心脏细胞在太空中改变回到地球恢复

凯瑟琳·鲁宾斯在国际空间站培育细胞。来源:细胞出版集团

11月7日发表在《干细胞报告》上的一项研究表明，从干细胞中提取的心肌细胞对太空飞行期间和之后的环境表现出非凡的适应性。研究人员在国际空间站上培养了人类心脏细胞5.5周，并在细胞水平上测试了心脏功能和基因表达。结果表明，暴露在微重力下改变了数千个基因的表达，但大多数正常的基因表达模式在返回地球后10天内重新出现。

“这是人类诱导多能干细胞首次被用于研究太空飞行对人类心脏功能的影响。”斯坦福大学医学院的约瑟夫·吴说:“这项研究可能有助于阐明人类细胞在太空中的行为，尤其是当世界开始执行越来越多的长期太空任务时，比如去月球和火星。”

先前的研究表明，太空飞行可以引起心脏功能的生理变化，包括心率降低、动脉压降低和心输出量增加。然而，迄今为止，大多数心血管微重力生理学研究都是在非人模型或组织、器官和系统水平上进行的。微重力在细胞水平上对人类心脏功能的影响知之甚少。

为了解决这个问题，吴团队和宇航员凯瑟琳·鲁宾斯合作研究了人类诱导的多功能干细胞源心肌细胞。他们通过对血细胞进行重新编码，然后将它们分化成hiPSC-CMs，从三个人身上产生了hiPSC系。SpaceX宇宙飞船将它发射到国际空间站。同时，在地球上培养和比较了地面对照hiPSC-CMs。

太空飞行中的hiPSC-CMs在即将返回地球时显示出正常的结构和形状。然而，它们通过改变脉动模式和钙循环模式来适应空间环境。

此外，研究人员还对国际空间站后4.5周和返回地球后10天采集的hiPSC-CMs的核糖核酸进行了测序。结果表明，飞行、飞行后和地面样品中有2635个基因差异表达。最值得注意的是，与线粒体功能相关的基因通路在太空飞行的hiPSC-CMs中表达更多。

研究人员称，hiPSC-CMs在太空飞行中采用了一种独特的基因表达模式，在回到正常重力环境后，这种模式将恢复到与地面对照组相似的模式。

未来，研究人员计划使用更多的hiPSC衍生的三维心脏组织，包括血管细胞，来研究太空飞行和微重力的影响。

相关论文信息:http://dx.doi.org/10.1016/j.stemcr.2019.10.006