太空医学：描绘未来健康蓝图

今年4月24日是第11个中国航天日，恰逢中国航天事业创建70周年、中国航天日设立十周年。太空医学是伴随空间技术发展而兴起的学科，它聚焦于太空环境对航天员生理、心理的影响，研究相应的防护、诊断与治疗手段。随着人类太空活动从短期任务拓展至长期驻留乃至深空探索，其重要性日益凸显。

文|陆舒洁 韩樾夏 孙剑飞

陆舒洁，东南大学生物科学与医学工程学院博士研究生。

韩樾夏，中国科学院空间应用工程与技术中心高级工程师。

孙剑飞，东南大学生物科学与医学工程学院教授。

从苏联航天员加加林首次进入太空至今，人类已积累了60多年的太空生活经验。早期的载人航天任务主要集中在地球轨道上，飞行周期较短，那时的航天员健康风险还处于初步观察阶段。

如今，人类正在积极推进更长的太空征程，月球科研站的建设、火星探测任务的实施、星际航行的启动等正逐步成为现实。在这些任务中，航天员无一例外会面临微重力、高强度的宇宙辐射、封闭隔离等极端环境因素的挑战。太空这个无形的“战场”会持续并深刻影响他们的身心健康。

深入研究航天员在微重力等特殊环境下的生理功能改变机制，并规划切实有效的健康防护方案，不仅是太空医学的重要课题，也是关乎深空探索持续发展的关键。多国科学家在这一前沿领域积极开展探索，从系统性的健康监测到创新性的对抗技术研究，太空医学已步入从现象观察到机制解析、从被动防护到主动干预的新阶段。

01.

太空环境与人体健康

人类从古至今一直向往神秘未知的太空，然而当真正接触并进入其中后才发现危机重重。

人类一直在稳定的重力场中进化，而在太空的微重力环境下，其组织功能会明显受到影响：成年人的骨密度每月会损失1%~2%，是地球上正常骨质流失速度的10倍；心脏因无须对抗重力而逐渐萎缩；体液会向上半身转移，导致出现“太空浮肿脸”和视力变化等。

美国国家航空航天局长期、系统性收集航天员飞行前、中、后的全面健康数据。其标志性项目是以一对同卵双胞胎航天员兄弟为研究对象的长期人体对照研究，一位在空间站执行任务，另一位在地面照常生活。这是人类首次在基因组、表观遗传组、认知功能等多维度量化长期太空飞行的综合影响。研究结果显示，身处空间站的那位航天员的细胞中微RNA发生了变化，并有体重下降、颈动脉扩张、肠道菌群改变等情况出现。研究还发现，他的端粒（一种衰老标记物）会变长，返回地球后，端粒的长度恢复甚至变得更短，最终产生衰老加速的生物学后果。此番对生命系统进行的高强度“压力测试”为探寻太空环境与衰老的关系提供了全新的研究路径。

太空辐射是深空旅行中最隐蔽的威胁。国际空间站上受到的辐射剂量是地面的50倍，而火星旅程中受到的辐射更厉害。研究揭示，像微小的子弹一样，高能粒子能够直接破坏人体的DNA结构，显著增加癌症风险，甚至影响中枢神经系统功能。

飞行过程中的幽闭环境及昼夜节律紊乱等也会造成航天员的健康失衡。

02.

在太空实验室破解生命密码

仅列出太空中的健康风险清单远远不够，新时期太空医学的核心是深入理解其中涉及的细胞分子机制，并在太空中直接开展防护策略的测试。

传统的地面模拟和有限的航天员样本无法满足这一测试需求，实验室太空化已是必然趋势。美国在20世纪四五十年代就开始利用火箭和人造卫星进行动物试验。2000年正式运行的国际空间站为人类进行长期太空科学研究提供了有效的实验平台，多国大量的细胞、组织工程实验都在其上完成，众多科研成果在此诞生。

微重力下的细胞无须对抗重力，能以自然的三维方式生长和聚集，所形成的复杂三维组织结构（如类器官）非常接近人体器官，这为地球上难以模拟的组织构建提供了可行性。2025年，我国“基于器官芯片的失重心血管功能变化机制与防护研究”项目获批，这是国际首个开展太空人体血管研究的器官芯片项目。该太空人体血管组织芯片的外观与U盘相似，包含由人体干细胞重构的微型人体心脏，可以收缩和舒张的微型人体动脉血管，具有角质层、真皮层和黑色素的人体皮肤等器官组织，用于研究导致血管结构和功能变化的细胞学机制，并测试保护性药物对避免预期问题的有效性。同年，中国空间站首次利用脑类器官芯片研究空间微重力环境对人脑功能的影响及作用机制。

太空人体血管组织芯片

（图片来源：东南大学苏州医疗器械研究院）

太空医学研究的蓬勃发展为解决太空健康危机、克服制约人类长期航天飞行的诸多健康难题带来希望。与此同时，其研究成果还将积极惠及地面医疗，提高疾病治愈率。

03.

“骨肉”保卫战

人体骨骼在空间微重力环境的长期影响下，会发生失重性骨质变化，表现为持续性的骨量丢失、生物力学性能下降、骨钙素分泌降低等，即微重力诱导的骨质流失或骨质疏松。与此同时，肌肉质量会减少，力量会快速降低。这些变化不仅会影响航天员的在轨健康与任务能力，也给其返回地球后的生活带来风险。因此，对抗太空中的“隐形流失”——骨质流失和肌肉萎缩等已成为保障长期载人航天任务成功的核心挑战之一。

对抗骨质流失的常规措施主要有高强度抗阻锻炼（如使用高级抗阻锻炼装置）、营养干预（摄入优化钙和维生素D）等。骨密度计是评估上述措施是否有效的“终极裁判”。根据定期扫描的结果，研究人员对采用不同对抗方案的骨密度变化曲线的差异进行分析，进而优化航天员的防护策略。

航天员正在安装骨密度计

（图片来源：美国国家航空航天局）

面对抗阻锻炼与营养优化等国际主流方案成效不甚显著的局面，中国科学家认识到，唯有深入细胞内部，破译微重力扰乱生命活动的“分子密码”，方能治本。他们将目光投至失重调节骨质丢失的介质小分子，研究其作用机制，并有针对性地给出关于航天员失重骨防护的理论指导。在神舟十八号飞船任务中，中国航天员将成骨细胞和成肌细胞送入中国空间站，在真实微重力场中对其开展实验，旨在探究长期飞行中骨质丢失及肌肉萎缩的防护作用与机制。实验还研究了用来调节骨形成的关键调控因子在太空中的功能有效性。

04.

星际药房

太空的微重力特点为干细胞的大规模扩增和组织工程的构建提供了新的发展路径。巨大的商业与卫生健康价值令不少国际生物制药巨头将目光转向太空微重力实验室，进而催生出一系列革新性药物。太空已成为推动药物研发、孕育治疗革新的前沿阵地。它不仅为解决航天员的健康问题提供方案，更源源不断地为地面重大疾病的攻克贡献来自星辰的智慧。

美国安进公司在太空微重力环境下用小鼠测试了骨保护素、肌肉生长抑制素和硬化蛋白抗体等3种在研药物，最终研制出用于治疗骨质疏松症和骨巨细胞瘤的地舒单抗。德国默克公司在国际空间站开展了多次单克隆抗体晶体实验，利用微重力环境获得了均匀的结晶悬浮液，研制出治疗黑色素瘤、非小细胞肺癌、肾癌等10余种肿瘤的派姆单抗。美国默沙东公司在国际空间站对药物进行纯化结晶，最终开发出帕博利珠单抗。这是一款通过激活患者自身免疫系统来对抗多种癌症的“明星药物”。

帕博利珠单抗的纯化结晶试验的地面对照样品（左）

与航天样品（右）

（图片来源：默沙东公司）

中国科学家则另辟蹊径，开创了自己的太空生物制药路径。研究团队9次将具有抗癌功效的α-溶血性链球菌送入太空，利用宇宙辐射与微重力的复合效应对其进行高效诱变育种。每经过一次太空搭载，菌株的抗肿瘤活性均显著提升3~5倍。更重要的是，太空环境诱导菌株产生了全新的活性代谢产物——自愈原生因子。该因子不仅能更有效地攻击肿瘤，更具备修复与激活患者自身免疫及组织修复系统的潜能，实现了癌症治疗理念从“外部杀伤”到“激活内源性自愈”的重大升级。这项研究是将空间资源转化为新一代生物疗法的典范。

05.

多组学时代的生命图谱

最新研究表明，太空环境对人体的影响远不止肉眼可见的生理变化，它正在生命最基本的调控层面——基因表达与表观遗传书写新的“太空密码”。

目前，太空医学研究已进入多组学时代。美国国家航空航天局建立了全球最大的太空人体数据库，用于绘制太空环境对人体影响的“基线”和“风险图谱”。

2024年，英国《自然》周刊及其子刊发表专刊，系列报道了国际空间组学和医学图谱的研究成果：建立标准化生物样本收集标准，对样本转录组变化、表观遗传变化、微生物变化、线粒体反应等进行研究，最终形成广泛的分子和生理图谱。收录航天员的生物样本数据的数据库及医学图谱的建立可以更深入、全面地了解航天飞行对人体功能的影响，有助于推动太空医学的发展，保障航天员在太空环境中的生命健康，为个性化健康管理打下坚实基础。未来的月球、火星等探测任务也可以从中获取所需的健康监测、风险规避和参考数据等重要信息。

当我们仰望星空，畅想构建月球基地、火星城市时，太空医学正默默绘制着让人类成功实现跨星球生存的健康蓝图。蓝图中，保障航天员健康与改善全人类健康不再是两个独立的目标，而是同一科学探索的一体两面。

从帮助骨质疏松患者的新药，到基于太空蛋白质结晶技术的抗癌疗法，再到从太空微生物育种中获得的免疫调节因子，太空医学的成果正悄然融入现有的医疗体系。这门在太空时代诞生的学科已逐步成为连接人类未来与健康福祉的重要桥梁，它按照“太空探索，地球受益”的理念发展进步。太空中遇到的每一个健康挑战，都在加深我们对生命基本规律的理解；为航天员开发的每一项防护措施，都可能成为惠及大众的医疗突破。

在探索星辰大海的征程中，最大的收获或许不是新的领土，而是对生命本身更深刻的理解，以及由此带来的延长寿命、提升健康的无限可能性。

*本文刊登于《科学画报》2026年第5期，更多相关内容欢迎订阅。

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