穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)抑制腫瘤細(xì)胞增殖及其機(jī)制研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代電器的發(fā)展和日益普及，以及磁共振成像等設(shè)備在醫(yī)院中的廣泛應(yīng)用，磁場(chǎng)對(duì)人類健康的潛在影響引起人們的日益關(guān)注。雖然國(guó)際上已有磁場(chǎng)對(duì)生物體細(xì)胞影響的初步研究，但是對(duì)于磁場(chǎng)的各種參數(shù)，以及所研究細(xì)胞的各種差異并沒有系統(tǒng)性的分析。此外，相較于時(shí)變磁場(chǎng)而言，穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)的變量較少，更利于從基礎(chǔ)水平上研究磁場(chǎng)對(duì)生物體作用的細(xì)胞與分子機(jī)制，因此利用穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)從機(jī)理上研究磁場(chǎng)的生物學(xué)效應(yīng)更具優(yōu)勢(shì)。借助于中科院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心在9T超導(dǎo)磁體及27T水冷磁體

2、上搭建的穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)下細(xì)胞生物學(xué)研究的專用平臺(tái)以及生物化學(xué)和分子生物學(xué)等研究手段，我們探討了穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)對(duì)腫瘤細(xì)胞增殖的影響和分子機(jī)制，即中等強(qiáng)度穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)通過抑制EGFR蛋白激酶活性影響腫瘤細(xì)胞增殖，超強(qiáng)穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)還能改變有絲分裂紡錘體取向，具體的研究結(jié)果如下:
　　1.中等強(qiáng)度穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)通過影響EGFR激酶活性抑制腫瘤細(xì)胞增殖，且與細(xì)胞種類和密度相關(guān)。
　　EGFR（Epidermal Growth Factor Receptor，表

3、皮生長(zhǎng)因子受體）是一種屬于ErbB/HER家族的170kDa的跨膜糖蛋白受體酪氨酸激酶，由表皮生長(zhǎng)因子(EGF)激活，影響細(xì)胞的生長(zhǎng)與分化。EGFR廣泛存在于多種正常細(xì)胞和癌細(xì)胞中，許多腫瘤的發(fā)生發(fā)展均伴隨著該蛋白的過度表達(dá)與自我活化，因此EGFR也是多種抗癌藥物的作用靶點(diǎn)。目前已有研究表明工頻磁場(chǎng)和脈沖磁場(chǎng)均會(huì)對(duì)EGFR活性及其下游信號(hào)通路造成影響，但穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)是否會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響及其機(jī)制還不清楚。首先我們將純化的EGFR激酶區(qū)蛋白置于不

4、同場(chǎng)強(qiáng)穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)(0、0.005T、0.05T、0.1T、0.7T、1T)中進(jìn)行體外磷酸化實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其磷酸化水平隨著場(chǎng)強(qiáng)的升高而降低，表明穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)在體外能夠直接抑制EGFR激酶區(qū)的活性。為了直觀了解EGFR激酶區(qū)分子在磁場(chǎng)中的變化情況，我們利用先進(jìn)的液相掃描隧道顯微鏡(L-STM)獲得了該蛋白在溶液條件下的高分辨率的單分子圖像，而且還觀察到在穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)中其分子取向發(fā)生改變。這種改變會(huì)影響EGFR蛋白單體之間的相互作用，進(jìn)而影響其活性。利用分

5、子動(dòng)力學(xué)模擬，我們發(fā)現(xiàn)在1-9T穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)中，隨著場(chǎng)強(qiáng)的升高，溶液中EGFR蛋白分子平行于磁場(chǎng)方向排列的比例也逐漸增大。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)能夠抑制人鼻咽癌細(xì)胞CNE-2Z和人結(jié)腸癌細(xì)胞HCT116的增殖。此外，我們構(gòu)建了過表達(dá)外源EGFR的中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞穩(wěn)轉(zhuǎn)細(xì)胞系CHO-EGFR-Flag，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)能夠抑制CHO-EGFR-Flag細(xì)胞增殖，卻不影響CHO細(xì)胞的生長(zhǎng)。我們的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)能夠通過影響EGFR蛋白的活性進(jìn)

6、而抑制腫瘤細(xì)胞的增殖。此外，研究過程中我們還發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的種類與生長(zhǎng)密度也會(huì)影響中等強(qiáng)度穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)對(duì)其增殖所產(chǎn)生的效應(yīng)，而且與EGFR-Akt-mTOR信號(hào)通路有關(guān)。
　　2.27T超強(qiáng)穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)影響人類細(xì)胞有絲分裂紡錘體。
　　研究表明，生物體的主要組成部分，例如蛋白質(zhì)、DNA等都具有磁性，而磁場(chǎng)能夠通過影響大分子的排布與組裝從而改變多種生命進(jìn)程。真核細(xì)胞內(nèi)重要的細(xì)胞骨架蛋白微管蛋白便會(huì)受到穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)的影響，該蛋白參與調(diào)控許多重要的

7、生命活動(dòng)，如細(xì)胞分裂、細(xì)胞遷移等。體外實(shí)驗(yàn)表明純化的微管蛋白因其具有的抗磁各向異性在穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)中會(huì)沿著磁場(chǎng)方向排列。然而真核細(xì)胞中由微管蛋白構(gòu)成的有絲分裂紡錘體在穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)中的排布是否會(huì)發(fā)生變化目前還未見報(bào)道，尤其是高于20T超強(qiáng)穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞的效應(yīng)還是未知的。我們搭建了國(guó)內(nèi)首個(gè)適用于27T水冷磁體的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，利用27T超強(qiáng)均勻穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)處理人鼻咽癌細(xì)胞CNE-2Z和人視網(wǎng)膜上皮細(xì)胞RPE1。我們發(fā)現(xiàn)在處理4小時(shí)之后，CNE-2Z

8、細(xì)胞的形態(tài)及數(shù)量均未發(fā)生明顯變化，但是撤磁后繼續(xù)培養(yǎng)細(xì)胞三天后，加磁組CNE-2Z細(xì)胞數(shù)目減少了約40％。為了深入了解其機(jī)制，我們將研究重點(diǎn)集中于有絲分裂紡錘體上，當(dāng)磁場(chǎng)方向垂直于細(xì)胞基底時(shí)，發(fā)現(xiàn)27T穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)處理4小時(shí)之后紡錘體長(zhǎng)軸取向發(fā)生明顯變化，其長(zhǎng)軸傾向于平行于磁場(chǎng)方向排列，導(dǎo)致其與基底形成較大的夾角。進(jìn)一步更加細(xì)致的研究之后我們發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁力矩同時(shí)作用于紡錘體和染色體，而最終紡錘體長(zhǎng)軸的傾向則取決于作用于兩者的磁力矩

9、的大小。我們使細(xì)胞基底平行于磁場(chǎng)方向，發(fā)現(xiàn)27T穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)處理4小時(shí)后，有絲分裂前中期細(xì)胞的紡錘體長(zhǎng)軸傾向于平行于磁場(chǎng)方向;然而有絲分裂中期細(xì)胞的染色體（赤道板）傾向于平行于磁場(chǎng)方向，進(jìn)而使得紡錘體長(zhǎng)軸垂直于磁場(chǎng)方向分布。此外我們還發(fā)現(xiàn)27T穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)改變了紡錘體的形態(tài)特征。
　　綜上所述，我們探索了穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)對(duì)腫瘤細(xì)胞增殖的影響，并且從兩個(gè)方面研究了其中的機(jī)制。經(jīng)過了一系列的實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)中等強(qiáng)度和強(qiáng)穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)能夠通過改變EGFR激酶區(qū)