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磁场强度总量小于等于5μT的静态磁场称为亚磁场。月球、火星等表面都属于亚磁环境。载人航天探月工程以及未来的火星探测,都将使得宇航员长时间暴露在亚磁场中,对亚磁场环境的安全及风险评估,已经成为空间生命科学研究的重要课题。已有文献报道,亚磁场暴露对动物多种组织的结构与功能都有影响,尤其对中枢神经系统的影响显著,但其分子和细胞机制尚不明确。因此,研究神经细胞的亚磁场效应,将有助于揭示亚磁场暴露引起的神经系统功能变化的机理,为亚磁场神经损伤的风险评估和防护提供基础研究数据,对未来深空探测中航天员的生命健康保障具有重要的参考价值。
在本实验室前期构建的亚磁(<200nT)细胞培养系统中,人神经母细胞瘤细胞(SH-SY5Y)的增殖活性显著高于地磁场对照组。同时,化学磁响应的“自由基对”理论被用于解释生物磁响应,但尚未阐明“亚磁响应”与自由基之间的关系。为了进一步阐明亚磁场中细胞增殖的机制。本文探索了在亚磁场条件下,细胞周期的变化及活性氧自由基的功能,获得了以下研究结果。
在亚磁环境中,SH-SY5Y细胞的增殖效应依赖于细胞的培养条件和生长状态;在非同步化细胞培养的过程中,亚磁场的暴露可以使细胞周期进程提前;在G1期同步化细胞亚磁场培养过程中,其进入S期细胞比例显著增加,有丝分裂进程提前;活性氧检测表明,在亚磁场促进细胞增殖及周期进程的同时,细胞内源性活性氧水平显著降低;在亚磁场处理细胞中,外加过氧化氢提高细胞活性氧水平,可抑制亚磁场对细胞的增殖作用;同时,对地磁场对照组采用NAC降低细胞内活性氧,可加快其细胞的增殖,产生类似亚磁场暴露的效应。另外,经亚磁场处理,细胞总抗氧化能力增强,细胞培养基中LDH相对活性降低,细胞内MDA含量降低,这些指标与活性氧水平的变化一致。进一步的实验显示,细胞内活性氧水平的变化与超氧化物歧化酶活性降低和细胞粘附相关。
综上,亚磁场能够通过改变细胞周期,尤其是G1期的进程,促进SH-SY5Y细胞增殖,且此效应与胞内活性氧的水平相关。