北京時間2021年6月17日18時48分，航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波先后進入天和核心艙，標志著中國人首次進入自己的空間站，我國航天事業(yè)開啟了“空間站”時代！

人類進入太空，時刻面對著強輻射，微重力的環(huán)境。如何在太空中維持健康，甚至繁衍后代，是未來需要解決的重要問題。小鼠作為最常用的模式動物，自然“身先士卒”，成為人類前進路上的“明燈”。本文將與大家分享幾個小鼠的太空之旅和有趣的行為學實驗。

大力鼠實驗

宇航員在失重條件下，隨著時間增加，面臨著骨骼和肌肉質(zhì)量下降、流失的問題，肌肉生長抑制素(MSTN)具有限制肌肉生長的功能，靶向MSTN可以降低肌肉和骨質(zhì)的流失。

美國宇航局最近進行了名為“太空大力鼠”（Mighty mouse in space）的實驗，即是把缺失Mstn基因的小鼠(大力鼠)運送到太空中，與野生型小鼠對比肌肉和骨質(zhì)的損失情況[1]。

2019年12月，40只小鼠搭乘SpaceX-19到達國際空間站，并在空間站生活了33天，直到2020年1月回到地球。

這40只小鼠分為5組，實驗干預時間線如圖1所示。三組由未經(jīng)處理的野生型小鼠組成，一組由ACVR2B/Fc處理的野生型小鼠組成，一組由Mstn?/?小鼠組成。與此對應的，設置了地面對照組。ACVR2B/Fc是MSTN和Activin A的抑制劑，Activin A與MSTN的功能類似。圖片

圖1 實驗流程圖

實驗結(jié)果表明，實驗組小鼠暴露在微重力下33 天后，野生組小鼠表現(xiàn)出顯著的肌肉損失，而Mstn?/?的小鼠，肌肉質(zhì)量反而增加了，注射ACVR2B/Fc的小鼠也表現(xiàn)出肌肉質(zhì)量的增加，增加水平略低于Mstn?/?組（如圖2A）。小鼠骨密度檢測結(jié)果與肌肉質(zhì)量檢測結(jié)果是一致的（如圖2B）。

可見，通過抑制MSTN/activin 信號通路可以避免或者減輕肌肉和骨組織的流失。除了宇航員，地面上行動不便或無法行動的人也面臨肌肉萎縮和骨骼脆弱的問題，這一機制的發(fā)現(xiàn)，也為這類疾病的治療提供參考。

圖2 抑制MSTN/activin 信號通路可以避免或者減輕肌肉和骨組織的流失。

另外，日本的一個課題組也進行了類似的實驗，實驗設置了兩組小鼠（每組6只），一組處于人工重力（1G）中，另一組處于微重力中，兩組小鼠都置于國際空間站上35天，后返回地球進行檢測。結(jié)果顯示，人工重力可防止在微重力環(huán)境下觀察到小鼠的肌肉萎縮等變化[2]。

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太空小鼠愛跑酷

為了揭示生物適應太空環(huán)境的行為，NASA空間生物學部門的研究者首次對在國際空間站“嚙齒動物棲息地”的小鼠進行了行為學分析[3]。

研究者將小鼠分為2組，進行了視頻拍攝。一組是較為年輕的小鼠，16周大，飛行33天，另一組鼠為32周齡，飛行17-18天，每組小鼠（FLT）都設置了地面的對照組（GC）。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)：(1) FLT小鼠與地面小鼠一樣，參與類似形式和水平的行為，如攝食、給自己理毛、擠在一起以及社會互動。(2) 年輕的FLT小鼠在2周內(nèi)即出現(xiàn)繞棲息地四壁跑圈的獨特行為，并很快演變成一種協(xié)調(diào)的集體運動。這種行為的出現(xiàn)，可能是因為小鼠將運動視作一種獎賞活動、一種應激反應，或是對內(nèi)耳平衡系統(tǒng)的刺激，因為不運動時內(nèi)耳平衡系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)無法在微重力下接收外部信號。

圖3 FLT小鼠出現(xiàn)繞棲息地四壁跑圈的獨特行為

南模生物擁有嚴謹專業(yè)的行為學服務平臺，可提供基礎代謝與自發(fā)活動、焦慮研究、抑郁研究、學習記憶研究、運動能力檢測和痛覺檢測多種服務項目，詳細信息歡迎在微信公眾號留言獲取。

太空鼠繁育實驗

宇宙之浩瀚，難以預計。旅行者一號至今飛行了44年，仍沒有飛出太陽系，僅憑一代人，難以達到星際旅行的目的。為了探索哺乳動物在太空中是否可以繁育，科學家們進行了一系列的動物實驗。

時間追溯到1979年，一群大鼠在俄羅斯的一個衛(wèi)星上生活了18.5天，人們驚訝的發(fā)現(xiàn)，在此期間，繁殖籠內(nèi)的大鼠并無交配跡象，這一行為與大鼠旺盛的繁殖欲望相背離。人們猜測是否太空環(huán)境抑制了大鼠的欲望，可惜這一過程并未被攝像記錄，并無直接證據(jù)[4]。此后，人們又進行了多次的活體大小鼠交配實驗，發(fā)現(xiàn)繁殖率明顯下降，即便是繁殖出小鼠，也出現(xiàn)發(fā)育不良的情況[5]。

既然活體鼠難以繁育后代，那生殖細胞呢？2013年，日本的科學家將小鼠精子發(fā)送到國際空間站中，在-95℃的條件性保存9個月后返回地球，并將體外受精后的胚胎移植到小鼠體內(nèi)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，盡管測序結(jié)果顯示，精子基因組有輕微的損傷，但是它們?nèi)阅墚a(chǎn)生健康的幼崽[6]。最新數(shù)據(jù)顯示，冷凍精子在空間站保存了3-6年，仍可以產(chǎn)生健康的幼崽，并且科學家預測，冷凍精子可存活200年[7]。

圖4 太空幼仔來自于在太空中保存的精子

雌性小鼠的生殖力也得到了研究?？茖W家們將15 只成年C57BL/6 雌性小鼠發(fā)射到太空中，在軌道上飛行了 13 天，并設置了相同飛行籠和飲食的平行地面控制。與地面對照相比，飛行小鼠的卵巢明顯更小 (P<0.001)，黃體 (CL) 明顯更少 (P<0.003)，并且飛行小鼠卵巢中大部分生長的卵泡都處于閉鎖狀態(tài)[8]。這一結(jié)果說明雌性動物在太空中的繁育能力可能受到較大的損傷。因此，科學家在太空繁育的路上，還有諸多困難需要克服。

“地球是人類的搖籃，但人類不會永遠被束縛在搖籃里”。星際旅行是人類的終極浪漫，眼下是歷史上最接近星空的時刻，空間生物學正發(fā)出熠熠光輝！讓我們這一代，攜手前行，探索太空生命活動的前沿問題，為穿越太空提供可能！

南模生物緊跟國際先進基因編輯技術(shù)，從2000成立至今，利用ES細胞打靶技術(shù)、CRISPR基因編輯技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，已累計建立了逾10000種基因修飾小鼠模型。

南模生物基因修飾大小鼠模型研發(fā)技術(shù)平臺可提供全身性基因敲除模型、條件性基因敲除模型、KO First小鼠模型、定點過表達模型、點突變模型、條件性點突變模型、人源化模型、轉(zhuǎn)基因模型等技術(shù)服務，為基因功能研究、人類疾病研究、基因示蹤與細胞命運研究、藥物研發(fā)與篩選提供有力有效的實驗動物模型。

Reference

[1]Lee SJ, Lehar A, Meir JU, Koch C, et al. Targeting myostatin/activin A protects against skeletal muscle and bone loss during spaceflight. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Sep 22;117(38):23942- 23951. doi: 10.1073/pnas.2014716117. Epub 2020 Sep 8. PMID: 32900939; PMCID: PMC7519220.

[2]Okada R, Fujita SI, Suzuki R, et al. Transcriptome analysis of gravitational effects on mouse skeletal muscles under microgravity and artificial 1 g onboard environment. Sci Rep. 2021 Apr 28;11(1):9168. doi: 10.1038/s41598-021-88392-4. PMID: 33911096; PMCID: PMC8080648.

[3]Ronca AE, Moyer EL, Talyansky Y, et al. Behavior of mice aboard the International Space Station [published correction appears in Sci Rep. 2019 Jul 9;9(1):10154]. Sci Rep. 2019;9(1):4717. Published 2019 Apr 11. doi:10.1038/s41598-019-40789-y

[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Kosmos_1129

[5]https://www.newscientist.com/article/mg15120381-400-space-pregnancy-leads-to-hard-labour/

[6]Wakayama S, Kamada Y, Yamanaka K, et al. Healthy offspring from freeze-dried mouse spermatozoa held on the International Space Station for 9 months. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017 Jun 6;114(23):5988-5993. doi: 10.1073/pnas.1701425114. Epub 2017 May 22. PMID: 28533361; PMCID: PMC5468614.

[7]Wakayama S, Ito D, Kamada Y, et al. Evaluating the long-term effect of space radiation on the reproductive normality of mammalian sperm preserved on the International Space Station. Sci Adv. 2021 Jun 11;7(24):eabg5554. doi: 10.1126/sciadv.abg5554. PMID: 34117068.

[8]Lesya M. Holets, Vijayalaxmi Gupta,et al, Spaceflight Inhibits Ovarian Follicle Development, Induces Down Regulation of Estrogen Receptor Alpha, and Alters Metabolic Pathways and Gene Expression in Mouse Uterus., Biology of Reproduction, Volume 87, Issue Suppl_1, 1 August 2012, Page 18, https://doi.org/10.1093/biolreprod/87.s1.18