未來人類移民外星球面臨第一個健康問題是：骨質疏鬆

知識 07-13

今年春天，我國首顆微重力科學實驗衛星——實踐十號返回式科學實驗衛星(以下簡稱實踐十號)，成功地帶著相關實驗項目返回地球，總共在軌時間12天。

這顆專為科學設計的衛星，搭載了19位「乘客」進行空間科學實驗。

其中有一個項目：微重力條件下骨髓間充質幹細胞的骨細胞定向分化效應及分子機制研究，來自浙江大學生命科學院王金福教授的團隊，它研究的是，在微重力環境下幹細胞生成骨細胞的過程有什麼異常。

「返回艙從太空飛回基地後，我的學生們連夜把實驗裝置帶回杭州。」王金福說。最近，他的實驗室完成了對實驗樣品的分析。

昨天，錢報記者專訪了王金福教授，獨家解密——飛了一趟天的幹細胞，帶回來什麼信息給地球。

還原實踐十號：

上天兩周

這些幹細胞經歷了什麼

浙大的這項實驗是在骨髓培養箱中進行的，這個培養箱有兩組培養單位，每組有3個培養單元，每個培養單元里有50萬個活的人體幹細胞。兩組培養單元里的細胞任務周期不同：一組只需要2天；另一組則進行7天實驗。

兩組幹細胞同時開始在誘導液的作用下，進行骨細胞誘導分化。

這個過程，完全模擬了人體內幹細胞分化成骨細胞的過程，也就是長骨鈣的過程。

在地球上，人類每時每刻都在經歷骨鈣生成和丟失這兩個過程。「健康的人，這一進一出的過程是保持平衡的。如果骨鈣生成多於丟失，就會骨質增生；如果丟失多於生成，就是骨質疏鬆。」王金福說，骨鈣的生成，主要由骨質幹細胞分化而來。

唯一不同的是，天上的幹細胞在微重力情況下分化骨細胞。

第一組完成2天誘導後，形成的新細胞被自動裂解並低溫保存；第二組完成一周誘導後，形成的新細胞被固定並低溫保存。

同樣的兩項實驗，王金福實驗室在地面也進行了一遍。

2016年4月18日16時30分，實踐十號準確降落在內蒙古四子王旗預定著陸區域。在直升飛機帶著返回艙回到基地後，王金福和學生們第一時間從返回艙中取出兩個培養單位，連夜帶回杭州進行分析。

「通過分析我們發現，第一個單元的細胞狀態表明，幹細胞到了太空，促使骨細胞分化相關的基因和蛋白表達水平的活性降低了；第二個單元里，幹細胞變成骨細胞的量，比地球上做的比對實驗產生的量要少。」

科學家們此前的研究表明，宇航員在微重力的環境中，骨質流失加劇。

但是王金福團隊的實驗證明，在太空微重力環境下，不僅人會丟失骨鈣，就連形成骨鈣的機制也發生了問題。他們是全球第一個通過太空實際微重力實驗，證明這個結論的團隊。

如果將來人類有長期居住太空，甚至移民外星球的打算，首先面臨的嚴峻挑戰是：嚴重的骨質疏鬆。

「可以作個比較，比如孕婦是另一個容易發生骨質流失的人群。宇航員在太空中一個月產生的骨質流失，相當於孕婦10個月骨質流失的量。」王金福說。

這就是為什麼以身體倍兒棒著稱的宇航員們，返回地球時都站不起來，更不要說自行走出艙門——他們體內的骨鈣既不能開源又不能節流。

展望明年天舟一號：

親眼看看

骨細胞為什麼產不出來

「這一發現表明微重力環境下，骨質的流失和生成兩個方面同時發生作用，最終使宇航員患上嚴重的骨質疏鬆。」王金福說，「但幹細胞定向分化為骨細胞的過程，還一直沒有在真正的太空微重力環境中得到詳細觀察。」

這就是王金福的團隊接下來還將要送上天的一項實驗。

明年上半年，中國大型火箭長征七號將發送中國貨運飛船天舟一號上天。王金福實驗室的一批幹細胞，將再次搭載上天。

這批幹細胞不再返回地球，但它們也不再閉門獨自行動。它們在太空中的一舉一動，都將被地球上的科學家觀察到。

讓我們放大看看每一個幹細胞：

先搞清楚三個關鍵物質：整合素，胞外基質，黏著斑。

人的細胞間，之所以能夠相互連接組成網路結構，是靠胞外基質彼此連接。而整合素，是一頭連接著細胞內部的蛋白，一頭連著胞外基質的物質。

地球上，細胞外的胞外基質受到力的作用，形態會發生改變，傳遞給整合素，導致整合素連接的蛋白聚焦到一起，形成黏著斑。這些斑點很重要，它會激活細胞內相關酶的活性，誘導細胞中的蛋白分化形成骨細胞。

王金福實驗室推測，之所以實踐十號上的幹細胞降低了生成骨細胞的能力，是因為在失重環境下，黏著斑沒有正常形成，「這導致了後續一整條信號通路沒有啟動。」

生成骨質的「命令」沒有傳達進去。

等天舟一號帶著幹細胞上天，王金福想親眼看看這個過程。他說，搞清楚這個機制，有助於人類研發對骨細胞生成起作用的分子藥物。

因為在這種骨鈣既不能正常生成又在不斷流失的情況下，宇航員僅僅通過鍛煉是不夠的。這也解釋了，為什麼NASA宇航員斯考特凱利大叔在國際空間站待了340天，他對抗「腿軟」的辦法就是鍛煉，但是這些運動縱然練出馬甲線、人魚線，也只能暫緩外太空中骨細胞急劇減少的狀況。

斯考特是NASA有名的身體倍兒棒宇航員，但是在直播他返回地球的視頻中也能看到，大叔出倉後也是被抬出來的，並且出來以後在椅子上坐了很久。

「我們已經在實驗室用小分子調節，發現確實能夠增強失重環境下骨細胞的生成。」王金福說。

不過王金福團隊的實驗發現，幹細胞分化骨細胞的能力減弱的同時，分化成脂肪的功力見長。所以斯考特叔叔在太空鍛煉身體，保骨鈣的作用不一定明顯，減脂說不定還是很有效的呢。

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