太空旅行者肠道微生物群的变化和骨质流失之间的联系

　　宇航员(包括人类和啮齿类动物)的骨密度在太空中会下降。研究人员在4月19日的《细胞报告》杂志上报告说，太空旅行者肠道微生物群的变化可能与这种骨质流失有关。在国际空间站呆了一个月或更长时间的啮齿动物的微生物群发生了变化，并且更加多样化，而在太空中大量繁殖的细菌物种可能有助于增加影响骨骼重塑过程的分子的产生。

　　

   

   

图片:这是一只戴着太空头盔的啮齿动物的插图。

来源:Liana Wait

宇航员(包括人类和啮齿类动物)的骨密度在太空中会下降。研究人员在4月19日的《细胞报告》杂志上报告说，太空旅行者肠道微生物群的变化可能与这种骨质流失有关。在国际空间站呆了一个月或更长时间的啮齿动物的微生物群发生了变化，并且更加多样化，而在太空中大量繁殖的细菌物种可能有助于增加影响骨骼重塑过程的分子的产生。

资深作者、微生物学家、福赛斯研究所首席执行官Wenyuan Shi说，“这只是另一个生动的例子，展示了微生物群和哺乳动物宿主之间的动态相互作用。肠道微生物群在不断地监测和反应，当你暴露在微重力环境中时也是如此，我们还没有发现微生物组的变化与微重力下观察到的骨质流失之间是否存在因果关系，以及这是否仅仅是一种后果，还是一种积极的缓解措施，但这些数据令人鼓舞，并为探索创造了新的途径。”

我们的骨头不是静止的;即使我们完全长大了，在一个被称为骨重塑的过程中，材料也在不断地被添加、移除和转移。最近的研究表明，肠道微生物可能通过多种机制影响骨重塑，包括与免疫系统和激素系统的相互作用。微生物也会因为自身的新陈代谢而产生各种分子，其中一些代谢物与负责骨重塑的细胞间接相互作用。

我们预计微生物群会受到太空旅行的影响，原因有几个。“首先，有物理力量在起作用，比如微重力和宇宙辐射暴露，它们不仅影响细菌细胞，也影响人体细胞，同样，微重力暴露对宿主生物系统也会产生许多影响——免疫系统异常、肌肉骨骼变化、昼夜节律改变、压力——当这些系统变得不平衡时，微生物群落也可能被破坏。”

为了探索微生物群在长时间暴露于微重力环境下是如何变化的，并调查这些变化与骨密度之间的可能联系，研究人员将20只啮齿动物送到了国际空间站。其中10只啮齿动物在4.5周后活着返回地球，研究人员追踪了它们返回时微生物群的恢复情况。剩下的10只太空啮齿动物在轨道上总共停留了9周。20只“地面控制”啮齿动物被安置在地球上相同的环境中——尽管没有微重力。研究小组在发射前、返回地球后和研究结束时，对不同组的微生物群落进行了表征和比较。他们还评估了暴露在微重力下整整9周的太空啮齿动物血清代谢物的变化。

Shi说:“这是NASA历史上第一次将一只啮齿动物活着送回地球。”“这意味着我们能够收集有关太空变化的信息，然后在它们返回时监测它们的微生物群的恢复情况。好消息是，尽管微生物群在太空中发生了变化，但这些变化似乎不会在返回地球后持续存在。”

当研究小组对太空啮齿动物和地面啮齿动物的肠道微生物群进行表征和比较时，他们发现太空啮齿动物的肠道微生物群更多样化。两种类型的细菌——乳酸菌和多利亚菌——在暴露于微重力环境中的啮齿动物中含量要高得多，而在太空中停留9周和4.5周的啮齿动物中含量甚至更高。这两种细菌的代谢也可能导致了与微重力暴露有关的检测到的代谢物升高。

Bedree说:“当我们绘制乳酸菌和Dorea的遗传途径时，它们似乎与微重力暴露时代谢产物的升高一致。”“当一个人在微重力下经历骨质流失时，他们的身体会试图补偿，体内的生物系统也会这样做，这是有道理的，但我们需要做更多的机械研究来真正验证这些假设。”

一个可能影响啮齿类动物在太空中改变微生物群的非微重力因素是，它们无法进行食粪，这是一种正常的啮齿动物行为，它们吃自己的粪便，这会将微生物重新引入肠道。然而，4.5周后从太空返回的啮齿动物在返回时能够进行食腐，这可能有助于它们的微生物群恢复。

虽然这项研究揭示了微生物群在太空旅行中是如何变化的，但作者说，需要做更多的工作来了解微生物群和骨密度之间的可能联系。他们计划在地球上继续这项研究。

如果我们能弄清楚哪些微生物能维持骨密度，就能帮助宇航员在太空中保持健康。研究人员表示，这些信息也可以帮助地球上那些因非重力原因而骨质流失的人。“这可能会带来治疗骨质减少或骨质疏松症等疾病的新工具，所以这不仅仅是太空中的一个孤立的故事，”施说。

文章标题

Specific Host Metabolite and Gut Microbiome Alterations Are Associated with Bone-loss During Spaceflight