The Seventh National Aerospace and Biomedical Engineering Training Class 2023
全国空间与医学工程培训班 2023
基因端粒在空间中的变化和机制
魏宇琳 韦彦彤 张苹钏 尚晨宇 王盈
端粒相关背景实验:
NASA双胞胎空间飞行对照实验
无亲属关系宇航员实验
实验结果--端粒变化
实验分析--影响端粒变化的机制
全国空间与医学工程培训班 2023
端粒变化对未来医学的影响
The Seventh National Aerospace and Biomedical Engineering Training Class 2023
全国空间与医学工程培训班 2023
The Seventh National Aerospace and Biomedical Engineering Training Class 2023
端粒是染色体的重复末端特征，对维持基因组完整性至关重要，端粒会随着细胞分裂、生活方式因素和压力以及环境暴露而缩短，因此端粒是健康、衰老和老年相关疾病的可靠生物标志物。
全国空间与医学工程培训班 2023
NASA双胞胎对照研究实验
美国国家航天局（NASA）对一名在“国际空间站”执行一年期任务的航天员进行了飞行前，中，后期检测，并以他的同卵双兄弟作为遗传匹配的地面对照。纵向评估出一些航天飞行的特定变化包括体重下降，颈动脉扩张，眼球变化等。其中最为重要一项发现是飞行期间端粒长度显著增加。
左为宇航员斯科特，右为他的双胞胎哥哥马克
The Seventh National Aerospace and Biomedical Engineering Training Class 2023
全国空间与医学工程培训班 2023
The Seventh National Aerospace and Biomedical Engineering Training Class 2023
NASA双胞胎实验对照结果
全国空间与医学工程培训班 2023
The Seventh National Aerospace and Biomedical Engineering Training Class 2023
在NASA一年任务双胞胎实验之后，同一研究团队评估了三名无亲属关系的宇航员在国际空间站上执行1年或6个月任务之前、期间和之后的端粒长度动态。
最后结果与其对于双胞胎的研究结果类似：
●在太空飞行期间，两名6个月任务宇航员的端粒明显较长；
●所有三名宇航员的端粒长度在返回地球后迅速缩短；
●总体而言，太空飞行后的端粒长度往往比太空飞行前更短；
●与长期暴露于太空辐射环境相一致的是，还检测到了持续的DNA损伤反应特征，包括线粒体和氧化应激、炎症、端粒和染色体畸变。
全国空间与医学工程培训班 2023
NASA 非双胞胎对照研究实验实验
The Seventh National Aerospace and Biomedical Engineering Training Class 2023
全国空间与医学工程培训班 2023
The Seventh National Aerospace and Biomedical Engineering Training Class 2023
端粒酶活性
尽管端粒酶活性是太空飞行期间端粒从头延伸的最明显的竞争者，但在太空飞行期间收集的样本中不可能直接获得端粒酶活性。
与在一年任务双胞胎宇航员太空飞行期间收集的样本结果类似，两个6个月任务的宇航员的端粒酶活性在太空中 "丢失"，这也可能是由于联盟号飞行器将环境血液样本从国际空间站返回地球时不可避免的热量和/或时间造成的。
在太空飞行前后，所有三名无亲属关系宇航员的端粒酶活性水平都低于地面对照组，这与斯科特的端粒酶活性水平低于马克一致，并与一般宇航员相似。
斯科特飞行后的端粒酶活性水平与飞行前的水平相似；然而，如果将三位无亲属关系宇航员加在一起，他们在太空飞行后的端粒酶活性显著升高。虽然这一发现有可能表明端粒酶在太空飞行期间观察到的端粒伸长中的作用，但目前还不清楚端粒酶在太空飞行中的作用。
全国空间与医学工程培训班 2023
The Seventh National Aerospace and Biomedical Engineering Training Class 2023
目前尚未明确太空对端粒长度的影响及其机制，现有推测及实验数据如下：
基因表达结果支持了航天飞行特有的端粒长度动态变化，因为在飞行时，在 CD4 和 CD8 细胞（两种T细胞）中，Scott下调的 DEG 在端粒末端包装和端粒维持途径中显著富集
Scott在从太空返回后，端粒比进行航天前要短；而后续的三位宇航员端粒在返回后相对于之前有变长的，也有变短的→NASA 推断，端粒短暂性变长可能与宇航员在空间站内更多的运动量有关，但太空活动究竟是否会影响宇航员的寿命，目前尚无定论
为了支持辐射暴露与宇航员观察到的端粒长度动态显着变化之间的机制联系，在一项针对接受调强放射治疗 (IMRT) 的前列腺癌患者的单独研究中观察到了类似的趋势，其中平均端粒长度（血液中的端粒长度） 在基线样品体外暴露后以及体内治疗后立即更长
端粒对未来
医学的影响
与现代医学研究的相关性：
确定太空环境中影响导致衰老的生物标志物（biomarkers）的因素，可以进一步研究与年龄相关的退行性疾病(例如，心血管疾病和癌症等)
癌症或发育中的胚胎中有端粒选择性延长现象（alternative lengthening of telomeres）
研究障碍
样本数量的局限性：
面对的挑战：
空间中的应用：
预计研究结果将提高对航天飞行对衰老过程影响的理解，并可能导致更好的对策来保护机组人员的健康。
地球上的应用：
衰老和与年龄相关的疾病，如心血管疾病和癌症，都与端粒缩短有关。
全国空间与医学工程培训班 2023
The Seventh National Aerospace and Biomedical Engineering Training Class 2023
参考文献
谢谢！