延長(zhǎng)的相關(guān)性也證明了這一點(diǎn)。

（3）腸道微生物群的變化

可以預(yù)期胃腸道微生物群對(duì)飲食和其他因素的變化做出動(dòng)態(tài)反應(yīng)，而且這種隨時(shí)間的變化在兩位受試者中是明顯的。兩位受試者糞便微生物群落以厚壁菌屬和類(lèi)桿菌屬細(xì)菌為主，盡管每位受試者都保持了各自的腸道微生物組群特征，但飛行受試者飛行期間在微生物群落組成和功能方面的變化比同一時(shí)期更大。鑒于飛行中微生物群特征發(fā)生顯著變化的數(shù)量，推測(cè)一些微生物群的變化很可能與航天飛行有關(guān)。源于微生物的小分子代謝物在飛行中的變化也表明微生物群在航天飛行中經(jīng)歷了功能變化。與個(gè)體差異相比，飛行期間，飛行受試者微生物群在多樣性上的變化程度相對(duì)較小，可能反映了隔離和飲食的變化，這與地基研究中對(duì)隔離期延長(zhǎng)志愿者的結(jié)果一致。厚壁菌和類(lèi)桿菌的序列比顯示了明顯的航天飛行特異性增加；然而，這一比例在著陸后幾周內(nèi)又回到了飛行前水平，表明胃腸道的微生物生態(tài)系統(tǒng)已在恢復(fù)。此外，通常被認(rèn)為是微生物群健康象征的微生物群多樣性在飛行中沒(méi)有降低。這些飛行中變化與健康風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)尚不清楚，但可能是最小的。

與潛在中等或未知風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的變化

長(zhǎng)期航天飛行的幾個(gè)特點(diǎn)代表了中等水平或未知的長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)，包括膠原蛋白調(diào)節(jié)、血管內(nèi)液管理和持續(xù)的端粒丟失和/或臨界性縮短。

（1）膠原蛋白調(diào)節(jié)

本研究首次觀察到航天員尿液中排泄膠原蛋白α－1（Ⅰ）鏈（COL1A1）和膠原蛋白α－1（Ⅲ）鏈（COL3A1）的變化與航天飛行相關(guān)。它們的分子量都是白蛋白的2倍多，所以整個(gè)膠原蛋白分子由血液過(guò)濾到尿液中很難，在腎臟中的含量相對(duì)較低。失重會(huì)改變軟骨、骨骼、肌腱、皮膚、血管系統(tǒng)和鞏膜的負(fù)荷，因此成為了尿中COL1A1和COL3A1增加的其他潛在來(lái)源。飛行中，飛行受試者頸內(nèi)靜脈直徑增加，頸動(dòng)脈血管重構(gòu)表現(xiàn)為內(nèi)膜中層厚度增加。COL3A1是血管系統(tǒng)重要的功能組成部分，COL3A1基因缺陷會(huì)導(dǎo)致腿部血液聚集，并損害站立時(shí)的血壓反應(yīng)。失重時(shí)肌肉、肌腱、骨骼和流體靜力學(xué)負(fù)荷的變化為身體提供了許多可能發(fā)生結(jié)構(gòu)重塑的部位，從而導(dǎo)致尿液中COL1A1和COL3A1的排泄量增加。

研究發(fā)現(xiàn)，在斯科特執(zhí)行任務(wù)的后半段，其骨密度有所下降。當(dāng)他回到地球后，其體內(nèi)的炎癥生化指標(biāo)也有所增加

（2）血管內(nèi)液管理

航天員有脫水的危險(xiǎn)，這會(huì)增加患腎結(jié)石的風(fēng)險(xiǎn)。水通道蛋白－2（AQP2）控制腎集合管上皮細(xì)胞中的水轉(zhuǎn)運(yùn)，并受加壓素調(diào)節(jié)，加壓素在身體脫水時(shí)釋放。食物和水?dāng)z入量的減少可能與重力降低導(dǎo)致的胃腸道運(yùn)動(dòng)能力下降有關(guān)。返回地球通常會(huì)導(dǎo)致液體滯留和體重增加，實(shí)際上，在著陸后的幾天里，飛行受試者表現(xiàn)出了體重略有增加。本研究提供的證據(jù)表明，尿中AQP2增加是在航天飛行中表現(xiàn)出來(lái)的，也與血清鈉水平相關(guān)，而與再適應(yīng)地球環(huán)境無(wú)關(guān)。尿中AQP2升高很可能是由于血漿鈉水平高刺激了血管加壓素的釋放。AQP2受血管加壓素調(diào)節(jié)，當(dāng)血管加壓素被激活后，會(huì)引起尿液重新吸收，這種腎水重吸收蛋白不能完全補(bǔ)償水?dāng)z入量的減少，導(dǎo)致飛行期間血漿鈉濃度和膠體滲透壓的增加。飛行受試者尿中AQP2增加，可能是飛行中脫水或高鈉血癥的結(jié)果。在未來(lái)的任務(wù)中，應(yīng)監(jiān)測(cè)航天員尿液中的AQP2水平，以確定哪些人有可能要給予治療干預(yù)，以改善脫水的副作用和生理并發(fā)癥。

航天飛行中，由于水的攝入量和空間站上相對(duì)濕度都比較低，24h尿量通常會(huì)減少。本研究發(fā)現(xiàn)的端粒延長(zhǎng)、血管緊張素原減少和線粒體呼吸減少，可能與受試者飛行中能量攝入減少和體重減輕有關(guān)。此外，在生長(zhǎng)激素抑制素通路富集的基因中，DNA甲基化發(fā)生了改變，禁食會(huì)使生長(zhǎng)激素抑制素的轉(zhuǎn)錄增加。熱量攝入減少會(huì)使許多與血壓控制和代謝有關(guān)的激素降低，通常會(huì)降低血壓，降低代謝率和肌肉生長(zhǎng)。飛行中，飛行受試者尿和血漿中乳酸水平增加，三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物（蘋(píng)果酸和檸檬酸）有增加的趨勢(shì)，可能是由于高強(qiáng)化運(yùn)動(dòng)方案所致。

斯科特接受小肌肉運(yùn)動(dòng)技能測(cè)試

研究還觀察了尿中腎素-血管緊張素通路蛋白的排泄變化。對(duì)人類(lèi)而言，腎素和血管緊張素Ⅱ水平隨著直立姿勢(shì)的增加而增加，高血壓與尿血管緊張素原較高有關(guān)。血管緊張素Ⅱ使尿中血管緊張素原增加，可能是因?yàn)樗碳ち四I小管中血管緊張素原的產(chǎn)生。航天員在航天飛行中不是“直立”的，血壓也較低，飛行受試者在飛行中確實(shí)有血管緊張素原降低和血壓降低。在飛行中觀察到尿中腎素受體蛋白的減少可能是由于類(lèi)似通路降低了飛行中血管緊張素原。

（3）持續(xù)的端粒丟失和/或臨界性縮短

飛行受試者返回地球后，端粒迅速縮短（小于48h），這與著陸時(shí)的極端應(yīng)激和炎癥反應(yīng)增強(qiáng)相一致，而炎癥反應(yīng)是公認(rèn)的促進(jìn)端粒變短的因素。航天飛行引起的端粒延長(zhǎng)的瞬態(tài)性也很明顯，在返回時(shí)，端粒長(zhǎng)度迅速回到基線。然而，檢測(cè)到的端粒數(shù)量顯著減少，提示持續(xù)的端粒丟失和/或臨界性短端粒數(shù)量增加。

與本研究結(jié)果一致的是，空間站上航天員飛行后的端粒通常傾向于比以前明顯變短。這些端粒長(zhǎng)度變化（伸長(zhǎng)和加速縮短或丟失）的潛在重要性被越來(lái)越多的證據(jù)所強(qiáng)調(diào)，這些證據(jù)支持端粒長(zhǎng)度不僅是可靠的衰老生物標(biāo)志物，而且是年齡相關(guān)疾?。ㄈ缧难芗膊『桶┌Y）的決定因素。由于這些指標(biāo)可以反映整個(gè)機(jī)體的健康狀況，因此監(jiān)測(cè)端粒長(zhǎng)度動(dòng)態(tài)是評(píng)估未來(lái)航天員健康狀況和潛在長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)的重要因素。

與潛在高風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的變化

返回地球是一個(gè)特別應(yīng)激事件，它是航天飛行最大的生理挑戰(zhàn)之一，著陸后立即出現(xiàn)的癥狀包括心血管、肌肉骨骼過(guò)度使用或受損，以及應(yīng)激和炎癥反應(yīng)。此外，在心血管、眼睛和認(rèn)知系統(tǒng)，包括航天員的細(xì)胞分子特征方面，還有與恢復(fù)期和航天飛行長(zhǎng)期后果相關(guān)的影響。

（1）航天飛行相關(guān)神經(jīng)-眼綜合征（SANS）

截至2017年5月，約40%的航天員經(jīng)歷了以下1個(gè)或多個(gè)眼部問(wèn)題：視盤(pán)水腫、遠(yuǎn)視移位、眼球扁平、視網(wǎng)膜棉絮狀斑點(diǎn)或脈絡(luò)膜褶皺。人們提出了多種假設(shè)來(lái)解釋這些癥狀的形成，包括航天飛行引起的體液頭向轉(zhuǎn)移和相關(guān)適應(yīng)。在飛行受試者飛行中觀察到的頸內(nèi)靜脈擴(kuò)張和壓力增加，與人在地面時(shí)平躺的情況相似。血管充盈的結(jié)果可能會(huì)導(dǎo)致供應(yīng)視網(wǎng)膜的血管系統(tǒng)充血，正如凹下脈絡(luò)膜增厚所提示的那樣。重要的是，鑒于空間站上不存在正常的重力和流體靜力學(xué)壓力梯度，在正常姿勢(shì)變化期間，無(wú)法像地球上預(yù)期的那樣緩解體液頭向轉(zhuǎn)移。事實(shí)上，本研究中的光學(xué)相干斷層掃描測(cè)量證實(shí)了眼底鏡檢查的視盤(pán)水腫臨床報(bào)告，即總的毛細(xì)血管周?chē)暰W(wǎng)膜厚度增加，結(jié)合脈絡(luò)膜從飛行前到飛行中的惡化情況，飛行受試者表現(xiàn)出的癥狀與SANS一致。雖然一些眼部變化在飛行后得以恢復(fù)，如脈絡(luò)膜充血和視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層增厚的問(wèn)題，但有些變化包括脈絡(luò)膜皺褶，可能會(huì)從以前的長(zhǎng)期飛行任務(wù)一直持續(xù)，并在隨后的任務(wù)中惡化，正如在飛行受試者中所觀察到的。相比之下，地面受試者盡管之前曾參與過(guò)4次短期航天飛機(jī)任務(wù)，但在本研究中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)類(lèi)似情況。因此推測(cè)，他以前可能經(jīng)歷的任何變化或者沒(méi)有表現(xiàn)出來(lái)（盡管與他孿生兄弟相同的風(fēng)險(xiǎn)等位基因得到了表達(dá)），或者自上次任務(wù)以來(lái)已經(jīng)得到了恢復(fù)。這些觀察支持了“多重命中”假說(shuō)，即遺傳學(xué)呈現(xiàn)的是一種易感因素，只有在1個(gè)或多個(gè)其他生理、生化和/或環(huán)境因素（包括持續(xù)暴露時(shí)間，例如超過(guò)2周的航天飛機(jī)飛行）結(jié)合時(shí)才表現(xiàn)出病理學(xué)特征。

（2）血管生理

航天員進(jìn)入失重環(huán)境時(shí)發(fā)生的體液頭向轉(zhuǎn)移被假設(shè)為與心血管適應(yīng)航天飛行相關(guān)的初始事件。繼流體靜力學(xué)梯度因失重而喪失后，約2L液體從下半身轉(zhuǎn)移到上半身。盡管存在乘員間的個(gè)體差異，但這種體液頭向轉(zhuǎn)移被描述為許多乘員出現(xiàn)了“臉部腫脹”和“鳥(niǎo)腿”（很細(xì)的腿）。盡管血漿和血容量相對(duì)減少，血壓降低，但每搏量和心輸出量增加，上體動(dòng)脈和靜脈擴(kuò)張。對(duì)參與4～6個(gè)月任務(wù)的航天員的研究結(jié)果顯示，頸動(dòng)脈內(nèi)膜中層厚度和血管硬度增加，這可能與氧化應(yīng)激、炎癥和胰島素抵抗增加有關(guān)。在完成4～6個(gè)月任務(wù)的10名航天員中也觀察到了類(lèi)似趨勢(shì)，飛行早期觀察到的頸動(dòng)脈內(nèi)膜中層增厚，在接近任務(wù)結(jié)束時(shí)并沒(méi)有進(jìn)一步加劇。飛行受試者也出現(xiàn)了類(lèi)似的適應(yīng)性，因?yàn)樵诎l(fā)射后，他的頸動(dòng)脈內(nèi)膜中層厚度迅速增加，不過(guò)在飛行后期（飛行第6～12月）并沒(méi)有繼續(xù)增加。尚不清楚內(nèi)膜中層增厚是否不可逆轉(zhuǎn)，是否代表航天員今后心血管和腦血管疾病風(fēng)險(xiǎn)的增加，特別是因?yàn)樵谄渌】祩€(gè)體中預(yù)測(cè)臨床事件是困難的。類(lèi)似地，本研究觀察到載脂蛋白B與載脂蛋白A1比率從飛行前到飛行中有所增加，尤其是在任務(wù)的后半部分，這可能提示飛行受試者罹患心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)增加，但長(zhǎng)期健康后果迄今尚不清楚。本研究所獲得的航天飛行恢復(fù)過(guò)程中的測(cè)定值，連同一項(xiàng)同類(lèi)研究從其他航天員身上獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)，將提供有關(guān)心血管疾病過(guò)程危險(xiǎn)因素的重要信息。最近的流行病學(xué)研究提示，航天員沒(méi)有增加心血管發(fā)病率或死亡率的風(fēng)險(xiǎn)，但并沒(méi)有足夠的數(shù)據(jù)得出關(guān)于航天員參加長(zhǎng)期任務(wù)的結(jié)論，因?yàn)檫@項(xiàng)調(diào)查中的絕大多數(shù)受試者參與的是短期任務(wù)。

（3）飛行后應(yīng)激和炎癥反應(yīng)

對(duì)飛行受試者分子特征的評(píng)估結(jié)果與著陸后幾天的應(yīng)激和炎癥反應(yīng)一致，特別是C反應(yīng)蛋白從1mg/dL增加到19mg/dL，白細(xì)胞介素1受體水平也增加了。飛行受試者的細(xì)胞因子特征也與返回地球時(shí)的炎癥反應(yīng)一致。應(yīng)激和炎癥反應(yīng)可能發(fā)生在返回階段之前，含有促炎性脂肪酸的溶血磷脂的增加也提示了飛行期間炎癥狀態(tài)的加劇。此外，飛行受試者飛行第300～334天的平均尿鈉排泄量為147mmol/d，而在返回當(dāng)日，盡管靜脈注射了生理鹽水，尿鈉排泄量還是下降到47mmol/d。靜脈注射生理鹽水是著陸時(shí)的常規(guī)方案，并且可以獲得足夠的液體攝入，從而將尿量從1313mL增加到了2999mL。在返回第12天之前，飛行受試者沒(méi)有測(cè)量血容量，但根據(jù)以往長(zhǎng)期航天飛行乘員的數(shù)據(jù)，推測(cè)他在返回當(dāng)日的血容量可能很低。返回當(dāng)日，飛行受試者的血漿鈉濃度從146mmol/L降至138mmol/L，與尿鈉輸出沒(méi)有下降是一致的，可能是由于血漿鈉含量低的緣故。觀察到著陸時(shí)尿鈉排泄量降低了2/3，盡管靜脈注射了生理鹽水，但這是對(duì)尿容量減少的常見(jiàn)反應(yīng)。

（4）基因穩(wěn)定性

多項(xiàng)證據(jù)表明，基因組的不穩(wěn)定性和重排可能預(yù)示著長(zhǎng)期航天飛行的長(zhǎng)期分子影響和/或不良健康影響。值得注意的是，與報(bào)告的太空輻射暴露和飛行中DNA損傷反應(yīng)一致，飛行中飛行受試者的染色體易位和倒位頻率增加，飛行后仍然增加。這些發(fā)現(xiàn)與航天員個(gè)體染色體易位的報(bào)告一致，也與倒位及其相互對(duì)應(yīng)的小間隙缺失代表輻射暴露突變特征的建議一致。此外，體外實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，暴露于高傳能線性密度（LET）質(zhì)子可引起端粒延長(zhǎng)，低LET的γ射線照射可誘導(dǎo)依賴(lài)端粒酶的假定干細(xì)胞和祖細(xì)胞群的富集，以及低劑量照射的外周血單核細(xì)胞端粒長(zhǎng)度分布向著端粒較長(zhǎng)的細(xì)胞群變化。因此，至少部分促成飛行中觀察到的端粒延長(zhǎng)的，可能是輻射和DNA損傷反應(yīng)誘導(dǎo)的細(xì)胞群動(dòng)態(tài)變化，而不是端粒本身的延長(zhǎng)。

（5）基因表達(dá)失調(diào)

有趣的是，在飛行受試者未分類(lèi)的外周血單核細(xì)胞中，飛行第6～12月期間的差異表達(dá)基因數(shù)量幾乎是飛行第0～6月期間的6倍，這表明1年期任務(wù)的后半期飛行誘導(dǎo)了更多數(shù)量的轉(zhuǎn)錄變化。此外，在返回地球的6個(gè)月內(nèi)，一個(gè)獨(dú)特的基因子集（不同細(xì)胞類(lèi)型的811個(gè)基因），包括與免疫功能和DNA修復(fù)相關(guān)的基因，其表達(dá)并沒(méi)有恢復(fù)到飛行前水平，這代表了一些候選基因，由于長(zhǎng)期航天飛行，這些基因可能在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生改變。

（6）認(rèn)知能力下降

本研究顯示，任務(wù)持續(xù)時(shí)間從6個(gè)月延長(zhǎng)到12個(gè)月，對(duì)認(rèn)知能力的影響可能僅限于幾個(gè)領(lǐng)域，任務(wù)持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)可能會(huì)對(duì)飛行后認(rèn)知能力產(chǎn)生負(fù)面影響，可能會(huì)影響任務(wù)操作的安全性（如在火星著陸后），飛行后操作程序的自動(dòng)化可能有助于減輕此類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)。除了重新暴露于地球重力的影響外，航天員飛行后還需要參與研究性調(diào)查和媒體活動(dòng)，目前尚不清楚上述每個(gè)因素對(duì)飛行后認(rèn)知能力下降的影響有多大。

4 結(jié)論和今后的任務(wù)

鑒于本研究結(jié)果，預(yù)計(jì)執(zhí)行探索類(lèi)任務(wù)的航天員可能會(huì)面臨線粒體功能障礙、免疫應(yīng)激、血管變化和體液轉(zhuǎn)移、認(rèn)知能力下降以及端粒長(zhǎng)度、基因調(diào)節(jié)和基因組完整性改變等風(fēng)險(xiǎn)。考慮到分析一個(gè)飛行受試者的局限性，需要對(duì)執(zhí)行長(zhǎng)期（不少于12個(gè)月）任務(wù)的更多航天員進(jìn)行研究，以確認(rèn)這些發(fā)現(xiàn)并解決懸而未決的問(wèn)題。如果這些發(fā)現(xiàn)得到證實(shí)，就應(yīng)該考慮開(kāi)發(fā)和實(shí)施降低這些風(fēng)險(xiǎn)的生物學(xué)、生物物理學(xué)或藥理學(xué)對(duì)策。

在探索任務(wù)中，由于超出了地磁場(chǎng)的保護(hù)范圍，航天員因空間輻射暴露可能會(huì)增加風(fēng)險(xiǎn)，但這方面的數(shù)據(jù)很少，甚至沒(méi)有，包括近地軌道1年和火星任務(wù)3年航天飛行之間的差異。因此，需要在將來(lái)進(jìn)行不同駐留時(shí)間和較長(zhǎng)期暴露（不少于12個(gè)月）時(shí)間的研究，以確定風(fēng)險(xiǎn)變化方式（如線性或指數(shù)），并建立適宜的安全閾值。

本研究形成了一套獨(dú)特、多樣的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)集，代表了對(duì)航天飛行延長(zhǎng)期間分子、生理和行為的適應(yīng)性和人體所面臨挑戰(zhàn)的綜合描述，為飛行中如何采集數(shù)據(jù)和樣本，用于生成一個(gè)關(guān)于分子、生理和認(rèn)知的綜合、縱向特征提供了范例，也為未來(lái)研究提供了一個(gè)科學(xué)框架和基線數(shù)據(jù)。對(duì)于航天員個(gè)人和規(guī)劃空間站其他任務(wù)都很重要，也可供世界各國(guó)規(guī)劃未來(lái)載人航天任務(wù)的研究人員和團(tuán)體立即使用。

重要的是要注意，對(duì)于航天環(huán)境中利用一個(gè)受試對(duì)象獲得的這套特定測(cè)量集，將因果關(guān)系歸因于航天飛行而不是一次巧合事件是不可能的。因此，本研究應(yīng)該被看作是生成假設(shè)和定義框架，并且必須通過(guò)未來(lái)對(duì)更多航天員的研究來(lái)加以補(bǔ)充。