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除了关心宇航员吃啥,更要关注这个问题!

编者按:

6 月 17 日 9 时 22 分,神舟十二号载人飞船发射圆满成功,飞船与天和核心舱快速自主交会对接,组成船舱组合体,三名宇航员进驻天和核心舱。近日,三名宇航员开启“太空吃播”,展示了 120 种航天餐,馋倒网友。然而,除了吃,我们还要关注太空环境对人体微生物组的影响。

今天,我们共同关注宇航员微生物组。希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发和帮助。

太空飞行造成的健康问题

太空飞行对人体来说十分艰难。失重会诱发令人呕吐的晕动病,即空间适应综合征。随着时间推移,失重可能还会导致肌肉萎缩、骨骼退化和其他健康问题。

美国宇航局(NASA)及其世界各地的航天机构早已认识到这些健康威胁,并制定了有效的对策。但是,随着他们学会如何应对零重力环境的挑战,其他问题却随之出现了。

2016 年 NASA 在International Journal of General Medicine上发表的一项研究[1]显示,处于太空环境中的人类的免疫系统会受到干扰。该研究发现,当人们处于在太空中,从 T 细胞的信号活动到细胞因子的产生和作用,几乎所有参与健康免疫过程的分子和标志物都会失调,而且这种失调似乎促成了许多有据可循的健康问题。

例如,宇航员在太空中经常出现皮疹、过敏、上呼吸道和尿道感染。同时,很容易爆发长期潜伏的病毒感染,例如由各种疱疹病毒引起的感染。这些感染的爆发可以引起包括口唇疱疹、带状疱疹、单核细胞增多症和宇航员间可以相互传染的疾病在内的其他健康问题。

所有的这些免疫问题并不是都会在宇航员返回地球后消失。人们担心[2],由于免疫相关的变化或其他健康损害等,长期的太空飞行,可能会使宇航员更容易患各种癌症、心脏病或炎症性肠病(IBD)等。

太空旅行的很多方面都可能会使宇航员的免疫系统失控。但是 NASA 的研究人员更多地关注于人类微生物组――生活在我们身上或体内的数万亿微生物,它们在我们的免疫系统中发挥着至关重要的作用。

他们已有的研究发现可能对生活在地球上的人有着重要意义。

微生物组的变化

人体是多个不同微生物生态系统的家园,每一个都由不同种类的细菌组成。我们有皮肤微生物组、肠道微生物组、鼻腔微生物组,还有几个其他部位的微生物组。

“每个生态系统中的微生物对人体健康发挥着不同的作用。”马里兰州 J.Craig Venter 研究所传染病系助理教授 Hernan Lorenzi 博士说道。

Lorenzi 主导了 NASA 的一些研究项目,研究长期太空旅行对微生物组影响。

在 2019 年发表在Scientific Reports的一项研究中[3],他和他的同事们从 9 名在国际空间站(ISS)上度过了 6 个月到 1 年的宇航员身上,收集了皮肤、鼻腔、舌头和肠道细菌样本。“我们发现,基本上,在执行任务期间,许多微生物组发生了变化,其中一些变化与宇航员免疫反应的变化有关。”他说道。

例如,Lorenzi 团队发现宇航员皮肤上的变形菌门有所下降。“众所周知,变形菌门对过敏等超敏反应起着保护作用。”他解释道。长时间的太空飞行经常会诱发皮疹、皮肤感染和其他皮肤病。“这些是宇航员最常见的不良反应,可能正是皮肤上这些细菌的变化促成了这一点。”他补充道。

Lorenzi 和他的同事还观察到宇航员肠道微生物的变化。

“我们发现,肠道微生物组的变化与某种免疫失调有关,如果它演变成慢性疾病,可能会导致包括癌症在内的多种问题。”他说道。这些变化包括三种细菌(Fusicatenibacter、假丁酸弧菌和阿克曼菌)丰度降低,这些细菌与较低的肠道炎症水平有关。

“我们还发现一些已知有助于肠道上皮细胞(即胃肠道外壁)保持健康的细菌减少了。”他还说道。越来越多的研究表明,上皮细胞功能障碍与 IBD 密切相关,这是一种过去 20 年中在美国和其他地方激增的肠道疾病。

细菌影响人类健康的方式不胜枚举。但毫无疑问地是,科学已经证明,我们身上的细菌能帮助塑造和调节我们免疫系统、神经系统以及具有其他多种功能,而不是作为一群“被动的乘客”。

一个人的肠道微生物的组成似乎特别重要,其细菌种群的不平衡或不规律与许多疾病有关――从肠道疾病、自身免疫疾病到心理健康问题。研究还将肠道微生物因素与个体感染 Covid-19 的风险联系起来。

在大多数情况下(但不是全部),宇航员的微生物在返回地球后的两个月内就会恢复到原有的基本组成。但究竟是什么让他们在太空旅行产生了变化?

“这是个好问题,”Lorenzi 说,“我们认为饮食可能发挥了作用,尽管宇航员的饮食是为了保持他们的健康。”他表示压力、零重力和昼夜节律紊乱都可以部分解释微生物的变化。

但他也表示,ISS 上的无菌环境可能是促成这一结果的原因。“人们认为,尽量保持清洁,并试图对所有东西消毒更健康,但我认为,我们的研究表明,在一个极度干净、无菌的环境中并不是一件好事。”

更自然的太空环境?

我们的身体或空间可能过于干净,这并不是一个新的想法。

至少从 1989 年开始,“卫生假说”――我们的健康可能取决于我们与细菌的相互作用,甚至可能是与某些病菌的相互作用,就已经被四处传播,并逐渐流行起来。那一年,流行病学家 David Strachan 发现[4],“不卫生的接触”与儿童患花粉热、湿疹和其他免疫介导疾病的风险下降之间存在联系。

有一段时间,一些专家否认卫生假说,因为没人能解释它是如何运作的。我们认为病菌是有害的(当然,有些病菌是有害的),我们把体内的细菌看作是机会主义的偷渡者,而不是必要的伙伴。

但是,最近 10 年的科学形成了“微生物组在人类健康中发挥作用”这一认识,证实了健康和我们与细菌间的相互作用的联系。

在这一点上,研究人员已经确定,在生命早期接触“有益”细菌有助于建立身体的不同微生物组,然后这些微生物组会“编码”并调节免疫系统的活动[5]。

同样清楚的是,用强效抗生素不加选择地杀死体内的细菌,特别是如果是在一个人年轻时使用,在某些情况下[6],会导致或促进肥胖、哮喘、过敏、自身免疫疾病和神经发育障碍的发生[7]。

另一方面,科学才刚刚开始探索有助于成人微生物组健康的活动或暴露环境。

我们知道一个人吃的食物(或不吃的食物)会影响道微生物的组成。但直到最近,还没有任何人提出,周围过度无菌的环境可能是一个问题。这一想法仍然存在争议,但越来越多的研究表明,我们与细菌持续的相互作用――例如,我们在大自然中,与宠物[8]或其他人相处[9],对我们的微生物组的组成和健康至关重要。

“如果你在一个非常干净的环境中,我认为,可以预见的是,你的微生物组将变得不那么丰富,因为你无法通过接触获得微生物,”Lorenzi 说,“在 NASA,大家一直在讨论,在飞船内创造一个更绿色、更自然的环境实际上是否会更好,这样宇航员就可以与能够和他们相互作用的、支持免疫健康的正常微生物相接触。”

在太空中,由于许多原因,会存在很多问题。“太空探索的目标之一就是识别其他星球上的生命,所以尽可能减少环境被污染的风险是十分重要的,这也包括宇航员和他们的宇宙飞船,”他解释道,“所以,这是让一切尽可能无菌的原因之一。”

但在地球上,Lorenzi 的研究(加上成千上万的人类微生物组)表明,我们努力给身体、汽车、工作场所和生活空间进行擦洗、消毒和杀菌,更有可能剥夺我们与有益的细菌接触的机会,而非保护我们免受病原体。这种剥夺可能导致免疫相关疾病和非传染性疾病的急剧、持续增加――从 IBD 和其他肠道疾病到代谢综合征、癌症和自身免疫疾病。

即使在我们仍在努力根除冠状病毒的特殊时期,美国 CDC 也已经承认,通过接触被污染的物体或表面而感染病毒的几率“不到万分之一”,并且,在吃饭前清洁双手会或多或少消除这种已经很轻微的风险。

“当我还是个孩子的时候,人们认为所有与微生物的接触都是不好的,”Lorenzi 说,“但现在我们知道,实际上只有极少数微生物会导致疾病,许多微生物是我们生存的根本。”

参考文献

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1.Crucian, Brian et al. “Incidence of clinical symptoms during long-duration orbital spaceflight. “International journal of general medicine” vol. 9 383-391. 3 Nov. 2016, doi:10.2147/IJGM.S114188

2.Akiyama, T. et al. “How does spaceflight affect the acquired immune system?.” npj Microgravity 6.1(2020).

3.Voorhies, A. A., et al. “Study of the impact of long-duration space missions at the International Space Station on the astronaut microbiome.” Scientific Reports 9.1(2019): 9911.

4.Strachan, D P. “Hay fever, hygiene, and household size.” BMJ (Clinical research ed.) vol. 299,6710 (1989): 1259-60. doi:10.1136/bmj.299.6710.1259

5. Rook, Gaw. “Hygiene Hypothesis and Autoimmune Diseases.” Clinical Reviews in Allergy and Immunology 42.1(2012): p.5-15.

6.Ramirez, J., Guarner, F., Bustos Fernandez, L., Maruy, A., Sdepanian, V.L., Cohen, H., 2020. Antibiotics as Major Disruptors of Gut Microbiota. Front. Cell. Infect. Microbiol. 10. 10.3389/fcimb.2020.572912

7.Vangoitsenhoven, Roman, and Gail A M Cresci. “Role of Microbiome and Antibiotics in Autoimmune Diseases.” Nutrition in clinical practice: official publication of the American Society for Parenteral and Enteral Nutrition vol. 35, 3 (2020): 406-416. doi:10.1002/ncp.10489

8.Song, S. J., et al. “Cohabiting family members share microbiota with one another and with their dogs.” Elife.

9.Finlay, B. B., et al. “The hygiene hypothesis, the COVID pandemic, and consequences for the human microbiome.” Proceedings of the National Academy of Sciences 118.6.e 2010217118(2021).

原文链接:

https://elemental.medium.com/what-a-nasa-study-on-astronaut-microbiomes-reveals-about-our-health-back-here-on-earth-5e51c65c3932

作者|Markham Heid

编译|Dayu

审校|617