空间环境与地球重力再适应对宇航员血浆蛋白质组的效应及健康风险机制研究

本研究针对长期航天飞行中宇航员健康风险评估需求，采用无标记定量蛋白质组学技术，通过对8名国际空间站宇航员飞行前、中、后期的血浆样本进行高通量分析，发现16个显著变化的蛋白质（p≤0.05）与免疫功能紊乱、细胞骨架重组、凝血异常和代谢失调四大健康风险通路密切相关。研究首次报道了BASP1和IGFBP4在返回地球90天后仍持续高表达的现象，为空间环境生物效应监测提供了新型分子标志物，对制定航天医学防护策略具有重要价值。

　　

当人类将目光投向深邃的宇宙，长期太空飞行带来的健康挑战便成为航天医学研究的焦点。在微重力和空间辐射的双重作用下，宇航员体内会发生一系列复杂的生理变化，从免疫系统功能紊乱到凝血机制异常，从肌肉萎缩到骨骼流失，这些变化不仅影响在轨任务执行，更可能带来长期的健康风险。尽管此前通过转录组学研究揭示了部分基因表达变化，但作为生命活动的直接执行者，蛋白质层面的动态变化更能反映真实的生理状态。尤其遗憾的是，由于在轨采样困难，以往研究多集中于飞行前后对比，缺乏在轨期间的实时监测数据，使得我们难以全面把握空间环境对人体影响的动态过程。

为了填补这一空白，由美国石溪大学病理学系Kanokporn Rithidech教授领衔的研究团队，在《Life Sciences in Space Research》发表了创新性研究成果。他们采用高分辨率Orbitrap Fusion Lumos质谱系统，对8名完成6个月国际空间站任务的宇航员进行了全程血浆蛋白质组监测，首次系统揭示了从飞行前、在轨期间到返回后90天内血浆蛋白质组的动态变化规律。

研究人员运用了多项关键技术：首先采用Top 2高丰度蛋白去除柱（Pierce Spin Columns）特异性去除 albumin和IgG；通过丙酮沉淀法进行蛋白富集；使用还原烷基化结合 trypsin/LysC酶解的策略进行样品前处理；利用纳升级液相色谱（Dionex Ultimate 3000 nanoflow HPLC）与高分辨率质谱（Orbitrap Fusion Lumos MS）联用技术进行肽段分离鉴定；采用MaxQuant软件（version 1.6.3.3）进行数据库搜索，以 UniProt人类蛋白质数据库为参考；使用 Perseus 平台进行 label-free定量（LFQ）和统计学分析（ANOVA p≤0.05）；最后通过 Metascape 进行基因功能注释和 Cytoscape 的 GeneMANIA 插件构建蛋白互作网络。

3. Results

研究共鉴定到693种非冗余蛋白质，其中16种显示显著表达变化（p≤0.05）。这些蛋白质根据表达模式可分为两个主要簇群：Cluster 1包含APOL1、PEPD、TNXB、TF和THBS4，其表达水平在飞行期间和返回当天（R+0）下降，但在返回后90天（R+90）恢复至接近基线；Cluster 2包含ITIH2、SERPIND1、SAA1、BASP1、GP1BA、IGFBP4等11种蛋白，其中多数在R+90时仍低于飞行前水平，但BASP1和IGFBP4却显著升高。功能分析显示这些蛋白涉及急性炎症反应、细胞骨架组织、凝血功能、防御反应等10类生物学过程。

4. Discussion

研究发现空间环境会引发多系统生理改变：免疫相关蛋白（如CPB2、CRP、TF）的持续低表达提示免疫功能长期抑制；细胞骨架蛋白PLEK的下调反映了微重力对细胞结构的影响；凝血相关蛋白SERPIND1的变化揭示了血管稳态失衡风险。尤为重要的是，BASP1（脑富集膜附着信号蛋白1）和IGFBP4（胰岛素样生长因子结合蛋白4）在返回地球90天后仍保持高表达，前者与组织损伤修复和肿瘤发生相关，后者则与细胞衰老密切相关，可能成为空间应激的新型生物标志物。

这项研究不仅首次实现了宇航员在轨期间蛋白质组动态监测，更揭示了空间环境对人体生理的多维度影响机制。所发现的16个显著变化蛋白质及其涉及的四大病理生理通路，为未来开发针对性的航天医学防护措施提供了精准的分子靶标。随着深空探测时代的来临，这类研究对人类长期太空生存具有至关重要的指导意义。