腸道細菌或與太空骨流失存在關聯

科學家已經發現，宇航員的骨密度在太空中會下降。現在，國際空間站的科學家發現，太空旅行者腸道微生物群的變化可能與骨質流失有關。相關研究近日發表于《細胞報告》。

美國科學家發現，在國際空間站呆了一個月或更長時間的嚙齒動物體內微生物群落改變了，且微生物群落更加多樣化，而在太空中繁殖的細菌物種或有助增加已知影響骨骼重塑過程的分子的產生。

(資料圖)

“這是微生物組和哺乳動物宿主之間動態相互作用的又一個生動案例。腸道微生物群在不斷地監測和反應，當你暴露在微重力環境中時也是如此。”論文通訊作者、美國福賽斯研究所首席執行官史文淵（音譯）說。

他表示，盡管目前尚未發現微生物群的變化和在微重力下觀察到的骨質流失之間是否存在因果關系，以及這只是一種結果還是一種積極的補償，但這些數據令人鼓舞，并為探索開辟了新的途徑。

人的骨骼并非靜止的，即使成年人已經完全發育，在被稱為“骨重塑”的過程中，物質也在不斷添加、移除和移動。最近的研究表明，腸道微生物可能通過各種機制影響骨重塑，包括與免疫和激素系統的相互作用。微生物也會因為自身的代謝而產生各種分子，其中一些代謝產物與負責骨重塑的細胞間接發生相互作用。

論文第一作者、福賽斯研究所和加州大學洛杉磯分校的Joseph K. Bedree表示，研究認為微生物組會受到太空旅行的影響有多方面的原因。首先，有物理力量在起作用，如微重力和宇宙輻射暴露不僅影響細菌細胞，也影響人類細胞。同時，微重力暴露會對宿主生物系統產生許多影響——免疫系統不規則、肌肉骨骼變化、晝夜節律改變、壓力，并且當這些系統變得不平衡時，微生物群落也可能被破壞。

為探索微生物群長時間暴露于微重力環境中將如何變化，并調查這些變化與骨密度之間的可能聯系，研究人員將20只嚙齒動物送往國際空間站。其中10只嚙齒動物在4周半后活著回到地球，他們追蹤了這些小鼠體內微生物群落在返回后的恢復情況。剩下的10只太空嚙齒動物在軌道上總共停留了9周。之后20只“地面控制”的嚙齒動物被安置在地球上相同的條件下——盡管沒有微重力。研究小組對各組嚙齒動物的微生物群落進行了特征描述，并在一段時間內進行了比較：發射前、返回地球后和研究結束時。他們還評估了暴露在微重力環境下整整9周的太空嚙齒動物血清代謝物的變化。

“這是NASA歷史上第一次將一只嚙齒動物活著送回地球。”史文淵說，“這意味著我們能夠收集有關太空變化的信息，然后在它們返回時監測微生物群恢復情況。好消息是，盡管微生物群在太空中發生了變化，但這些變化似乎不會在返回地球后繼續存在。”

當研究小組對太空嚙齒動物和“地面控制”嚙齒動物的腸道微生物群進行特征描述和比較時，他們發現太空嚙齒動物的腸道微生物群更加多樣化。在暴露于微重力環境下的嚙齒動物中，有兩種細菌——乳酸菌和多雷亞菌——含量更高，而在太空中呆9周的嚙齒動物的含量甚至高于在太空中呆4周半的嚙齒動物。這兩種細菌的代謝也可能導致了檢測到的代謝產物升高，并與微重力暴露有關。

“當我們繪制乳酸菌和多雷亞菌的遺傳途徑時，它們似乎與微重力暴露期間升高的代謝物一致。”Bedree說，“當一個人處于微重力狀態并經歷骨質流失時，他們的身體會試圖進行補償，而且體內的生物系統也會這樣做，這是有道理的，但我們需要做更多的機械研究真正驗證這些假設。”

研究者表示，一個影響嚙齒動物在太空中微生物群變化的潛在非微重力因素是它們無法食用自己的糞便，這是它們的一種正常行為，會將微生物重新引入腸道。然而，4周半后從太空返回的嚙齒動物能夠在返回時食糞，這可能有助于它們的微生物群落恢復。

雖然這項研究揭示了微生物組在太空旅行中是如何變化的，但史文淵說，還需要做更多的工作了解微生物組和骨密度之間的可能聯系。他們計劃在地球上繼續研究。如果能弄清哪些微生物能維持骨密度，就能幫助宇航員在太空中保持健康。研究人員表示，這些信息也可以幫助那些在地球上因非重力原因而骨質疏松的人。

“這可能會帶來治療骨質減少或骨質疏松等疾病的新工具，所以這不僅僅是太空中的一個孤立故事。”史文淵說。

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圖片來自：Pixabay

相關論文信息：

http://doi.org/10.1016/j.celrep.2023.112299

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