《Life Sciences in Space Research》：Simulated Microgravity Reprograms Human Megakaryocyte Biology: Phenotypic, Transcriptomic, and Autophagic Evidence from a Ground-Based Analogue Study
编辑推荐：
•模拟微重力可加速CD34+前体细胞向巨核细胞的成熟。•RCCS（旋转细胞培养系统）改变了1,659个差异表达基因的巨核细胞转录组。•在机械卸载条件下，Syntaphilin（SNPH）在巨核细胞中的表达上调。•模拟微重力条件下，Aquaporin-1（AQP1）的转录显著增强。
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模拟微重力可加速CD34+前体细胞向巨核细胞的成熟。
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RCCS（旋转细胞培养系统）改变了1,659个差异表达基因的巨核细胞转录组。
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在机械卸载条件下，Syntaphilin（SNPH）在巨核细胞中的表达上调。
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模拟微重力条件下，Aquaporin-1（AQP1）的转录显著增强。
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模拟微重力会抑制巨核细胞的早期自噬过程。
引言
在国际空间站（ISS）上发现的宇航员静脉血栓栓塞事件揭示了长期太空任务所带来的一种意想不到的医疗风险（Aunon-Chancellor等人，2020年；Marshall-Goebel等人，2019年）。即使经过全面的飞行前医疗评估，宇航员在轨道上仍会出现颈内静脉血栓（Aunon-Chancellor等人，2020年；Marshall-Goebel等人，2019年），这促使专家小组成立以研究根本原因并制定缓解策略（Officer，2026年；Bostick等人，2025年）。目前的机制模型主要基于Virchow三联征。在微重力环境下，体液向头部积聚会导致静脉淤血并破坏正常的流动模式（Marshall-Goebel等人，2024年；Marshall-Goebel等人，2021年；Kushner等人，2024年；Buckey等人，2026年）。同时，由于液体重新分布和太空辐射的影响，内皮功能可能会受损。凝血状态的增加也被认为是一个因素，但其生物学基础尚未完全阐明。虽然飞行中的超声监测详细记录了这些血流动力学变化（Marshall-Goebel等人，2024年），但导致高凝状态的细胞和分子机制仍不甚清楚。
在太空飞行中可能导致凝血能力改变的一个细胞过程是血小板生成，即骨髓中巨核细胞产生血小板（PLTs）（Thon和Italiano，2010年）。巨核细胞由CD34+造血前体细胞通过一系列协调的程序发育而来，包括谱系定向、有丝分裂后多倍体化和胞质成熟，最终形成前血小板结构并分裂为循环中的PLTs（Italiano和Hartwig，2013年；Machlus和Italiano，2013年；Machlus等人，2014年）。自噬在整个过程中调节细胞器质量控制、胞质重塑和前血小板的形成，其紊乱会阻碍血小板生成并改变PLTs的特性（Schwertz和Middleton，2023年；Schwertz等人，2021年）。PLTs作为初级止血和血栓炎症的介质（Kaiser和Nicolai，2026年），其功能特性（包括受体密度、颗粒成分和激活阈值）是在巨核细胞分化过程中形成的（Battinelli等人，2019年；Sehgal和Storrie，2007年）。体内和体外实验表明，微重力会影响PLTs的数量和功能，但这些变化的方向和程度取决于所用模型和条件（Locatelli等人，2021年）。抛物线飞行已被报道会导致小鼠血小板减少，而体外实验显示微重力会抑制PLTs的激活并降低其粘附性（Locatelli等人，2021年）。一致地，模拟微重力与CD34+骨髓前体细胞分化延迟、PLTs生成受损以及激活模式改变有关（Locatelli等人，2021年；Plett等人，2004年）。这些发现提出了一个问题：在微重力下观察到的PLTs变化是否至少部分源于巨核细胞生成阶段。宇航员血栓事件中的PLTs变化表明，太空飞行中的止血失调不能简单归因于低凝或高凝状态。实际上，止血风险的平衡可能受到多种细胞和分子适应的影响，其中巨核细胞分化过程在太空生物学研究中的应用相对较少（Ma等人，2021年；Yang等人，2016年）。
基于地面的太空飞行模拟系统为研究微重力相关生物学提供了可行的实验平台。旋转细胞培养系统（RCCS）通过不断改变悬浮细胞所受的引力方向，创建了一个低剪切力、功能相似于微重力的环境（Hammond和Hammond，2001年；Synthecon，Poon，2020年）。尽管不能完全再现真实微重力，但RCCS已被验证可用于研究机械敏感的细胞过程，并被批准用于太空相关研究。
先前的研究使用三维旋转培养系统发现，整合的生物物理和生化信号可以促进巨核细胞生成和血小板生成（Yang等人，2016年）。那项研究使用从脐带血中分离出的造血前体细胞，在20 rpm的旋转速度下进行，该速度产生的剪切力远大于此处使用的8.2 rpm（用于成人动员的CD34+细胞），且该研究旨在体外生产用于输血的PLTs，未涉及转录组重编程、自噬通量或重力敏感性的潜在分子介质。本研究在此基础上进一步应用了模拟微重力的低剪切力机械卸载环境，对生理相关的成人造血前体细胞进行了研究，并通过综合表型、转录组和功能分析来探索其机制。
章节摘要
CD34+来源的巨核细胞（MKs）
由Fred Hutch（血液学卓越合作中心B）提供的G-CSF动员的PBSC（外周血干细胞）和CD34阳性细胞（冻存样本）根据需要于37°C解冻，并按照先前描述的方法在11天内分化为产前血小板的巨核细胞（Kosaka等人，2025年；Montenont等人，2021年）。对实验方案进行了少量调整。简而言之，使用StemSpan SFEM II培养基（Stemcell Technologies，09655）作为标准培养条件。
将人类成人动员的CD34+细胞置于机械卸载环境中会改变其培养动态
为了建立机械卸载的培养环境，在NASA-Synthecon旋转细胞培养系统（RCCS，10 mL容器）中培养CD34?造血前体细胞11天。旋转速度设定为8.2 rpm，使细胞悬浮在HARV中心附近，从而最小化剪切应力和与容器壁的持续接触。在这种条件下，培养基进行层流旋转，细胞随之运动
讨论
本研究多维度分析了模拟微重力如何影响人类巨核细胞的生物学特性，发现分化动态、转录组编程、线粒体连接、膜水转运和自噬通量发生了协调变化。这些发现支持了这样的假设：在太空飞行中，血小板生成的改变可能促进了Virchow三联征中的高凝状态，补充了现有的血流动力学模型。
生长动态
结论
本研究通过RCCS培养证明，模拟微重力会从根本上重新编程人类巨核细胞的生物学特性，导致细胞数量、分化动力学、表面标志物表达、转录组景观和自噬通量发生协调变化。在机械卸载条件下，巨核细胞中SNPH和AQP1的转录组调控表明了重力环境与巨核细胞细胞骨架和膜生物学之间的潜在联系。初步观察表明
作者贡献
MLT：方法学、验证、研究、写作——审稿与编辑；NDT：方法学、验证、研究、写作——审稿与编辑；JWR：数据分析、研究、写作——审稿与编辑；MEGS：数据分析、研究、写作——审稿与编辑；LJMS：数据分析、研究、写作——审稿与编辑；MTR：写作——审稿与编辑；HS：概念构思、方法学、验证、数据分析、研究、写作——原创
CRediT作者贡献声明
Marina Leardini-Tristao：写作——审稿与编辑、验证、方法学、研究。Neal D. Tolley：写作——审稿与编辑、验证、方法学、研究。Jesse W. Rowley：写作——审稿与编辑、研究、数据分析。Mia E.G. Schwertz：写作——审稿与编辑、研究、数据分析。Lilian J.M. Schwertz：写作——审稿与编辑、研究、数据分析。Matthew T. Rondina：写作——审稿与编辑。Hansjorg Schwertz：写作——审稿
利益冲突声明
所有作者均声明没有利益冲突或商业利益冲突。
致谢
我们感谢Diana Lim在图像准备、提供关键评论以及协助图像有效展示方面所做的工作。本手稿得到了NASA 80NSSC22K0255项目的资助（资助对象为H.S.）。
Marina Leardini-Tristao|Neal D. Tolley|Jesse W. Rowley|Mia E.G. Schwertz|Lilian J.M. Schwertz|Matthew T. Rondina|Hansjorg Schwertz
