50Hz磁场暴露对细胞培养液SPR相位信号影响及其生物学意义

摘要

随着电力工业的快速发展与家用电器的日益普及，环境工频磁场（在我国主要为50 Hz磁场）的暴露水平不断增加，其可能的健康危害日益引起公众的关注。基于有限的流行病学研究证据，世界卫生组织下属的国际癌症研究中心将极低频磁场(0-300 Hz)归类为人类可疑致癌原。大量实验研究结果提示工频磁场暴露可能影响生物体或细胞产生生物学效应，但研究结果不一致，其关键是低强度工频磁场与生物体作用的生物学机制不清楚。已有研究显示，静磁场、脉冲电场暴露影响液体或溶液中生物大分子的物理特性，且受暴露的液体或生物大分子能作用于细胞或生物体产生生物学效应。为此，我们假设工频磁场暴露体外培养细胞产生的生物学效应可能是通过作用细胞培养液进而影响细胞功能实现的。
　　为探索工频磁场产生效应的机制，本学位论文研究分析了50 Hz磁场暴露对细胞培养液物理特性的影响及经磁场暴露后的培养液对细胞功能的影响。首先，我们将α-MEM细胞培养液（含10％FBS）暴露于4.0 mT的50 Hz磁场不同时间(0～60min)，利用检测表面等离子体共振(Surface plasmon resonance，SPR)的相位信号变化来分析培养液折射率的变化情况，并观察了不同强度(0～4.0 mT)50 Hz磁场暴露对细胞培养液SPR相位信号的影响。结果显示，50 Hz磁场暴露引起α-MEM细胞培养液的SPR相位信号变化，且该效应具有磁场暴露时间、暴露强度依赖性。同时，我们将细胞培养液暴露于4.0 mT的50 Hz磁场暴露30 min后停止磁场暴露，发现培养液的SPR相位信号能够恢复并接近本底水平，提示该效应具有可逆性。
　　进一步，本研究利用受4.0 mT的50 Hz磁场暴露或假暴露1h后的细胞培养液来处理人羊膜上皮FL细胞，将细胞继续培养至48 h，采用CCK-8法分别检测FL细胞的活力;将50 Hz磁场暴露组的细胞培养液孵育FL细胞5～60 min，采用Western blot法检测MAPK信号通路(ERK，p38)和自噬信号通路(p62，LC3)相关蛋白的表达水平;采用γH2AX焦点形成实验检测细胞DNA双链断裂情况，采用碱性彗星实验检测DNA片段化情况;利用流式细胞仪检测胞内活性氧自由基(ROS)的变化。结果显示，受4.0 mT的50 Hz磁场暴露的细胞培养液培养FL细胞，对细胞的活力、MAPK信号通路和自噬通路相关蛋白的表达水平、DNA损伤和胞内ROS水平没有显著影响。
　　另一方面，本研究采用相位SPR成像传感技术分析50 Hz磁场暴露对表皮生长因子EGF溶液SPR信号的影响。结果显示，相对于假暴露组，50 Hz磁场暴露组的EGF溶液SPR相位值较初始值减小。以表皮生长因子受体EGFR连接金膜为固定相，以EGF溶液为流动相，我们发现相位SPR成像传感技术能检测EGF和EGFR的相互作用，但经50 Hz磁场暴露的EGF未影响EGF和EGFR的相互作用。进一步，我们分析了受50 Hz磁场暴露的EGF作用细胞产生的生物学效应，即将50 Hz磁场暴露的EGF配制入含1％ FBS的α-MEM细胞培养液并培养FL细胞，然后检测细胞活力和EGFR聚簇。结果显示，EGF能增强细胞活力和促进EGFR聚簇;但与假暴露组相比，50 Hz磁场暴露组的EGF未能影响FL细胞的活力和EGFR聚簇。
　　基于以上研究结果，我们认为，在本实验条件下，50 Hz磁场暴露引起含10％FBS的α-MEM细胞培养液SPR相位信号的变化，但受50 Hz磁场暴露的细胞培养液对FL细胞活力、MAPK信号通路和自噬通路相关蛋白的表达水平、DNA损伤和细胞内ROS水平均没有显著影响。此外，50 Hz磁场暴露影响生物大分子EGF的SPR相位信号，但受50 Hz磁场暴露的EGF末影响体外EGF和EGFR的相互作用和FL细胞活力、EGFR聚簇。我们的研究数据提示，与静磁场、脉冲电场不同，50 Hz磁场暴露引起的细胞生物学效应可能不是通过影响细胞培养液或培养液中生物大分子的物理特性实现的。

目录

声明

致谢

摘要

缩略语表

1 引言

1．1 工频磁场与人群健康

1．2 工频磁场暴露生物学效应实验研究

1．3 工频磁场与EGF-EGFR通路

1．4 电磁场与水、溶液、生物大分子的物理特性

1．5 表面等离子体子共振与溶液介电常数等物理特性

1．6 本学位论文研究的科学假设和研究思路

2．实验材料

2．1 主要实验材料和设备

2．2 主要试剂配方

3．实验方法和原理

3．1 细胞培养及病毒感染

3．2 电磁场暴露系统和暴露参数的选择

3．3 相位SPR成像传感系统简介

3．4 相位SPR传感技术检测培养液实验

3．5 相位SPR传感技术检测EGF与EGFR结合实验

3．6 细胞活力检测

3．7 细胞增殖检测

3．8 Western blot免疫印迹实验

3．9 γH2AX焦点形成实验(免疫荧光)

3．10 碱性彗星实验步骤

3．11 流式细胞术ROS检测

3．12 数据统计

4．实验结果

第一部分 50 Hz磁场影响细胞培养液SPR相位信号及生物学意义

第二部分 50 Hz磁场暴露影响EGF溶液的sPR相位信号及生物学意义

5．讨论

6．结论

参考文献

综述 电磁场作用EGF-EGFR信号通路的研究进展

作者简历及在读期间取得的科研成果