ESA VIVALDI干浸微重力模拟揭示免疫生物标志物与身心应激及性别特异性因素的关联机制

本研究通过5天干浸（DI）模拟微重力环境，首次在18名健康女性和19名男性中系统评估中性粒细胞/淋巴细胞比值（NLR）、粒细胞/淋巴细胞比值（GLR）和血小板/淋巴细胞比值（PLR）的动态变化，揭示其与物理/心理应激的强相关性，并发现女性NLR升高与心血管系统改变、男性NLR/GLR/PLR与炎症的性别特异性关联，为航天员健康监测提供新型生物标志物。

　　

ABSTRACT

随着载人航天任务时长增加，太空环境导致的多系统功能退化可能严重影响宇航员健康。欧洲空间局（ESA）VIVALDI研究采用5天干浸（Dry Immersion, DI）模拟微重力，通过分析中性粒细胞/淋巴细胞比值（NLR）、粒细胞/淋巴细胞比值（GLR）和血小板/淋巴细胞比值（PLR）的动态变化，发现这些比值在男女受试者中均显著升高，且与物理应激（背痛、睡眠质量下降）和心理应激（GHQ-28评分升高）密切相关。值得注意的是，女性NLR升高与血管内皮生长因子受体-1（VEGFR-1）及血浆致动脉硬化指数（AIP）呈正相关，提示心血管系统改变；而男性NLR/GLR/PLR与高敏C反应蛋白（hsCRP）显著相关，表明炎症反应参与调控。

Graphical Abstract

干浸模型通过浮力诱导重力卸载和持续静水压力，快速复现太空微重力效应。研究发现DI期间NLR/GLR/PLR峰值与应激程度同步，且存在性别二态性：女性心血管标志物（如E-选择素）变化更显著，而男性炎症反应更突出。这种差异可能源于性激素对慢性应激的不同调控机制。

1 Background

太空任务面临肌肉萎缩、骨量丢失、免疫抑制等多重挑战。NLR/GLR/PLR作为整合先天与适应性免疫的复合指标，能规避微重力导致的血浆重吸收干扰，是理想的在轨监测指标。相比头低位卧床（HDBR），DI通过防水膜隔离实现完全支撑卸载，能更快模拟太空生理效应。

2 Materials and Methods

2.1 伦理与受试者

研究经法国伦理委员会批准（CPP Ile de France II/VII），注册号NCT05043974（女性）和NCT05493176（男性）。最终纳入18名女性（29±1岁）和19名男性（28±1岁），基线期4天+DI 5天+恢复期2天。

2.2 干浸协议

在32-34°C恒温水中保持严格仰卧位，仅允许短暂离浴进行必要操作。通过视觉模拟量表（0-10分）每日评估背痛、不适感和睡眠质量。

2.3 关键检测

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  血液分析：采用Advia 2120血液分析仪检测细胞计数，计算NLR/GLR/PLR

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  内皮标志物：ELISA法检测VEGF、VEGFR-1、E-选择素

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  应激指标：液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）定量尿游离皮质醇（UFC）

3 Results

3.1 免疫比值动态变化

女性DI3天时NLR/GLR达峰值（较基线+47%/+45%），男性升高更早（BDC-1即+35%）。PLR在女性DI3天升高20%，男性仅12%。这种差异源于：

• •

  女性：中性粒细胞↑+淋巴细胞↓

• •

  男性：粒细胞峰值更显著+淋巴细胞降幅更大

3.2 应激关联性

15/18项相关性分析显示：

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  NLR与背痛评分呈强相关（男性r=0.45）

• •

  PLR与睡眠质量负相关（女性r=-0.44）

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  GHQ-28心理评分与NLR/GLR中度相关（女性r=0.36）

3.3 性别特异性机制

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  女性：NLR与AIP（r=0.32）、VEGFR-1（r=0.28）正相关

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  男性：NLR/GLR/PLR均与hsCRP强相关（r=0.42-0.44），UFC仅男性显著升高

4 Discussion

4.1 与真实太空数据的呼应

国际空间站（ISS）宇航员返回后NLR达3.6，与DI数据趋势一致，但DI未出现HDBR观察到的持续PLR升高（可能诱发自身免疫疾病风险）。

4.2 临床意义

虽然NLR峰值（女性2.8±0.3，男性3.1±0.4）未超过炎症阈值（3.53），但结合内皮损伤标志物升高，提示微重力可能导致：

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  女性：内皮依赖性血管功能障碍

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  男性：低度炎症状态

4.3 技术应用前景

本研究首次建立DI模型下NLR/GLR/PLR的动态基线，未来可结合：

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  太空舱便携式血细胞分析仪（如HemoCue WBC DIFF）

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  人工智能预警系统

  实现航天员健康实时监控。

5 Limitations

研究受限于5天DI时长，且部分标志物（如hsCRP）未全程检测。更长期DI实验和太空在轨数据验证是下一步重点。

6 Conclusion

干浸模型证实NLR/GLR/PLR是反映太空应激的敏感指标，其性别差异为制定个性化对抗措施提供依据。这些比值有望成为深空任务中"太空健康仪表盘"的核心参数。