Cell | 太空环境中的造血干/祖细胞衰老：来自纳米生物反应器的直接证据

撰文 |eternallj

造血干/祖细胞（hematopoietic stem and progenitor cells, HSPCs）维持血液系统稳态和免疫功能，其核心特征包括休眠（dormancy）、端粒维护以及自我更新能力。衰老导致这些特征逐渐丧失，表现为干性下降、端粒不稳定以及克隆性造血（clonal hematopoiesis, CH）的出现。已有NASA “双胞胎研究”提示长期低地轨道（LEO）暴露会引起免疫失调、端粒改变和炎症反应，但HSPC层面的直接证据一直缺乏。

2025年9月4日，加州大学圣地亚哥分校Catriona Jamieson团队在Cell Stem Cell上发表了文章Nanobioreactor detection of space-associated hematopoietic stem and progenitor cell aging。他们与 NASA 和 Space Tango 合作，开发了三维纳米生物反应器（nanobioreactor），结合荧光标记的细胞周期监测系统 FUCCI2BL 与 AI算法，在国际空间站上实现了人源骨髓CD34⁺HSPCs的实时动态追踪。实验基于四次 SpaceX补给任务（SpX-24 至 SpX-27），在轨培养时间为 32–45 天，返回地面后进行功能学检测与多组学分析。

研究设计的关键在于：一方面，纳米反应器通过自体CD34⁻基质细胞重建骨髓微环境，从而在空间条件下长期维持HSPCs的存活；另一方面，FUCCI2BL报告系统与AI成像分析提供了细胞周期动力学的量化指标，使得在轨监测成为可能。

结果显示，空间环境显著加速了HSPCs的衰老表型。首先，FUCCI2BL成像表明干细胞休眠显著减少，细胞周期转运加快。功能学检测进一步确认了克隆形成能力和再传代能力下降，并伴随ADAR1 p150自我更新相关基因表达的抑制。其次，全基因组测序与转录组分析揭示，端粒维护相关基因（如 CST-POLA 复合物成员）下调，提示端粒复制不稳定；线粒体基因表达谱和代谢途径显著改变，IL-6 等炎症因子上调，而干扰素通路下调，表明微环境应激反应失衡。更为关键的是，WGS发现了大量C→T突变，与APOBEC3C脱氨酶活化一致，并检测到多例 CH 相关基因突变（ASXL1、CEBPA、KMT2A 等），提示太空环境加速获得不利克隆事件，具有潜在的白血病风险。

值得注意的是，研究还探讨了太空诱导衰老的可逆性。实验表明，当这些衰老的HSPCs与年轻来源的骨髓基质细胞（HS-27A）共培养时，其再生和自我更新能力部分恢复，并伴随ADAR1水平的回升及炎症信号下调。这提示微环境干预可能成为缓解太空相关HSPC衰老的潜在策略。

总体而言，本研究首次在空间条件下结合功能学和多组学手段，提供了太空环境加速造血干/祖细胞衰老的直接证据。其机制涉及端粒维护障碍、干性丧失、线粒体应激、炎症失衡及 APOBEC3 相关的突变积累。该发现不仅为深空探索任务中航天员的长期健康保障提出了挑战，也为理解地球上造血干细胞衰老、克隆性造血及白血病发生机制提供了新的研究模型。

图解： 与地面对照相比，国际空间站（ISS）任务显示，太空飞行会加速造血干/祖细胞（HSPC）衰老的典型特征，包括：在人工智能驱动的 FUCCI2BL 干细胞生态位纳米生物反应器中休眠减少、自我更新再传代能力及 ADAR1自我更新相关基因表达下降、端粒维持受损、线粒体应激反应增强、APOBEC3C 活化，以及获得性克隆性造血突变的出现。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.stem.2025.07.013

制版人：十一

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