探索地外生命是人类科学研究的核心问题,火星是地外生命探测的重要地点,探索火星、了解火星表面及其演化有助于加深人类对地球气候变化及生命起源与进化的理解。但太空探索对人类的生理提出了许多挑战:例如,空间辐射和微重力环境以及空间限制与隔离等,都会引起人体的多种病理学反应,其中许多疾病或症状的生理机制仍不清楚。受限于航天器动力、体积和机组人员配置,太空飞行中能够提供的医疗服务较为有限,目前还是以筛查潜在隐患从而做出相应预防为主。但空间生物学数据较少,且通常样本量较小。如何充分挖掘有限数据、评估并预防空间环境可能引发的病理反应,进而提高太空飞行中的风险防控能力,是目前太空探索面临的主要难题。为了缓解上述问题,本研究利用Mars 520任务中宇航员和40种疾病患者的DNA甲基化数据,用SIMPO算法和FABIA双聚类算法进行双聚类分析,结果表明Mars 520样本与肝癌患者具有相似的基因表达模式,且共表达基因多集中于先天性免疫、细胞响应营养素和病毒感染等通路。随后,本研究对Mars 520任务的DNA甲基化数据和微重力环境下免疫细胞基因表达数据进行差异分析,差异基因结果中富集到多个病毒感染通路,包括:EBV感染、HBV感染、HSV感染和KSHV感染等,并利用Time Delay-ARACNE算法构建了一个调控网络。上述研究结果表明模拟空间环境中多种压力源可能会导致人体免疫失调,增加人体对病毒的易感性。为了预防或降低病毒感染风险,本研究利用食物中与营养素存在互作的蛋白靶标集和病毒感染疾病的相关基因集进行超几何检验富集分析,结果表明EGCG和维生素D的互作蛋白靶标集在多种病毒感染疾病的基因集中显著富集。此外,本研究还利用两样本孟德尔随机化（Two sample Mendelian Randomization,2SMR）方法推断营养素水平与病毒感染之间的因果关联,结果表明维生素D水平与EBV抗体水平和HBV抗体水平呈负相关。以上结果表明EGCG和维生素D可能有助于预防病毒感染。综上所述,本文的研究结果表明,模拟空间环境会增加人体的病毒感染风险,EGCG和维生素D具有预防或抵抗病毒感染的潜力。本文的研究成果可用于为宇航员制定饮食和医疗方案,对未来的火星探索具有潜在应用价值。