工频磁场对细胞膜受体的作用及噪声磁场的干预

摘要

随着超高压输变电技术的迅速发展，各种电力设备、电器广泛应用于工业、农业、办公室及家庭，如此广泛的电利用，在给人们带来便利的同时，也使更多的人暴露于工频磁场之中。自1979年Wertheimer等首次报道居住在大电流配电结构的电线附近儿童白血病发病率增高以后，越来越多的研究提示工频磁场可引起有害的生物效应。特别是有研究报道，由高压输电线等产生的工频磁场可增加神经系统肿瘤及淋巴瘤的发病率。国际癌症研究机构(InternationalAgencyforResearchonCancer，IARC)已于2000年将工频电磁场列为可疑致癌物。世界卫生组织(WorldHealthOrganization，WHO)推荐采用国际非电离辐射防护委员会(InternationalCommissiononNon-IonizingRadiationProtection，ICNIRP)的《时变电场、磁场和电磁场暴露限值导则》，其中50Hz磁场的职业暴露限值是0.5mT。但近年来有不少文献报道低于该强度的工频磁场就能引起生物效应。因此，如何确定一个科学合理的电磁场暴露标准值成为当前急需解决的问题。 目前关于工频磁场生物效应的机制仍不明确。环境中极低频电磁场通常因能量较低而难以直接与生物大分子作用或导致DNA损伤，引发突变、畸变及断裂等效应。已有研究结果提示电磁场的生物效应有细胞内信号转导途径的参与，但电磁场如何活化细胞内信号转导途径尚不清楚。一般认为电磁场可能通过作用于细胞膜上已存在的信号转导途径，将物理信号转化成生物信号，经过信号转导及生物级联放大，最终产生生物效应。浙江大学生物电磁学省重点实验室前期研究表明50Hz、0.4mT的工频磁场可以诱导中国仓鼠肺成纤维细胞(CHL)膜表皮生长因子受体(epidermalgrowthfactorreceptor，EGFR)聚簇，等强度的噪声磁场却不能诱导受体的聚簇，而且还能在一定程度上抑制工频磁场对受体的聚簇效应，支持了细胞膜可能是电磁场生物信号转导的主要起始位点这一假设。但目前尚未进一步证实工频磁场诱导的受体聚簇与相应配体诱导的受体聚簇是否具有相同的后续效应，即是否发生EGFR的自身磷酸化而激活细胞内的信号转导途径。 Litovitz等提出了电磁场的时空相干理论，认为：规则电磁场是相干场，可诱导生物体产生效应，而噪声磁场为非相干场，可以干预前者的生物效应。本文选用人羊膜FL(humanamnioticcells)细胞作为研究对象，将FL细胞暴露于0.05、0.1、0.2、0.4mT的工频磁场，0.2mT的噪声磁场及0.1、0.2、0.4mT工频磁场与0.2mT噪声磁场叠加的复合磁场，以细胞膜EGF受体聚簇程度和自身磷酸化为研究对象，探索了工频磁场及由噪声磁场与工频磁场叠加产生的复合磁场的生物效应。 1.工频磁场对细胞膜EGF受体聚簇的诱导作用 细胞膜受体是电磁场信号与细胞间的可能耦合位点。为了探索工频磁场对细胞膜受体的作用，将FL细胞常规培养2天后，分组并作不同的处理：(1)空白对照组：未经任何处理；(2)阳性对照组：用EGF100ng/ml处理15min；(3)工频磁场辐照组(MF组)：分别用0.05、0.1、0.2、0.4mT工频磁场辐照处理15min。处理后，立即倒去培养液，用0.1MPBS快速漂洗后，依次用4﹪多聚甲醛固定，100﹪冰甲醇通透细胞膜，10﹪山羊血清封闭，抗EGF受体抗体，FITC标记的二抗作用及亚丙基碘染色处理，每次处理后都以PBS漂洗3次，最后用90﹪甘油封片成标本。然后做激光共聚焦显微镜观察。结果发现EGF处理及0.1、0.2、0.4mT工频磁场辐照15min可诱导细胞膜EGFR聚簇，但0.05mT工频磁场不能诱导细胞膜EGFR聚簇。 2.工频磁场对EGF受体Y1173位点磷酸化的影响 为了研究工频磁场辐照后EGFR究竟有无活化，本文以EGF受体Y1173位点磷酸化为对象，将FL细胞常规培养2天后，分组并作不同的处理：(1)空白对照组：未经任何处理；(2)阳性对照组：用EGF100ng/ml处理15min；(3)工频磁场辐照组(MF组)：分别用0.05、0.1、0.2、0.4mT工频磁场辐照处理15min。处理后，用裂解液裂解细胞，提取蛋白质。定量后，以Western印记法测定EGF受体Y1173位点磷酸化程度。结果发现EGF处理及0.1、0.2、0.4mT工频磁场辐照15min均能使Y1173位点发生自身磷酸化。 3.噪声磁场对工频磁场诱导的细胞膜EGF受体聚簇及磷酸化的干预作用 由于验证Litovitz提出的电磁场时空相干理论的系列实验中所用的磁场强度很低，其本身的效应存在不确定性，因此导致噪声磁场干预效应得不到广泛认同。上述的实验结果表明，一定强度的工频磁场可以诱导细胞膜EGF受体聚簇，且Y1173位点发生自身磷酸化。为了探索噪声磁场可能存在的对电磁场生物效应的干预作用，我们用细胞膜受体聚簇及Y1173位点磷酸化作指标，研究了0.2mT的噪声磁场存在的作用。 (1)噪声磁场抑制工频磁场诱导的细胞膜EGF受体的聚簇 将FL细胞常规培养2天后，分组并作不同的处理：(1)空白对照组：未经任何处理；(2)阳性对照组：用EGF100ng/ml处理15min；(3)工频磁场辐照组(MF组)：分别用0.05、0.1、0.2、0.4mT工频磁场辐照处理15min；(4)噪声磁场组(N组)：用0.2mT噪声磁场辐照处理15min；(5)复合磁场组(MF+N组)：用0.1、0.2、0.4mT工频磁场与0.2mT噪声磁场叠加的复合磁场辐照处理15min。处理后的细胞经上述相同的方法封片并作激光共聚焦显微镜观察分析。结果表明0.2mT噪声磁场不诱导细胞膜受体的聚簇；当0.2mT的噪声磁场与0.1、0.2mT的工频磁场相互叠加形成复合磁场后，工频磁场诱导细胞膜受体聚簇的现象不出现；而0.2mT的噪声磁场与0.4mT的工频磁场相互叠加形成复合磁场后，工频磁场诱导细胞膜受体聚簇的效应受到部分抑制。 (2)噪声磁场抑制工频磁场诱导的EGF受体磷酸化 将FL细胞分别经0.05、0.1、0.2、0.4mT工频磁场，0.2mT噪声磁场，0.1、0.2、0.4mT工频磁场与0.2mT噪声磁场叠加的复合磁场辐照处理15min后，裂解细胞，提取蛋白质，以Western印记法测定EGF受体Y1173位点磷酸化程度。结果发现0.2mT噪声磁场辐照细胞EGF受体Y1173位点未发生磷酸化；当0.2mT的噪声磁场与0.1、0.2mT的工频磁场相互叠加形成复合磁场后，EGF受体Y1173位点磷酸化现象不出现；而0.2mT的噪声磁场与0.4mT的工频磁场相互叠加形成复合磁场后，EGF受体Y1173位点磷酸化现象仍存在。 本研究获得了以下结论： (一)0.1mT工频磁场辐照能诱导细胞膜受体的聚簇，而0.05mT工频磁场辐照不能诱导细胞膜受体的聚簇，不仅支持低强度的工频磁场就能引起生物效应的研究报道，而且得出工频磁场诱导受体聚簇的作用阈值可能是0.05～0.1mT之间。 (二)一定强度的工频磁场辐照可诱导细胞膜受体的聚簇，进一步证实了细胞膜受体是工频磁场信号与生物体耦合的可能位点之一。 (三)本研究表明EGFR磷酸化过程参与工频磁场的生物效应，并提示工频磁场可能的信号转导途径。 (四)以细胞膜受体聚簇及EGFR磷酸化为指标，验证了噪声磁场干预工频磁场生物效应的电磁场时空相干理论。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

引言

第一部分工频磁场对细胞膜EGF受体聚簇的诱导作用

材料与方法

实验流程

结果

讨论

第二部分工频磁场对EGF受体Y1173位点磷酸化的影响

材料与方法

实验流程

结果

讨论

第三部分噪声磁场对工频磁场诱导的细胞膜EGF受体聚簇及磷酸化的干预作用

材料与方法

结果

讨论

结论

综述 极低频电磁场生物学效应的研究进展

参考文献

致谢

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