[科普中国]-猜想: 人类移民外星 第一个健康问题是骨质疏松

今年4月18日，工作人员在实践十号返回舱抵达预定地点后展开相关工作。

（来源：新华社）

今年春天，我国首颗微重力科学实验卫星——实践十号返回式科学实验卫星（以下简称实践十号），成功地带着相关实验项目返回地球，总共在轨时间12天。

这颗专为科学设计的卫星，搭载了19位“乘客”进行空间科学实验。

其中有一个项目：微重力条件下骨髓间充质干细胞的骨细胞定向分化效应及分子机制研究，来自浙江大学生命科学院王金福教授的团队，它研究的是，在微重力环境下干细胞生成骨细胞的过程有什么异常。

“返回舱从太空飞回基地后，我的学生们连夜把实验装置带回杭州。”王金福说。最近，他的实验室完成了对实验样品的分析。

昨天，钱报记者专访了王金福教授，独家解密——飞了一趟天的干细胞，带回来什么信息给地球？

还原实践十号：

上天两周

这些干细胞经历了什么

浙大的这项实验是在骨髓培养箱中进行的，这个培养箱有两组培养单位，每组有3个培养单元，每个培养单元里有50万个活的人体干细胞。两组培养单元里的细胞任务周期不同：一组只需要2天，另一组则进行7天实验。

两组干细胞同时开始在诱导液的作用下，进行骨细胞诱导分化。

这个过程，完全模拟了人体内干细胞分化成骨细胞的过程，也就是骨钙生长的过程。

在地球上，人类每时每刻都在经历骨钙生成和丢失这两个过程。“健康的人，这一进一出的过程是保持平衡的。如果骨钙生成多于丢失，就会骨质增生；如果丢失多于生成，就是骨质疏松。”王金福说，骨钙的生成，主要由骨质干细胞分化而来。

唯一不同的是，天上的干细胞在微重力情况下分化骨细胞。

第一组完成2天诱导后，形成的新细胞被自动裂解并低温保存；第二组完成一周诱导后，形成的新细胞被固定并低温保存。

同样的两项实验，王金福实验室在地面也进行了一遍。

2016年4月18日16时30分，实践十号准确降落在内蒙古四子王旗预定着陆区域。在直升飞机带着返回舱回到基地后，王金福和学生们第一时间从返回舱中取出两个培养单位，连夜带回杭州进行分析。

“通过分析我们发现，第一个单元的细胞状态表明，干细胞到了太空，促使骨细胞分化相关的基因和蛋白表达水平的活性降低了；第二个单元里，干细胞变成骨细胞的量，比地球上做的比对实验产生的量要少。”

科学家们此前的研究表明，宇航员在微重力的环境中，骨质流失加剧。

但是王金福团队的实验证明，在太空微重力环境下，不仅人会丢失骨钙，就连形成骨钙的机制也发生了问题。他们是全球第一个通过太空实际微重力实验证明这个结论的团队。

如果将来人类有长期居住太空，甚至移民外星球的打算，首先面临的严峻挑战是：严重的骨质疏松。

“可以作个比较，比如孕妇是另一个容易发生骨质流失的人群。宇航员在太空中一个月产生的骨质流失，相当于孕妇10个月骨质流失的量。”王金福说。

这就是为什么以身体倍儿棒著称的宇航员们，返回地球时都站不起来，更不要说自行走出舱门——他们体内的骨钙既不能开源又不能节流。

展望明年天舟一号：

亲眼看看

骨细胞为什么产不出来

“这一发现表明微重力环境下，骨质的流失和生成两个方面同时发生作用，最终使宇航员患上严重的骨质疏松。”王金福说，“但干细胞定向分化为骨细胞的过程，还一直没有在真正的太空微重力环境中得到详细观察。”

这就是王金福的团队接下来还将要送上天的一项实验。

明年上半年，中国大型火箭长征七号将发送中国货运飞船天舟一号上天。王金福实验室的一批干细胞，将再次搭载上天。

这批干细胞不再返回地球，但它们也不再闭门独自行动。它们在太空中的一举一动，都将被地球上的科学家观察到。

让我们放大看看每一个干细胞：

先搞清楚三个关键物质：整合素，胞外基质，黏着斑。

人的细胞间，之所以能够相互连接组成网络结构，是靠胞外基质彼此连接。而整合素，是一头连接着细胞内部的蛋白，一头连着胞外基质的物质。

地球上，细胞外的胞外基质受到力的作用，形态会发生改变，传递给整合素，导致整合素连接的蛋白聚焦到一起，形成黏着斑。这些斑点很重要，它会激活细胞内相关酶的活性，诱导细胞中的蛋白分化形成骨细胞。

王金福实验室推测，之所以实践十号上的干细胞降低了生成骨细胞的能力，是因为在失重环境下，黏着斑没有正常形成，“这导致了后续一整条信号通路没有启动，”

生成骨质的“命令”没有传达进去。

等到天舟一号带着干细胞上天，王金福想亲眼看看这个过程。他说，搞清楚这个机制，有助于人类研发对骨细胞生成起作用的分子药物。

在这种骨钙既不能正常生成又在不断流失的情况下，宇航员仅仅依靠锻炼是不够的。这也解释了，为什么NASA宇航员斯考特凯利大叔在国际空间站待了340天，对抗“腿软”的办法就是锻炼，但是这些运动纵然练出马甲线、人鱼线，也只能暂缓外太空中骨细胞急剧减少的状况。

斯考特是NASA有名的身体倍儿棒的宇航员，但是在直播他返回地球的视频中也能看到，大叔出仓后也是被抬出来的，并且出来以后在椅子上坐了很久。

“我们已经在实验室用小分子调节，发现确实能够增强失重环境下骨细胞的生成。”王金福说。

不过王金福团队的实验发现，干细胞分化骨细胞的能力减弱的同时，分化成脂肪的功力见长。所以斯考特叔叔在太空锻炼身体，保骨钙的作用不一定明显，减脂说不定还是很有效的呢。（记者

章咪佳）