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电力业的发展导致50 Hz工频磁场(magnetic field,MF)广泛存在于人们的生活和工作环境中。研究表明,暴露于50 Hz工频磁场会产生许多潜在的健康风险。2002年,国际癌症研究署(IARC)甚至将极低频电磁场(extremely low frequency electromagnetic fields,ELF-EMF)列为“可疑致癌物”(2B)。然而,到目前为止,ELF-EMF的生物学效应及其机制尚不明确。鞘脂类物质代谢在细胞的生命活动中发挥重要作用。本课题组前期研究发现,鞘氨醇激酶(Sphingosine kinase,SK)参与介导 50 Hz MF(magnetic field)诱导的人羊膜上皮(human amnion epithelial,FL)细胞的增殖效应,但工频磁场通过何种途径活化SK1尚不清楚。相关研究表明,细胞内ERK(extracellular regulated protein kinase),Ca2+,PKCα(protein kinase C α)以及 Akt(protein kinase B)等信号分子不仅可以响应MF暴露,而且与SK1的活化密切相关。因此,本研究以钙离子为中心,探索50 Hz MF暴露诱导FL细胞SK1活化及增殖的可能机制。我们首先采用胞质内钙离子螯合剂BAPTA处理细胞后发现,0.4 mT,50 Hz MF诱导的FL细胞增殖被抑制,表明钙参与调控工频磁场诱导的细胞增殖。随后探索了 MF暴露对细胞内钙离子的影响,结果发现,0.4 mT的MF暴露5 min,10 min时细胞内钙离子浓度明显增高,暴露15 min,30 min,60 min时胞内钙离子浓度不再变化,证实钙离子是MF对细胞影响的早期效应分子。而后,我们应用L-型钙通道抑制剂NIF(nifedipine)探索了 MF暴露对FL细胞内钙离子浓度及其下游信号分子的影响。实验发现,0.4 mT,50 Hz MF暴露可通过L-型钙通道增强钙离子内流,促进SK1的活化以及FL细胞增殖。进一步研究下游信号分子时发现,MF暴露可增强ERK1/2,PKCα和Akt的磷酸化/活化,NIF处理可显著抑制MF诱导的ERK1/2,PKCα的磷酸化,然而对Akt的磷酸化没有影响,提示L-型钙通道参与MF诱导的ERK1/2,PKCα的磷酸化/活化。为了阐明SK1与ERK及PKCα的相互关系,在实验中应用了相关激酶的特异性抑制剂,结果发现,SK1的抑制剂SKI Ⅱ处理可抑制0.4 mT,50 Hz MF诱导的ERK和PKCα的磷酸化,而PKCα的抑制剂G66976对MF诱导的FL细胞SK1活化没有影响。这表明PKCα应该是SK1的下游信号分子。有趣的是,ERK抑制剂U0126处理也可以阻断MF诱导的SK1磷酸化,但对PKCα磷酸化无影响,提示SK1可能通过不同方式介导ERK和PKCα的磷酸化,并且在MF促进FL细胞增殖的反应中,SK1与ERK之间可能存在正反馈作用机制。为了进一步研究钙离子在调控MF诱导细胞SK1活化及增殖效应中的作用,我们采用无钙培养基培养FL细胞,实验发现,胞内钙离子浓度显著降低。0.4 mT强度的MF暴露处理10 min同样可以增强胞内Ca2+浓度,提示在无钙条件下MF可通过内钙释放增强胞内Ca2+浓度。进一步研究发现,无钙条件下MF暴露60 min可增强Akt和SK1的磷酸化/活性并促进细胞的增殖,然而对ERK1/2和PKCα的活性无影响。同时,实验结果显示PI3K/Akt抑制剂LY294002可抑制MF诱导的SK1的磷酸化,SKI Ⅱ可抑制MF诱导的细胞增殖,提示在无钙培养条件下MF可能通过促进内钙释放激活PI3K/Akt信号通路进而调控SK1的活化,发挥促细胞增殖效应。基于无钙条件下0.4 mT,50 Hz MF暴露诱发的钙浓度升高和细胞增殖幅度较小,而且与正常培养条件下存在不同的促增殖途径,推测外钙内流是细胞响应50 Hz MF活化SK1及下游信号分子并促进细胞增殖的主要方式,而内钙释放是应激方式。基于上述的实验结果,本研究获得以下结论:50 Hz MF暴露通过作用于细胞L-型钙通道增加钙内流,活化SK1及其下游信号分子ERK1/2和PKCα,而且SK1与ERK之间可能存在正反馈作用机制。无钙条件下,MF可通过刺激细胞内钙库释放以增加胞内钙离子浓度,通过PI3K/Akt信号通路来活化SK1。