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研究人员为探究微重力对造血干细胞（HSCs）的影响，发现骨髓微环境嘌呤代谢抑制 HSCs 分化，意义重大。
随着人类对太空探索的不断深入，长期太空飞行对人体健康的影响逐渐成为科学界关注的焦点。在太空环境中，微重力是一个极为特殊的因素，它如同一个神秘的 “幕后操纵者”，对人体的多个系统产生着深远影响。其中，造血系统的变化尤为引人注目，却又充满未知。比如，宇航员在太空飞行过程中，血小板（PLT）功能受损、淋巴细胞（LYM）数量减少且活性受到抑制，这些现象背后的机制究竟是什么？造血干细胞（Hematopoietic stem cells，HSCs）作为造血系统的 “源头”，对维持正常造血功能和免疫平衡起着关键作用，微重力环境下 HSCs 的命运走向又会如何？这些问题一直困扰着科研人员，也迫切需要深入研究来解答。
为了揭开这些谜团，西北工业大学的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们的研究成果发表在《Stem Cell Research & Therapy》杂志上，为我们深入理解微重力环境下造血系统的变化提供了重要线索。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，他们建立了后肢去负荷（Hindlimb unloading，HU）小鼠模型，这是一种经典的模拟微重力环境的方法，能让研究在地面条件下进行。接着，通过流式细胞术分析、细胞分选、细胞周期分析、凋亡分析、细胞增殖检测、造血集落形成实验等多种细胞生物学技术，研究人员对 HSCs 的增殖、分化以及细胞周期等方面进行了详细检测。同时，转录组测序和非靶向代谢组学测序技术的运用，帮助研究人员从基因和代谢层面深入探究微重力对 HSCs 的影响机制，揭示了相关基因和代谢物的变化。
研究结果丰富且具有重要意义。在模拟微重力对小鼠器官系统和血液学指标的影响方面，研究发现，经 28 天 HU 处理后，小鼠体重在第一周显著下降，随后虽有增重，但仍低于对照组。同时，小鼠后肢骨矿物质含量（BMC）明显降低，心脏、肝脏、肺、肾脏、脑组织等出现损伤，外周血中白细胞（WBC）和淋巴细胞（LYM）数量显著减少，红细胞（RBC）和血红蛋白（HGB）水平则显著升高。这一系列结果表明，微重力环境对小鼠的整体健康产生了严重的负面影响。
在模拟微重力对 HSCs 的影响方面，研究人员有了更深入的发现。一方面，模拟微重力改变了骨髓腔的结构和 HSCs 亚群的比例分布。HU 处理后，骨髓中 HSCs 的主要龛位空间占有率显著降低，脾脏红髓扩张，髓外造血评分明显降低。同时，HSCs 的凋亡率下降，细胞周期停滞在 G0/G1期，增殖活性增强。另一方面，模拟微重力抑制了 HSCs 向下游细胞谱系的分化。通过流式细胞术分析发现，HU 组中常见髓系祖细胞（CMP）、常见淋巴系祖细胞（CLP）和巨核细胞 - 红系祖细胞（MEP）的比例显著降低，造血集落形成实验也表明，HU 处理显著抑制了造血集落的总数。此外，模拟微重力还改变了 HSCs 的转录谱，共鉴定出 1631 个差异表达基因（DEGs），主要富集在免疫系统过程、免疫反应、炎症反应等生物学过程中，同时 KEGG 通路富集分析和基因集富集分析（GSEA）表明，HU 处理抑制了造血细胞谱系和 MAPK 信号通路等关键通路的活性。
在模拟微重力对骨髓上清液代谢平衡的影响方面，研究人员通过非靶向代谢组学测序发现，共鉴定出 58 种差异积累代谢物（DAMs），主要涉及嘌呤代谢、初级胆汁酸生物合成和牛磺酸与亚牛磺酸代谢等途径，其中嘌呤代谢在微重力诱导的骨髓微环境代谢改变中起着关键作用。
进一步的综合组学分析揭示了 HU 诱导的骨髓上清液代谢变化与 HSCs 转录组改变之间的密切关联。通过对 58 种 DAMs 和 778 种 DEGs 的相关性分析，发现两者存在显著关联，且嘌呤代谢在其中的富集程度最高。特别是次黄嘌呤，它与造血细胞谱系和 MAPK 信号通路中的关键基因存在强相互作用。分子对接和 ELISA 实验进一步证实，HU 处理后骨髓中次黄嘌呤浓度降低，而添加次黄嘌呤能显著恢复造血细胞谱系和 MAPK 信号通路相关基因的表达。
在研究结论和讨论部分，研究人员指出，微重力环境显著影响了 HSCs 的功能和免疫稳态，嘌呤代谢在这一过程中起着至关重要的作用。这一发现不仅加深了我们对微重力诱导免疫抑制机制的理解，更为未来太空探索中维持宇航员的免疫功能提供了理论基础。同时，研究人员也认识到，HU 模型虽然成功模拟了微重力对 HSCs 的部分影响，但无法完全复制太空环境的复杂性，未来研究需要整合更多互补模型，并在实际太空飞行环境中进行验证，以进一步深入探究微重力对 HSCs 的影响机制，为开发针对性的干预策略提供更有力的支持。
