宇航员血液转录组与表观遗传的纵向分析揭示太空飞行对免疫系统的瞬时与持久影响

本研究针对商业航天时代下宇航员健康安全的迫切需求，通过采集两名宇航员太空飞行前(T0)、返回24小时内(T2)及三个月后(T3)的血液样本，首次系统揭示了短周期太空飞行引发的转录组与DNA甲基化动态变化。研究发现单核细胞(monocytes)比例呈V型波动，鉴定出"V"和"A"型两种瞬时表达基因簇，并发现四类甲基化模式（包括与骨代谢相关的FBLIM1/IHH/SCAMP2基因）。通过eQTM分析发现ZNF684基因表达与cg21011110甲基化位点显著相关，为太空环境导致的免疫适应与神经系统调控提供了分子机制新见解。

　　

随着商业航天时代的到来，太空旅行已从科幻走向现实。然而，太空环境中微重力、宇宙辐射等五大危害因素，会导致宇航员出现骨质流失、免疫功能障碍等健康问题。尽管NASA双胞胎研究等揭示了长期太空任务的影响，但对短期商业航天任务的分子机制认知仍存空白。

加拿大麦吉尔大学（McGill University）的研究团队在《Scientific Reports》发表最新成果，通过对全球首个全私人宇航任务AX-1两名乘员的纵向研究，揭示了短周期太空飞行引发的分子级联反应。研究人员采用PAXgene采血管收集飞行前、返回24小时内及三个月后的血液样本，运用Illumina NovaSeq 6000进行转录组测序（101bp双端）和Infinium MethylationEPIC芯片检测，结合CIBERSORT细胞分型、limma-voom差异表达分析和Clust共表达聚类等前沿技术，构建了太空环境影响的动态分子图谱。

Whole blood transcriptomics
通过CIBERSORT反卷积分析发现单核细胞比例在T₂时显著下降15%，三个月后恢复基线（图1B）。limma-voom鉴定出298个基因呈"V"型表达（如ITGAV/MAP9下调）和302个基因呈"A"型表达（如ITPR2/DDAH2上调）。通路分析显示"V"簇基因富集于蛋白修饰（GO:0070647，FDR<1%），"A"簇基因则参与代谢调控（GO:0019222，FDR<1%），提示太空环境引发协调的细胞应激响应。

Genome-wide DNA methylation profile
甲基化分析发现四类显著模式：I型（817个CpG位点）呈短暂高甲基化；II型（144个位点）持续高甲基化；III型（140个位点）持续低甲基化；IV型（83个位点）阶梯式升高（图2A）。值得注意的是，骨相关基因FBLIM1（chr1:16085237-16085984）呈现先高后低的甲基化波动，而IHH（chr2:219924408-219925251）在T₃时显著高甲基化（图S6）。这些发现为太空飞行导致的骨质流失提供了表观遗传解释。

Expression quantitative trait methylation (eQTM) sites analysis
整合分析发现ZNF684基因表达与cg21011110甲基化呈显著负相关（FDR=0.049）。该转录因子在T₂时表达抑制而甲基化升高，三个月后均恢复（图3），暗示表观遗传调控在太空适应中的枢纽作用。

这项研究首次绘制了短周期商业航天任务的分子响应图谱，其重要意义在于：1）发现单核细胞比例变化可作为太空免疫响应的敏感指标；2）鉴定出ZNF684等关键调控因子；3）揭示骨代谢基因的表观遗传记忆可能持续三个月以上。这些发现为开发针对性的宇航员健康监测方案提供了分子靶点，尤其对即将到来的月球/火星任务具有重要指导价值。研究采用的纵向多组学策略，也为其他极端环境医学研究提供了范式参考。