首先，研究人员对NASA建立的空间生物学大数据库项目(GeneLab)所收集的众多组织样品进行了mRNA、蛋白及代谢水平的总体分析，计算了空间飞行及地面对照样品的差异分子总数，发现人源的培养细胞及人类毛囊组织在所有细胞和组织样品中对太空飞行有着最强反应。

研究人员随后分析了数据库里的包括成纤维细胞、上皮细胞、原代T细胞核毛囊细胞在内的4种人源细胞系数据，发现多个线粒体功能相关的途径均发现显著变化 (图1)，提示空间飞行对能量代谢相关的基因表达具有广泛效应。

研究人员接着对两种品系小鼠的多组织转录组、蛋白组及表观数据进行分析，发现了核糖体和转录组水平的改变，提示空间飞行能损伤蛋白质稳态。进一步多个小鼠肌肉组织的代谢组数据确认了代谢水平的显著改变。

图1. 空间飞行能显著影响细胞核小鼠的线粒体相关途径及基因

研究还发现了小鼠肝脏核DNA和线粒体DNA相关基因的转录表达变化，进一步提示了太空飞行能引起线粒体紊乱。为确认来源于太空飞行小鼠的数据，研究人员还分析了NASA重点项目双胞胎(twin study) 研究的数据。

这一研究对宇航员Scott Kelly及其双胞胎兄弟Mark Kelly进行了长达340天的跟踪研究，结果已发表于2019年的Science杂志。研究人员分析了双胞胎兄弟血液样品不同细胞类型的线粒体水平，发现CD19+ B淋巴细胞在空间飞行后活性显著升高，而CD4+ T淋巴细胞则显著降低。

进一步的GSEA分析还发现了空间飞行能影响的其他途径，如免疫相关通路 (图2)——宇航员的循环免疫标志物在太空飞行时显著升高，而返回地面后能回到基线水平。研究人员对肝脏数据进行WGCNA分析还发现了脂代谢紊乱也是太空飞行的后果之一。本文的多组学分析还揭示了太空飞行对昼夜节律、嗅觉、肌肉细胞外基质等途径的深刻影响。

图2. 免疫反应相关通路受太空飞行的显著影响

总的说来，科学家们通过一系列深入的多组学分析方法，揭示了太空飞行对生理功能的显著影响，并提示可能分子机制。组织和细胞水平的分析均揭示太空飞行对了线粒体功能存在深刻影响。

此外，线粒体的改变也会对自身免疫、脂代谢和基因表达产生影响。

这一研究解释了太空飞行对人体健康的不利影响，能更好地帮助科学家指导宇航员进行太空探索的同时并找到缓解太空飞行不利影响的治疗手段。

参考文献：

1.Willian A. da Silveira et al. Comprehensive Multi-omics Analysis Reveals Mitochondrial Stress as a Central Biological Hub for Spaceflight Impact. Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.11.002.