太空小白鼠研究有助于骨质疏松症的治疗



太空小白鼠研究有助于骨质疏松症的治疗

Rodent Research Contributes to Osteoporosis Treatments

在国际空间站上工作生活的航天员的身体需承受严峻的考验，例如，每日多次的日出日落会破坏人体生物钟，失重会造成骨质疏松和肌肉萎缩，等等。为了实现长期的载人航天探索，美国国家航空航天局（NASA）一直在开展研究，以应对太空环境对人体造成的影响，例如，NASA开发了特殊的照明装置，帮助航天员入睡；制订了严格的锻炼手册，帮助航天员保持身体健康。但是，骨质的流失仍在发生。

NASA埃姆斯研究中心的首席科学家Jacob Cohen说：“NASA的科学家和其他研究人员都知道，这种骨质流失是由于超重和失重，以及长期在失重环境下缺失重力对人体的作用而造成的。了解人体对太空环境的反应可帮助NASA开发出更有效的措施，来对抗这些不利影响，实现长期太空探索，同时也能帮助地球上的人们开展相关疾病的治疗。作为科学家，我们想知道引起骨质疏松和肌肉萎缩的机制分别是什么。我们希望航天员尽可能地保持健康，以使其在回到地球之后，能够正常地生活。”

被用于微重力太空医疗实验中的小白鼠

而在地球上，骨质疏松症的患者主要是中年妇女和老年男性。

美国安进（Amgen）公司是美国加利福尼亚州千橡市的一家生物科技公司，多年来一直致力于开发治疗骨质疏松的新方法。Louis Stodieck是美国科罗拉多大学博德分校的教授，兼任BioServe航天技术公司的董事。Amgen公司联合Louis Stodieck，与NASA合作，共同设计了一种基于啮齿动物的实验，使航天员和地球上的人类都能够从中受益。

Louis Stodieck解释说：“如果能够选出合适的动物类型，以预测人类在特殊环境下的反应，以及人类对所采取的应对措施的反应，通过这些动物实验，就可以评估环境对人类产生的影响，以及相应的应对措施的效果。”

在该项研究中，研究人员计划把小白鼠送入太空进行短暂的太空旅行。利用NASA埃姆斯研究中心设计的商业生物医药测试模块（CBTM），研究人员将30只大约10周大的小白鼠分成两组，其中15只在发射前一天注射骨硬化蛋白抗体分子，而另外15只作为空白对照组。此外，还有两组小白鼠分别采取同样的方式进行处理，但不进入太空，留在地球上。Amgen公司骨硬化蛋白项目的学术带头人Chris Paszty解释说：“骨硬化蛋白是一种由骨头分泌的蛋白质，能够使身体抑制新骨的形成。而骨硬化蛋白抗体分子能够抑制这种蛋白质的产生，促进骨骼形成，从而增加矿物质含量，改善骨骼结构，提高强度。”理论上讲，与空白对照组相比，在进入太空之前被注射骨硬化蛋白抗体的小白鼠的骨头，在随航天飞机进行的为期两周的太空失重实验中，所产生的骨质流失程度要低。Chris Paszty说：“我们知道，骨硬化蛋白的产生受机械负荷控制，但我们并不确定，在失重状态下，当骨骼生长的机械负荷完全消失时，骨硬化蛋白抗体是否仍会促进骨的生成，并能够增强骨的强度。”

Chris Paszty和Louis Stodieck都指出，对于一种新疗法来说，虽然太空实验并不是临床研究和美国食品药品监督管理局（FDA）审批的要求，但是利用太空实验方法却能够学到很多基础生物学知识。在地球上，虽然能够通过安排人体实验对象卧床几个月来模拟微重力的影响，但是太空实验所获得的真实数据更能真实地体现宇航员所面对的环境挑战。Louis Stodieck还表示：“太空的一些独特属性使得利用适合类型的动物开展骨质流失和肌肉萎缩的治疗效果等的评估很有意义，但是这些在人体上进行测试是非常困难的，因为航天员的数量很少，实验样本的数量非常少。相比之下，小白鼠的太空实验则能够使用很少的资源而提供较大数量的样本。此外，小白鼠的寿命很短，为期两周的太空之行便能够揭示其生物学的趋势和影响，为预测长期太空生活对人体产生的影响提供有用的数据。”

2011年7月，CBTM随“亚特兰蒂斯”号航天飞机发射，开展骨硬化蛋白抗体实验，搭乘航天飞机升空的小白鼠成为人们关注的对象。与人类一样，小白鼠离开重力环境时，最初也表现出了不适应，通过观察可以发现，它们出现了混乱。在学会适应新环境之前，它们先是抓住笼子的四周，然后试图抓住同伴。与航天员不同，小白鼠不能通过呕吐缓解眩晕，但是在几天之内，它们就完全适应了，学会了如何飞行、滑行、吃饭和喝水，能够自由漂浮、很自在地移动。

两周后，当小白鼠返回到地球上时，试验的结果非常有价值。Chris Paszty说：“我们发现，骨硬化蛋白抗体促进了骨的形成，改善了骨的结构，甚至增加了骨的强度。太空实验结果与地球上的实验结果完全相符。我们为获得了相同的实验结果而感到很高兴。”

Amgen公司、Louis Stodieck与NASA合作，共开展了3次小白鼠太空实验，对不同的分子进行了测试，3次任务分别是：2001年STS-108任务（骨质疏松研究）、2007 年STS-118任务（肌肉萎缩及其治疗研究），以及2011年最后一次航天飞机任务——STS-135任务（骨质疏松研究）。

对于骨骼和肌肉系统来说，微重力确实是一个非常严重的问题。人或动物在失重环境下的骨质流失和肌肉萎缩速度几乎达到地球上骨质疏松症患者骨质流失速度的10倍。对地球上人体的骨质流失和肌肉萎缩的研究是Amgen公司多年来研究的一部分。事实上，Amgen公司开展的首次骨质流失太空实验使用的就是被称为“护骨素”的工程版本的蛋白质。实验结果使得FDA于2010年批准了Amgen公司的新药——狄诺塞麦，注册商标是普罗利亚（Prolia）的应用。该药品最初仅被批准用于较易发生骨折的更年期后的妇女，后来也被批准用作乳腺癌患者增强骨质的治疗方法，以及患有非转移性前列腺癌症的男性。在药物被批准之前进行的三期实验中，患者椎体骨折的几率降低了68%，髋部骨折的几率降低了40%，非椎体骨折的几率降低了20%，并且骨密度都显著增加。

UCB制药公司是Amgen公司骨硬化蛋白项目的合作伙伴，双方正在进行新的骨硬化蛋白抗体药物——Romosozumab的三期实验。Louis StodieckStodieck说：“这种正在由Chris Paszty向市场推广的新药将对市场带来深远的影响。Romosozumab能使已经变得非常脆弱的骨头得到增强，而不仅仅是防止其进一步流失。其开发为广大患者带来了福音。”

Jacob Cohen补充说：“如果在太空中工作生活的几个月就使航天员遭受骨质流失或肌肉萎缩的痛苦，那么载人火星任务或其它行星的载人探测任务将进一步损伤他们的身体。航天员在执行深空探测任务返回地球后，如果不进行严格的锻炼并配合治疗，他们甚至都不能站立。如果在失重环境下生活很长一段时间，骨质流失和肌肉萎缩的状态将趋于平缓，身体最终能适应这种环境也是可能的，或者说可利用部分重力保持骨密度和肌肉健康，但这些仍需要进一步研究。”

埃姆斯研究中心开发的商业生物医学测试模块（CBTM）

他还表示，基于生物学的应对方案的研发将使航天员在太空中执行长达数月或数年之久的探索任务时具有生产药物的能力，这也是空间探索合成生物学研究的一部分，将使航天员能够在太空中生产出维持生命需求，以及完成探测任务所需的大部分材料和工具。

对于太空研究而言，动物实验还有一个优点，那就是当收集完特定实验所需的数据后，剩余样本还可供其他感兴趣的研究人员使用。对于这种动物实验共享项目，NASA将向研究人员发布信息征集公告，以确定动物实验样本所需的数量，以及科学研究的内容，NASA还将对申请报告进行评审，以确定最佳方案。在Amgen公司太空实验中的样本，就通过NASA的动物实验共享项目进一步提供了高质量、影响力显著的成果。这些动物实验的研究成果也帮助NASA完成了与美国科学院每十年确定的太空生物学优先发展项目的任务。

展望未来，NASA埃姆斯研究中心及其太空生物科学分部的研究团队重新设计了用于国际空间站的CBTM，并开发了其它硬件和服务，以最大限度地提高国际空间站的科学回报。同时，NASA的航天员Scott Kelly将在国际空间站生活1年，以进一步研究人体长时间处于失重状态时的反应。

(唐 甜)

军转民推广技术