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（ 2003-05-22 14:42:38 ） 稿件来源： 科学时报
“神舟”系列飞船的发射成功，意味着中国人很快将实现载人航天的梦想。除了飞船技术的突破，如何保障航天员的健康也早已成为我国科学家关注的课题。日前，记者从航天医学工程研究所细胞与分子生物学实验室了解到，该实验室的科学家们在保障航天员在轨飞行期间的安全和医学防护方面获得了一批重要成果。
微重力效应影响航天员身体健康
生物在长期的进化过程中，形成了与地球重力环境相适应的生理结构与功能特征，但进入太空后，由于地球重力作用几乎完全消失，生物有机体处于一种失重状态。人类４０多年的航天实践表明，微重力环境对航天员的健康、安全和工作能力会产生重要影响，中长期航天飞行可导致航天员出现多种生理、病理现象，主要表现为心血管功能障碍、骨丢失、免疫功能下降、肌肉萎缩、内分泌机能紊乱、工作能力下降等。
航天员心血管方面的保护是该实验室的重要研究内容。研究负责人李莹辉博士告诉记者，尽管航天员都经过一系列严格的心血管功能检查，不存在任何心脏疾病，但在航天飞行中仍有很多人在静息或出舱活动时出现室性、房性、结性期前收缩、房室分离或ＳＴ－Ｔ变化等心脏功能障碍；心肌细胞出现线粒体肿胀、嵴断裂、ＡＴＰ酶活性下降等心肌的退行性变化，严重影响人体健康和工作效率，因而成为中长期载人航天飞行的一大障碍，也是迫切需要解决的航天医学问题。
从细胞分子水平找办法
近年来，科学家们已经从空间飞行效应的现象观察深入到这些变化的机理研究，从宏观的整体组织水平深入到微观的细胞分子水平，以期通过研究空间环境因素导致人体生理、病理变化的内在发生机理，提出和制定针对性强的有效对抗防护措施。李莹辉博士领导的课题组利用空间实时飞行、地面模拟等研究模型，在细胞分子学水平探索微重力因素对细胞的影响及其药物防护作用。
李莹辉博士介绍说，由于空间实验机会难得，样品数量有限，实验费用高昂，开展地面模拟研究就成为航天医学研究的必备手段。回转器是目前国际公认的进行微重力细胞学效应研究的重要手段，大量空间实验结果也证明了其有效性。因此他们建立了回转器模拟失重动态心肌细胞培养模型，使具有正常搏动功能的心肌细胞在体外条件下连续培养１２６天；在建立该实验模型的基础上，针对微重力条件下的心肌收缩功能下降，重点研究了模拟微重力效应对心肌细胞一氧化氮途径和细胞骨架系统的影响。
探索心肌功能受损的机理
据介绍，一氧化氮是有机体内一种重要的“信使”分子，广泛参与细胞内信号的转导过程，一氧化氮的浓度是心肌收缩和舒张的重要调控因子。实验室研究人员通过检测心肌细胞培养体系中的一氧化氮浓度，发现模拟微重力条件下心肌细胞一氧化氮的合成显著加强。而心肌细胞中有两种酶可以合成一氧化氮，一种是组成型一氧化氮合酶，另外一种是诱导型一氧化氮合酶。前者合成基础水平的一氧化氮，为维持正常的心肌收缩所必需；而后者可合成高水平的一氧化氮，抑制心肌收缩，且对心肌细胞有一定的毒副作用。李莹辉博士说，由于发现模拟微重力条件下后者表达上调，他们推测，通过这种途径，心肌细胞合成了大量的一氧化氮，过高浓度的一氧化氮可能是导致失重条件下心肌细胞收缩功能下降的重要原因。进一步的实验表明，模拟微重力条件通过一种通用的细胞内信号分子——蛋白激酶Ｃ使心肌细胞一氧化氮途径上调。这一成果发表在《中国科学》上，为解释模拟微重力影响心肌细胞收缩功能的机制提供了一个新的角度。另外，也为阐明心衰、高血压等心脏疾病的发生机制提供了重要线索。
近期的《动物学报》则刊登了实验室关于细胞骨架分布变化的研究结果。研究人员分别利用抗微管蛋白的单克隆抗体和微丝蛋白的荧光探针，对心肌细胞内的微管和微丝骨架进行了免疫双荧光染色。这组在激光共聚焦显微镜下拍摄的照片用绿色和红色的线条显示细胞内微管和微丝形成的网络。实验室研究人员熊江辉硕士告诉记者：“染成红色平行分布的微丝，以及染成绿色形成紧密网络的微管，特别是在微管网络中心的一个细胞核‘空洞’，让人体会到一种生命与自然的美感。”实验结果表明，模拟微重力条件下心肌细胞的微管微丝分布发生了显著的变化：微丝和微管集中分布于近细胞核的区域，而靠近细胞膜处的分布很少；同时微管和微丝排列的有序性下降，有一定的弥散性趋势。
他们还发现一种中药单体槲皮素能改善心肌细胞功能、增强心肌收缩力，较有效地对抗模拟失重对心肌细胞收缩功能的影响。熊江辉介绍说，槲皮素是一种天然的黄酮类化合物，存在于银杏等许多植物体内，具有明确的抗肿瘤、抗血小板聚集、抗氧化作用，并影响多种酶的活性。研究表明，槲皮素可显著抑制模拟微重力效应引起的一氧化氮合成增加和微丝、微管重排，更加证实了一氧化氮和细胞骨架系统的变化是模拟微重力下心肌收缩功能下降的原因之一。
专家认为，如果这些结果通过空间实验得到证实，将为制定针对中长期空间飞行条件下心脏功能下降的防护措施提供科学依据。据透露，早在１９９９年，李莹辉博士领导的课题组就通过与欧空局的合作，在ＰＨＯＴＯＮ－１２返回式卫星上成功进行了空间成骨细胞搭载飞行实验，研究了空间飞行对成骨细胞的影响，并初步筛选出能有效提高成骨细胞功能、对抗空间骨丢失的药物，对其防护机理的深入研究仍在进行中。目前他们正在建立具有我国自主知识产权的一系列可用于航天飞行器的细胞实验与检测平台，为进一步探索微重力条件对多种细胞如心肌细胞、成骨细胞、免疫细胞的影响奠定基础。他们最新研制的一种小型细胞自动培养与记录实验装置引起了欧空局航天专家的兴趣，正在通过国际合作，利用失重飞机抛物线飞行提供的短期失重、超重条件，研究重力变化对多种细胞的影响。 (记者 肖洁) |
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