《Nature Communications》：MiRNAs shape mouse age-independent tissue adaptation to spaceflight via ECM and developmental pathways
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本研究针对长期太空飞行对哺乳动物多组织分子调控网络的影响尚不明确的问题，通过分析国际空间站(ISS)驻留雌鼠13个器官的686个小RNA样本，发现miRNA通过靶向ECM和发育通路介导了年龄非依赖性的太空适应反应。研究首次系统揭示了MIR-17/92和MIR-1/133家族在脂肪-肝脏-胰腺轴调控中的核心作用，为星际飞行健康保障提供了新靶点。
随着人类太空探索步伐的加快，理解哺乳动物在长期太空飞行中机体水平的分子效应变得日益重要。非编码RNA特别是微小RNA(miRNA)被认为是调控这一过程的关键因子。太空飞行会引发类似地球退行性疾病的症状，包括肌肉萎缩、骨质流失、心血管功能失调和免疫系统改变，这些效应随着任务持续时间延长而加剧。未来火星探测等长期任务需要更长时间暴露于太空飞行压力下，因此需要通过分子研究来探索太空飞行诱导的跨组织生理变化，识别生物标志物和治疗靶点以减轻不良影响。
以往研究主要依赖于体液等微创采样，但衰老等退行性疾病会导致多组织类型失调。虽然多项研究考察了太空飞行相关的小鼠个体组织miRNA失调，但尚未有研究分析同一小鼠的多个组织。此外，太空飞行中的失调不仅由微重力和辐射引起，还常常受到居住条件等被忽视因素的影响。
在这项发表于《Nature Communications》的研究中，研究人员分析了送往国际空间站(ISS)的年轻(3月龄)和中年(8月龄)小鼠13个器官的686个样本中的miRNA，并与标准条件下饲养的小鼠(Vivarium Ground Control)和ISS条件匹配环境中生活的小鼠(Habitat Ground Control)进行比较。同时将miRNA分析结果与相同条件下的单细胞mRNA测序数据相结合识别miRNA-mRNA调控关系，并利用Tabula Muris Senis (TMS)队列考察衰老与太空飞行的共享分子通路。
研究团队主要运用了小型RNA测序技术分析miRNA表达谱，通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)获取组织特异性基因表达数据，采用主方差成分分析(PVCA)评估各因素对表达变异的影响程度，使用基因集富集分析(GSEA)和过表征分析(ORA)进行通路富集分析，并整合TargetScan等数据库预测miRNA-mRNA靶向关系。样本来自NASA罗德里格斯研究参考任务1(RRR-1)/罗德里格斯研究-8(RR-8)项目的40只BALB/cAnNTac雌鼠，包括太空飞行组、栖息地地面对照组和标准饲养对照组。
空间飞行引起器官特异性小鼠小非编码RNA表达变化
研究发现太空飞行对不同RNA类别产生不同程度的影响，其中piRNA片段、lncRNA片段和tRNA片段受太空飞行影响最大。小鼠经历太空飞行后，不同组织表现出明显的miRNA表达变化，其中性腺脂肪组织(GAT)、脾脏和皮下脂肪组织(SCAT)显示出最强的太空飞行驱动变异。通过比较太空飞行(FL)与栖息地地面控制(HGC)、太空飞行(FL)与标准饲养控制(VGC)以及HGC与VGC，研究人员成功区分了太空飞行效应与居住环境效应。
环境和太空飞行影响小鼠miRNA谱的不同组织
组织类型解释了数据中53.1%的变异，而年龄、条件和提取方法未在嵌入中形成 distinct 簇。脂肪组织(BAT、MAT、GAT和SCAT)聚集在一起，反映了组织类型的主导影响。研究发现GAT、脾脏和SCAT等组织主要受太空飞行影响，而肾脏、MAT和大脑主要受居住条件影响。研究人员共鉴定出73个在所有组织中普遍失调的miRNA，其中78%呈现组织特异性失调。
空间飞行导致基因表达中的系统和组织特异性miRNA失调
通过整合单细胞mRNA数据，研究发现太空飞行诱导的miRNA失调导致了相应的基因水平变化。BAT是拥有最多被失调miRNA靶向的失调mRNA的组织，总计408个mRNA。通路分析显示，系统性的通路破坏主要影响SCAT、GAT、BAT、肝脏、肺、心脏、大脑和脾脏，最突出的通路涉及发育和细胞膜相关过程。MIR-17家族成员在胸腺中表达最丰富，但其靶基因主要在脂肪组织中失调。
空间飞行引起年龄依赖和年龄独立的miRNA-mRNA调控
比较3月龄和8月龄小鼠发现，太空飞行效应在年龄组间既存在共享反应，也存在组织特异性和年龄依赖性效应。胰腺、膈肌和MAT在太空飞行下具有最高数量的年龄依赖性miRNA。与TMS数据比较显示，太空飞行暴露小鼠中重叠的miRNA集合随着年龄增长而扩大，在GAT和胰腺中在21月龄时达到最大规模。年龄依赖性太空飞行效应中，MIR-8、MIR-15和MIR-154家族最为突出，主要与膈肌、胰腺和MAT中的年龄和太空飞行相关。
研究结论表明，太空飞行通过miRNA调控网络引起多组织适应性反应，这些变化主要涉及ECM重组和发育通路重编程。MIR-17/92和MIR-1/133家族在协调系统性和组织特异性应答中发挥核心作用。年龄因素修饰但不主导太空飞行反应，年轻动物保持更强的发育通路可塑性。这些发现揭示了太空环境适应的分子基础，表明即使年长个体也可能适合长期太空任务，为制定针对性对抗措施提供了理论依据。
研究还讨论了与现有文献的一致性，指出太空飞行研究面临的更广泛挑战。在太空中进行实验存在固有的物流限制，特别是小鼠的饲养和回收自然限制了样本规模。将大脑作为一个整体进行文库制备可能会消除太空飞行的大脑区域特异性效应。尽管存在这些挑战，研究团队采取了广泛措施优化实验设计，优先考虑在不同实验条件和模式下保持一致的最大效应大小的稳健变化。
这项研究揭示了环境和年龄对太空飞行相关miRNA信号的影响，通过整合单细胞mRNA数据，揭示了miRNA在太空飞行适应中的调控作用。虽然在小鼠真实太空飞行环境中更广泛地验证这些发现仍然具有挑战性，但由于大多数观察到的影响涉及ECM和结构成分，进一步研究可以使用细胞系，如模拟微重力下的内皮细胞，来检查控制MIR-17/92、MIR-1/133、MIR-15或MIR-8家族的表达是否减轻太空飞行诱导的结构变化。该数据集作为进一步研究太空中和地球上小鼠器官变化的资源，为更详细的实验奠定了基础。
