宇航员身体为何在太空中衰退：国际空间站新研究指出线粒体功能障碍是根本原因
精选图片： JAXA宇航员野口聪一在国际空间站希望号实验舱进行细胞培养实验；图片来源：JAXA/NASA
宇航员在太空中会失去肌肉质量和骨密度，这是一个数十年来限制长期太空飞行的众所周知的问题。如今，7月16日发表在《自然·通讯》(DOI: 10.1038/s41467-026-10783-2)上的一项研究将根本原因追溯到一种特定的分子机制：微重力破坏了线粒体产生自身蛋白质的能力，造成能量不足，从而推动全身组织衰退。
这些发现基于JAXA宇航员野口聪一在国际空间站希望号实验舱进行的实验，确定了一条完整的机械感知通路，将引力与细胞能量产生联系起来。该研究为可能保护宇航员完成三年火星任务的防护措施提供了分子靶点。
研究发现
由Wakigawa及其同事领导的研究团队，利用一种称为核糖体图谱分析的技术，对在国际空间站上培养的人类细胞和秀丽隐杆线虫进行了全基因组蛋白质生产测量。他们发现，仅在微重力环境中暴露24小时后，由线粒体DNA编码的13种蛋白质上附着的核糖体就显著减少，意味着它们的生产受到抑制。
这种效应具有高度特异性。运往线粒体的核编码蛋白质没有变化。只有线粒体自身的基因组受到影响。至关重要的是，同样的效应出现在人类细胞、线虫和小鼠中，表明这是所有真核生物中保守的基本生物学机制。
在微重力环境中48小时后，细胞表现出部分适应，但线粒体翻译仍然处于抑制状态。
分子通路
该论文描述了从引力到线粒体功能的完整信号链：
1. 细胞通过其与周围基质黏附的强度来感知引力，经由层粘连蛋白-整合素细胞黏附蛋白
2. 这种机械信号通过级联传递：从整合素到FAK、RAC1、PAK1、BAD再到Bcl-2家族蛋白
3. 信号到达线粒体脂肪酸合成(mtFAS)通路，该通路消耗一种称为丙二酰辅酶A的分子
4. 当引力减弱时，丙二酰辅酶A积累，导致线粒体翻译机制的赖氨酸丙二酰化，抑制蛋白质生产的起始和延伸阶段
结果是线粒体蛋白质减少，ATP生成减少，最终导致肌肉收缩和修复的能量减少。
超重力(10倍地球引力)产生了相反的效果，激活了线粒体翻译。而且这种效应是可逆的：将细胞恢复到正常引力即可恢复生产。
与已知问题的联系
科学家多年来已知宇航员的肌肉在太空中会萎缩。宇航员在国际空间站六个月后的活检显示，线粒体蛋白质组出现显著下调，特别是在比目鱼肌中，这是一种姿势维持的抗重力肌肉，最先且最严重地受到影响。
新研究为这些观察结果提供了统一的分子解释。比目鱼肌正是在微重力中机械负荷减少最多的组织，研究中的小鼠模型证实，后肢卸载通过相同的通路减少了线粒体翻译。
“这一机制与辐射损伤或氧化应激是分开的，”作者指出。研究团队明确排除了线粒体DNA损伤、断裂或应激反应，确认这是一种纯粹的机械感知效应。
对火星任务的重要意义
为期约三年的火星往返任务将使宇航员持续暴露于微重力环境中，使肌肉和骨骼衰退成为关键的生物医学障碍。将线粒体功能障碍确定为上游原因而非下游结果，为防护措施开辟了新途径。
最直接的干预是机械性的：运动和人工重力可以直接激活FAK到mtFAS的信号级联。运动较多的宇航员已经显示出更好的肌肉质量和线粒体功能保持。但对于多年任务，仅靠运动可能是不够的。
该论文确定了几个潜在的药理学靶点：
- 层粘连蛋白-整合素激动剂，以人为增强细胞黏附信号
- FAK激活剂，以绕过重力感知步骤
- mtFAS通路增强剂，以阻止翻译机制的丙二酰化
- Sirt5激活剂，以逆转抑制性化学修饰
“这些发现为开发能够在深空任务期间保持肌肉和骨骼健康的药物提供了路线图，”作者总结道。
婷 翻译