微重力加速骨骼肌退行性变的机制解析：基于国际空间站肌肉芯片模型的转录组与功能研究

本研究针对太空微环境引发的骨骼肌萎缩问题，通过国际空间站(ISS)搭载的3D肌肉芯片模型，结合年轻(YA)与老年(OS)供体来源的肌束，首次揭示了微重力下电刺激(E-Stim)对肌纤维类型转换和线粒体功能的调控作用。研究发现微重力导致收缩蛋白MYH7表达下降，并鉴定出86个年龄相关差异基因，为太空医学和地球衰老相关肌少症(sarcopenia)的干预策略提供了新靶点。

　　

太空探索中，宇航员在微重力环境下仅1个月就会损失30%的肌肉质量，这种加速萎缩现象与地球上的老年性肌少症(sarcopenia)惊人相似。更棘手的是，传统地面模型难以模拟太空特有的细胞自主响应机制。美国佛罗里达大学药学院联合Micro-gRx公司的研究团队独辟蹊径，将人类肌肉芯片送上国际空间站，首次在轨完成了电刺激干预实验，相关成果发表于《Stem Cell Reports》。

研究采用年轻活跃(35±4岁)与老年久坐(70±4岁)男性供体的骨骼肌前体细胞，通过CD56免疫磁珠分选纯化后，构建3D生物工程肌束。关键技术包括：(1)定制化微流控芯片集成铂电极实现太空环境电刺激；(2)数字图像相关技术(DIC)量化收缩位移；(3)RNA测序(RNA-seq)解析转录组；(4)Western blot验证MYH7蛋白表达。

Skeletal muscle tissue chip payload integration for spaceflight
研究人员设计了配备电极的PDMS芯片，通过SpaceX CRS-25任务将16个芯片送入国际空间站。其中8个芯片实施每日2Hz电刺激，通过内置显微镜记录肌束收缩活动。地面对照组同步进行相同实验，确保数据可比性。

Impact of donor age, E-Stim, and microgravity on myogenesis
转录组分析显示，年轻供体肌束在微重力下呈现更显著的基因表达变化，老年组则反应迟钝。肌源性标志物如MYOG(肌细胞生成素)表达升高，而早期分化标记MYOD1下降，证实微重力不影响肌管分化能力。

E-Stim-conditioned myobundles support cellular adaptation in microgravity
电刺激显著激活年轻肌束的线粒体相关通路(如氧化磷酸化)，老年组仅显示20个线粒体基因上调。KEGG分析揭示电刺激特异性地抑制了肌萎缩相关基因ATF4的表达。

Mitochondrial pathways are altered in E-Stim YA and OS myobundles in microgravity
年轻电刺激组66个线粒体基因显著上调，涉及细胞色素c氧化酶(COX)和ATP合成酶复合体。老年组则出现抗氧化酶SOD1和谷胱甘肽转移酶活性下降，提示年龄相关的氧化应激易感性。

Functional decline of young and older myobundles following microgravity exposure
DIC分析显示地面年轻肌束收缩幅度(10.4±3.2μm)显著高于老年组(5.6±1.9μm)，而太空环境中两组功能差异消失，证实微重力削弱肌肉收缩功能。

E-Stim enhances fiber type adaptations and mitochondrial biogenesis in microgravity
尽管MYH7转录本增加，其蛋白水平在太空组显著降低。电刺激能上调PGC-1α(过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α)，促进慢肌纤维表型，但无法完全抵消微重力导致的蛋白合成障碍。

这项研究首次在太空环境中揭示：年轻肌束通过激活线粒体生物发生应对微重力，而老年肌束则丧失此适应能力。鉴定出的86个年龄相关差异基因(如促炎的ALOX5AP和抗衰的SIRT1)，为开发靶向干预策略提供了分子基础。特别值得注意的是，电刺激能特异性维持老年肌束的细胞粘附通路，这为太空任务中个性化运动方案的制定提供了理论依据。该肌肉芯片模型不仅革新了太空生物学研究手段，更为理解地球环境下的肌肉衰老机制开辟了新视角。