50Hz工頻磁場暴露引起FL細胞線粒體膜通透性轉換的生物學機制及效應.pdf

1、極低頻電磁場（extremely low frequency electromagnetic fields，ELF-EMF）一般指頻率為0-300 Hz的交變電磁場，其中頻率為50/60 Hz的磁場又稱為工頻磁場（magnetic fields，MF），可由各種家用電器以及高壓輸變電線路產生，廣泛存在于職業(yè)環(huán)境及日常生活環(huán)境中。自1979年，Leeper和Wertheimer首先報道MF暴露與兒童白血病發(fā)病率存在正相關，ELF-EMF對

2、人體的潛在危害日益受到人們的關注。此后，又有諸多研究報道ELF-EMF暴露與腫瘤，神經系統(tǒng)疾病，不孕癥等疾病具有相關性。然而，到目前為止，ELF-EMF產生這些生物學效應的機制尚不明確。
　　線粒體作為細胞的“能量工廠”，不僅能夠通過呼吸作用產生ROS，還能在維持離子濃度平衡中起著重要的作用。因此，線粒體極易成為外界刺激因素的一個作用位點。本課題組在前期的研究中發(fā)現(xiàn)，工頻磁場暴露可以引起線粒體膜通透性轉換（mitochondria

3、l permeability transition，MPT）并伴隨細胞色素c(Cyt-c)的釋放，但并不引起細胞發(fā)生凋亡。線粒體具有雙層膜結構，正常生理情況下，線粒體內膜對離子高度不通透。然而在某些因素的作用下，可致線粒體膜通透性轉換孔(mitochondrial permeability transition pore，mPTP)開啟，從而允許分子量小于1500 Da的分子自由出入線粒體內外膜，引起線粒體基質腫脹及其結構改變，并最終產

4、生一系列生物學效應。
　　有研究表明，細胞內有多種信號分子可介導mPTP的開啟，從而誘導發(fā)生MPT，如Bcl-2蛋白家族，GSK-3β蛋白，ROS等，而誘導產生ROS是工頻磁場比較確定的效應。因此，本學位論文首先探索了ROS等信號分子在工頻磁場暴露誘導細胞發(fā)生MPT過程中的可能作用，以期揭示工頻磁場誘導細胞MPT的分子機制。研究發(fā)現(xiàn)，工頻磁場暴露并不改變線粒體中Bcl-2，Bax蛋白的含量，但可以顯著增高細胞內ROS水平并改變GS

5、K-3β磷酸化水平程度;用ROS清除劑NAC及GSK-3β抑制劑分別預處理細胞均可以抑制工頻磁場誘導產生的MPT;并且NAC預處理細胞能夠顯著抑制工頻磁場暴露后GSK-3β磷酸化的改變。以上結果提示，工頻磁場暴露引起細胞發(fā)生MPT由ROS/GSK-3β信號通路介導。
　　另外，前期研究發(fā)現(xiàn)工頻磁場暴露雖然誘導細胞發(fā)生了MPT及Cyt-c的釋放，但并沒有引起細胞凋亡的發(fā)生，因此，推測工頻磁場暴露可能會改變細胞的狀態(tài)，從而影響細胞對外

6、界刺激因素的響應。為此，本學位論文隨后探索了工頻磁場暴露與凋亡誘導劑staurosporine(STS)可能的聯(lián)合作用。結果發(fā)現(xiàn)，將細胞預暴露于工頻磁場可以顯著抑制低劑量STS誘導的細胞早期凋亡，并呈現(xiàn)出暴露時間窗效應和功率窗效應。MPT抑制劑CyclosporineA(CsA)預處理細胞可以抑制工頻磁場的抗凋亡作用，提示MPT在這一過程中起著重要的作用。同時，工頻磁場暴露可促進線粒體ROS通過mPTP釋放到胞漿中并激活Akt信號通路。

7、而且，PI3K/Akt抑制劑能有效抑制MF的抗凋亡作用，提示Akt也參與了工頻磁場的抗凋亡過程。以上結果表明，工頻磁場暴露可誘導細胞線粒體內ROS經mPTP釋放到胞漿并激活Akt信號通路，從而影響細胞對外界的刺激因素的響應。
　　綜上所述，本學位論文分別探討了工頻磁場暴露引起MPT的分子機制及其生物學效應。結果顯示，細胞內ROS/GSK-3β信號通路介導工頻磁場誘導的MPT發(fā)生過程;線粒體內ROS可通過mPTP釋放到胞漿中并激活A