深空辐射会对大脑造成损伤吗？对雄性老鼠有影响雌性却没有，你知道这是为什么吗？
深空辐射对大脑的损伤机制可以概括为以下几个方面：
1. DNA损伤与细胞凋亡： 辐射粒子，尤其是高原子序数和能量（HZE）粒子，具有很强的电离能力。它们能够直接打断DNA链，导致基因突变、染色体畸变。神经元是高度分化的细胞，更新能力有限，一旦DNA受损严重，就可能触发细胞凋亡程序，导致神经元数量的减少。
2. 氧化应激： 辐射能够产生大量的活性氧（ROS）和活性氮（RNS）自由基。这些自由基会攻击细胞内的脂质、蛋白质和DNA，引起氧化损伤。大脑是一个对氧化损伤特别敏感的器官，因为其代谢活跃，富含不饱和脂肪酸，且抗氧化防御系统可能无法完全应对持续的辐射暴露。氧化应激会破坏神经元的结构和功能，影响神经递质的合成和传递。
3. 炎症反应： 辐射诱导的细胞损伤会激活小胶质细胞（大脑中的免疫细胞）和其他炎症通路，导致局部炎症的产生。虽然短期的炎症反应有助于清除受损细胞，但长期的慢性炎症会释放细胞因子，进一步损伤神经元和神经胶质细胞，破坏血脑屏障的完整性，并可能导致认知功能下降。
4. 神经递质系统紊乱： 辐射对神经递质的合成、释放和再摄取过程都可能产生影响。例如，谷氨酸能神经传递失调与辐射诱导的兴奋性毒性有关，可能导致神经元过度兴奋甚至死亡。同时，多巴胺、血清素等神经递质系统的改变也可能影响情绪、学习和记忆等认知功能。
5. 血脑屏障损伤： 血脑屏障（BBB）是保护大脑免受有害物质侵害的关键结构。辐射可以破坏BBB的内皮细胞紧密连接，增加其通透性，使得血液中的有毒物质、炎症因子更容易进入脑组织，加剧神经损伤。
关于你提到的“对雄性老鼠有影响雌性却没有”的现象，这在科学研究中确实是一个值得探讨的有趣问题，并且已经有一些初步的解释和假说：
首先，需要强调的是，“雌性完全不受影响”的说法可能过于绝对。在许多研究中，雌性也可能表现出一定程度的损伤，但其敏感性或损伤模式可能与雄性有所不同，或者某些效应在雌性身上被更有效地代偿或修复。
那么，为什么可能存在性别差异呢？这主要与激素、基因表达和代谢差异有关：
1. 性激素的影响：
雌激素（Estradiol）： 这是最常被提及的可能因素。雌激素不仅与生殖功能有关，它还是一种重要的神经保护剂。雌激素可以通过多种机制保护神经元免受损伤：
抗氧化作用： 雌激素可以增强细胞的抗氧化能力，清除自由基，减轻氧化应激。
抗炎作用： 雌激素能够抑制神经炎症，减少促炎细胞因子的释放。
促进神经发生和突触可塑性： 雌激素可以支持海马体等脑区的神经发生，并增强神经元的连接能力（突触可塑性），这对于学习和记忆至关重要。
DNA修复： 有研究表明，雌激素可能参与DNA损伤修复过程。
雄激素（Testosterone）： 雄激素对大脑的影响也比较复杂，虽然不像雌激素那样有明确的神经保护作用，但它也参与神经元的生长和维持。在某些情况下，高水平的雄激素暴露可能与某些类型的脑损伤风险增加有关。
在辐射暴露的情况下，雌性老鼠较高的雌激素水平可能为其大脑提供了一层额外的保护，使其对辐射的敏感性降低，或者使其在损伤发生后能更快地恢复。
2. 基因表达的性别差异：
许多与DNA修复、氧化应激响应、炎症调节以及神经保护相关的基因在男性和女性之间存在表达量的差异。这些差异可能导致在面对辐射挑战时，男女大脑的响应机制有所不同。例如，某些DNA修复酶的活性或抗氧化酶的表达水平可能在雌性体内更高。
3. 代谢和生理差异：
雄性和雌性在能量代谢、神经递质系统以及大脑结构上本身就存在一些差异。这些生理上的细微差别，在面临辐射这个外部压力时，可能会放大，导致不同的结果。比如，如果雌性大脑在某些代谢通路上的效率更高，或者其神经递质系统的稳态更容易维持，那么在辐射暴露下受到的影响就会相对较小。
4. 微环境和细胞组成：
大脑的微环境，包括神经胶质细胞（如星形胶质细胞和小胶质细胞）的激活状态和数量，以及神经元的具体类型和分布，在性别之间也可能存在细微差异。这些差异可能影响辐射信号的传递和细胞损伤的进程。
总结来说，深空辐射对大脑的损伤是多方面的，涉及DNA损伤、氧化应激、炎症和神经递质紊乱。而性别差异的出现，尤其是在动物模型中观察到的现象，很可能与雌性体内更高水平的神经保护性激素（如雌激素）、基因表达的性别特异性、以及其他生理和代谢上的差异有关，这些因素共同作用，使得雌性在某些情况下表现出更强的抵抗力或更快的恢复能力。
需要注意的是，这些研究结果通常是在特定的实验条件下获得的，并且对于如何将这些发现转化为人类宇航员的保护策略，还需要进一步的研究和验证。随着人类探索太空的步伐越来越远，理解并克服辐射对宇航员身心健康的影响，尤其是大脑健康，将是至关重要的任务。
网友意见
太空环境有比地球上更强的电离辐射，其中一部分是高能量的银河宇宙线。题目里谈到的研究是“相当于银河宇宙线的电离辐射会引起雄性小鼠大脑里的免疫细胞错误地杀死一些神经细胞，雌性小鼠免疫细胞无此行为”[1]。这现象是存在的，但在“太空环境给宇航员造成的危险”里实在是排不上号。
这个“发现”不新鲜，过去已经有多个彼此独立的研究拿它水过论文了[2]。
人脑的结构和组织远比啮齿类大脑复杂得多，对空间辐射的反应很可能存在明显的差异。用小鼠做的实验也并不都得出一样的结论。
实验显示，相当于银河宇宙线中高能重粒子的铁-56 离子照射可以损害哺乳类的神经可塑性，至少在照射后两个月内有效抑制成年小鼠海马体中的神经发生，降低海马依赖性学习和记忆任务的表现，并改变海马突触可塑性表达。这抑制是短暂的、可代偿的，而且最低剂量的照射会明显损害雌性的神经发生、在雄性中较轻微，与这类研究的常态“雄性受损而雌性没受损”显著不同。在照射后 12 个月时，雌性和雄性小鼠的新生神经元数量，无论辐射剂量如何，都反弹至明显高于对照组的水平[3]。
在目前采取的防护措施下，太空中的电离辐射能给宇航员造成比在地球上生活略多的DNA损伤，微重力条件还会影响DNA修复。不过，绝大部分突变是中性的，既不有益也不有害。宇航员在正常的航天任务里受到的辐射量不会明显提升癌症发病率。
2019 年，NASA 进行了相关的试验[4]：
对宇航员斯科特·凯利及其同卵双胞胎兄弟马克·凯利进行外周血细胞采样、RNA 测序、大小便样本检测，在斯科特执行为期 340 天的航天任务之后再次采样进行比对，以分析太空任务对基因表达造成的影响。
比对结果显示，最引人注意的变化是斯科特的端粒在太空略有延长、回到地球后明显缩短；斯科特和马克的基因表达水平和 DNA 甲基化各自发生了一些改变，改变的内容不同，且 8.7% 的基因表达水平变化在斯科特返回地球六个月后仍然存在；太空辐射给斯科特的 DNA 造成的损伤主要是一部分染色体倒装和易位，倒装比易位更多。
一个人无论生活在地球上还是在太空，都会不断经历大量的 DNA 损伤：
- 太阳辐射、空气·土壤·水里的放射性物质、你体内的放射性物质都在提供电离辐射。
- 细胞内线粒体的呼吸作用产生的活性氧可以造成 DNA 损伤。每天，你的每个有核细胞至少要修复一万处由活性氧造成的 DNA 损伤。一个成年人约有数十万亿个细胞，这意味着每天数十亿亿次修复，出点差错在所难免。
太空环境对人细胞的直接影响要比上述问题更严重。在过去五十年里，我们已经看到失重或微重力导致的骨质流失、肌肉萎缩、心肺问题、嗅觉减退、味觉减退、视觉模糊、大脑异常、免疫系统紊乱（白细胞减少与炎症因子释放）、代谢紊乱、平衡感破坏、感知障碍、智力下降。“脸部肿胀”等轻微影响是无所谓的，而其他影响在细胞功能层面上是如此基础，以至于在没有人造重力的情况下人在空间站生存 2 年都是难以维持的。宇航员在太空的许多基因表达变化是在适应这些问题和炎症反应。
在国际空间站上工作的宇航员遭遇严重的肌肉萎缩和骨质流失，他们尝试在空间站上进行体育锻炼和力量训练来缓解，但这会引起身体温度危险地升高。研究显示，在登上空间站后，宇航员身体的核心温度于 75 天内升高到 38 摄氏度，进行体育锻炼期间核心温度更会升高至 40 摄氏度。这样的异常温度会抬高基础代谢率，随机引起头痛、肌肉痉挛、眩晕甚至昏厥、心率加快、呼吸急促、消化系统不适和感官障碍。血液循环问题与高血压可引起心脏病发作，大脑过热会伤害神经细胞。
参考
- ^ https://doi.org/10.1126/sciadv.abg6702
- ^ https://www.ucsf.edu/news/2018/08/411461/female-mice-are-immune-cognitive-damage-space-radiation
- ^ Miry, O., Zhang, Xl., Vose, L.R. et al. Life-long brain compensatory responses to galactic cosmic radiation exposure. Sci Rep 11, 4292 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-83447-y
- ^ DOI: 10.1126/science.aau8650
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