磁场与辐照联合的生物学效应

利用辐照的放射治疗(放疗)是临床治疗肿瘤的主要方法之一。近年来,随着磁共振成像引导放疗以及多方法联合治疗的逐渐推广,磁场与辐照联合对人体的影响逐渐引起了人们的关注。大量研究表明,磁场会对辐照效应产生一定的影响,但目前并没有统一的结论。本文系统比较并分析了多种参数的磁场与辐照联合所产生的生物学效应,发现其结果不一致性与研究对象、磁场参数(包括磁场强度、方向、处理时间等)和辐照剂量等都有关。虽然目前对相关机制的探索并不多,但已有证据表明,磁场可能通过影响细胞周期和凋亡相关信号转导通路、DNA损伤修复以及线粒体功能等影响辐照效应。这不仅有助于我们深入了解磁场与辐照联合的生物学效应,并且可能为未来磁场与放疗联用在肿瘤治疗中的参数优化设计提供依据。     

气孔运动中的活性氧信号

大量研究证明活性氧(ROS)在气孔运动中起信号分子的作用。保卫细胞中ROS的产生依赖于特定的酶,其中NADPH氧化酶组分RBOH已得到深入研究,并已证实其参与生物与非生物胁迫反应。植物激素包括脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、乙烯、生长素及细胞分裂素等,它们均通过ROS的介导来调控气孔运动。生物胁迫(如毒性细菌和真菌)也会调控气孔运动。ROS参与这些调控过程。保卫细胞中存在多层次对ROS产生及其作用的调节,抗氧化活性物质和ROS敏感蛋白(如蛋白激酶和磷酸酶)均可传递ROS信号并调节气孔运动。ROS对离子通道调节的证据也越来越多。保卫细胞由于可通过ROS整合复杂的信号途径,已成为研究植物ROS信号转导过程的良好模式系统。     

气孔运动中的活性氧信号

大量研究证明活性氧(ROS)在气孔运动中起信号分子的作用。保卫细胞中ROS的产生依赖于特定的酶, 其中NADPH氧化酶组分RBOH已得到深入研究, 并已证实其参与生物与非生物胁迫反应。植物激素包括脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、乙烯、生长素及细胞分裂素等, 它们均通过ROS的介导来调控气孔运动。生物胁迫(如毒性细菌和真菌)也会调控气孔运动。ROS参与这些调控过程。保卫细胞中存在多层次对ROS产生及其作用的调节, 抗氧化活性物质和ROS敏感蛋白(如蛋白激酶和磷酸酶)均可传递ROS信号并调节气孔运动。ROS对离子通道调节的证据也越来越多。保卫细胞由于可通过ROS整合复杂的信号途径, 已成为研究植物ROS信号转导过程的良好模式系统。     

电磁场暴露海马神经元自由基和胞内Ca2+的变化

电磁场对健康影响的研究包括流行病调查、人体与动物、细胞、生化与分子生物、生物物理等5个层次,电磁生物效应最初是通过物理作用产生化学反应,继而产生后续生物反应.自由基、电磁能量和生物钙是分属于化学、物理学和生物学的3个概念,研究它们之间的关系对于认识电磁生物效应的原初作用具有意义.选择海马神经元,观察在0.1mT、0.5mT和1.0mT电磁场暴露48h,海马神经元ROS水平和胞内Ca2+浓度的变化.实验结果表明:暴露于0.1mT,0.5mT和1.0mT电磁场海马神经元的ROS水平和Ca2+浓度都比对照组有显著性提高(P<0.01).暴露于0.1mT和0.5mT电磁场的ROS水平和暴露于0.1mT电磁场的Ca2+浓度与自由基清除剂+电磁场(Trolox+EMF)组比较没有差异(P>0.05),暴露于1.0mT电磁场的ROS水平和暴露于0.5mT和1.0mT电磁场的Ca2+浓度比Trolox+EMF组有显著性提高(P<0.01).表明电磁场可以促进细胞自由基的产生,并且ROS水平与胞内Ca2+浓度有正相关性.     

磁性纳米粒子介导的细胞生物学效应

磁性纳米粒子(magnetic nanoparticles, MNPs)由于其独特磁响应性,可将外加磁场的能量转化为机械能和热能。磁性纳米粒子介导的物理信号依赖于MNPs本身的磁学性能及磁场的参数,可定量输出作用于不同类型的细胞,调控细胞命运。MNPs本身Fe~(2+)引发芬顿反应可上调化学信号(reactive oxygen species, ROS),用于肿瘤治疗;在超低频磁场(1 Hz)下产生的机械力可诱导干细胞分化和巨噬细胞极化等过程,用于再生医学领域;在低频磁场(1～100 Hz)下产生的机械力可通过直接物理破坏或间接触发生物信号通路,引起肿瘤细胞死亡;在高频磁场(100 kHz～1 MHz)下产生的热可破坏肿瘤细胞,在神经元信号转导领域也取得一定的突破。研究MNPs介导的化学、物理、生物信号引起的细胞生物学效应对MNPs的设计和磁场的选择具有重要的指导意义。本文就MNPs在不同类型磁场下介导的细胞生物学效应做一概述。     

长期亚磁场处理降低成年雄性小鼠肌肉组织的线粒体功能和运动能力（英文）

亚磁场是深空载人航天任务中的一个关键风险因素.研究表明,亚磁场影响动物多种运动相关行为,但长期亚磁场处理对成年个体运动能力的影响还需要进一步的研究,以评估深空飞行任务中亚磁场的潜在风险.本研究利用三轴亥姆霍兹线圈系统模拟的亚磁环境,长期(一个月)曝露处理成年雄性C57BL/6小鼠,并从行为、组织、细胞、分子水平研究其对小鼠运动能力的影响.相比于地磁组对照,亚磁组小鼠的耐力显著下降.并且,其骨骼肌中柠檬酸水平和肌膜下线粒体数量的下降,以及骨骼肌线粒体形态的变化,表明亚磁场诱导了肌肉线粒体功能抑制,并可能导致其与耐力密切相关的能量代谢的下降.我们的研究结果为线粒体直接响应亚磁场提供了体内证据,并且提示线粒体相关指标可能用于亚磁场效应的风险评估和干预药物的开发.     

信号配体诱导的活性氧生成

活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)是生物体内一类活性含氧化合物的总称,主要包括超氧阴离子、羟自由基和过氧化氢等。细胞内有多种部位能生成ROS,主要包括线粒体、内质网、NADPH氧化酶复合体、脂氧合酶系、环氧合酶系等。静息条件下,细胞内ROS的水平被控制在很低的范围。而在细胞受到各种生理或病理因素作用时,当多种细胞外信号分子作用于其膜受体,ROS生成可以受到受体活化的诱导而“有目的”地快速增加,从而作为细胞内信号分子参与细胞增殖,分化和凋亡等各种细胞行为。     

厨房油烟引起AL细胞遗传损伤和胞内自由基形成

为了解厨房油烟(cooking oil fumes,COF)对细胞的危害及其遗传毒性机制,以A细胞为实验模型,对细胞活力水平、细胞基因突变率、细胞非巯基蛋白化合物水平(NPSH)以及细胞内活性氧(ROS)产生的变化规律进行了研究。实验发现：用厨房油烟(COF)处理后,A细胞的活力下降,细胞CD59基因的突变率随着处理浓度的增加而增加,NPSH水平随着处理浓度的增加而降低,且存在一定的剂量一效应关系。检测胞内产生的ROS,发现400μg／ml COF处理30min后,细胞内ROS含量高于对照3倍多。实验结果表明：COF可引起细胞氧化胁迫,诱导哺乳动物细胞基因突变。     

异氟醚通过Nrf2/HO-1/ROS途径抑制缺氧引起肺动脉平滑肌细胞焦亡

研究发现,异氟醚吸入麻醉可明显减轻由缺血-再灌注引起的肺动脉高压(PAH),提示其对肺循环功能有一定保护效应。肺动脉平滑肌细胞(PASMC)是肺动脉血管重塑和PAH发生的主要参与者,其结构改变和功能异常均可显著影响肺动脉高压病情进展。本研究探讨异氟醚对缺氧诱导的PASMC焦亡的影响及其调控机制,旨在为肺动脉高压治疗提供潜在分子靶点。PASMC于37 ℃、5％CO₂、3％O₂条件下静置培养24 h建立缺氧模型。RT-PCR和Western印迹等结果显示,缺氧致使PASMC内紅系衍生的核转录因子2(Nrf2)核转位减少,血红素加氧酶-1(HO-1)表达水平下调,而焦亡相关蛋白质,包括NOD样受体蛋白 3(NLRP3)、胱天蛋白酶 1(caspase-1)、凋亡相关斑点样蛋白(ASC)及消皮素D(GSDMD)等表达上调,活性氧(ROS)生成、胱天蛋白酶1活性和乳酸脱氢酶(LDH)释放水平升高,Hoechst/PI染色显示,焦亡孔洞增加。ELISA结果表明,IL-1β、IL-6、IL-18和TNF-α分泌增加(P＜0.05)。异氟醚处理可显著激活Nrf2/HO-1通路,缓解缺氧诱导的PASMC焦亡,并且ROS阻断剂NAC预处理肺动脉平滑肌细胞,可使异氟醚的抗焦亡效应更为明显。另外,Nrf2特异性siRNA(Nrf2 siRNA)、或HO-1抑制剂锌原卟啉(Znpp)处理肺动脉平滑肌细胞,异氟醚引起的ROS生成显著升高(P＜0. 05),且Nrf2 siRNA转染显著抵消了异氟醚的抗焦亡效应。综上,异氟醚可通过Nrf2/HO-1/ROS途径抑制缺氧引起的肺动脉平滑肌细胞焦亡。     

静磁场对小鼠黑色素瘤细胞B16生长和氧化应激的影响

目的:利用小鼠黑色素瘤细胞B16,研究静磁场对肿瘤细胞生长和氧化应激的影响,探讨氧化应激介导静磁场影响肿瘤细胞生长的机制,为磁场在肿瘤疾病的治疗中的应用提供理论依据。方法:采用MTT法测定磁场对B16细胞活力的影响;利用流式细胞仪测定静磁场暴露对B16细胞周期分布的影响;利用生物化学方法测定磁场暴露对细胞氧化防御系统相关蛋白酶活性的影响。结果:24 h内50 m T-200 m T静磁场暴露可以抑制B16生长,但超过24 h的磁场暴露可以促进B16生长;100 m T和200 m T静磁场暴露对B16的细胞周期分布没有影响;B16暴露于100 m T和200 m T静磁场48 h,GST活性和GSH/GSSG水平表现为先上升后下降,SOD活性和T-AOC水平先下降后上升,CAT活性没有受到影响。结论:50 m T-200 m T静磁场可以抑制小鼠黑色素瘤细胞B16的生长,诱导肿瘤细胞产生氧化应激。     

从分子水平探索旋转恒定磁场对机体作用之机理

用RCMF旋磁治疗装置研究磁场对信息物质的影响,放射免疫测定发现磁场促使血浆内啡肽显著升高;荧光分光光度法和ELISA法测定发现磁场可以显著抑制5-HT及顺铂等中枢性致呕药物引起的呕吐反应,并同步伴有脑组织、小肠组织5-HT水平的可逆性下降.磁场处理对小鼠5-HT水平的影响表现出明显的窗口效应和滞后效应,磁场对药物致呕的抑制效应与其对5-HT的下调水平有平行相关关系.提示磁场对体内5-HT水平的降低,可能是其抑制细胞毒性化疗药物致呕的内在基础.应用硝酸还原酶反应-分光光度法和NADPH-d组织化学技术,发现磁场可促使丘脑下部一氧化氮(NO)含量显著升高,并具有显著滞后效应. NADPH-d阳性神经细胞及NADPH-d和血管加压素(AVP)双染阳性神经细胞集中分布在丘脑下部室旁核、室周核和视上核,但不存在于视交叉上核,提示室旁核、室周核和视上核一氧化氮肽能神经细胞是丘脑下部的一氧化氮的主要来源.磁场处理后大鼠丘脑下部一氧化氮含量较正常对照组显著升高应归因于这些神经细胞受磁场作用表达增强.一氧化氮和血管加压素的共存可能对磁场调节内分泌具有一定意义.发现磁场可促使肾上腺一氧化氮量显著升高,并维持一定时间,神经肽Y免疫细胞化学染色强度增强,进而对其相关机制和意义进行了讨论.     

长期亚磁场处理降低成年雄性小鼠肌肉组织的线粒体功能和运动能力*

亚磁场是深空载人航天任务中的一个关键风险因素。研究表明,亚磁场影响动物多种运动相关行为,但长期亚磁场处理对成年个体运动能力的影响还需要进一步的研究,以评估深空飞行任务中亚磁场的潜在风险。本研究利用三轴亥姆霍兹线圈系统模拟的亚磁环境,长期（一个月）曝露处理成年雄性C57BL/6小鼠,并从行为,组织,细胞,分子水平研究其对小鼠运动能力的影响。相比于地磁组对照,亚磁组小鼠的耐力显著下降。并且,其骨骼肌中柠檬酸水平和肌膜下线粒体数量的下降,以及骨骼肌线粒体形态的变化,表明亚磁场诱导了肌肉线粒体功能抑制,并可能导致其与耐力密切相关的能量代谢的下降。我们的研究结果为线粒体直接响应亚磁场提供了体内证据,并且提示线粒体相关指标可能用于亚磁场效应的风险评估和干预药物的开发。     

解偶联蛋白2与衰老

解偶联蛋白(uncoupling protein,UCP)属于线粒体内膜上的一类载体蛋白,其生理作用是消除线粒体膜电位,使氧化磷酸化解偶联,从而抑制酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)合成,能量以热能形式散发.研究发现UCP2具有一种质子漏功能,表现对线粒体活性氧(reactive oxygen species,ROS)产生的调控和降低ROS的功能.在不同组织器官,不同代谢状态下UCP2的生理功能对细胞的影响不完全相同.特别是近年来的研究发现,UCP2参与了能量代谢、ROS的产生、子宫内膜退化、衰老等过程,并且与非酒精性脂肪肝、抗肥胖、动脉粥样硬化、局部缺血以及缺血再灌注损伤和2型糖尿病等有一定的相关性,倍受人们的关注.     

Pravastatin激活自噬抑制糖皮质激素引起的髓核细胞凋亡

地塞米松注射可以缓解椎间盘退变引起的腰痛症状,但是具有一定的副作用。普伐他汀(Pravastatin)被发现可以缓解骨关节炎的炎症和症状,但是其对髓核细胞及椎间盘退变的作用及其机制尚不清楚。该文培养SD大鼠原代髓核细胞,用不同浓度地塞米松(dexamethasone,DXM)作用髓核细胞48 h后, DCFH-DA和MitoSOX Red染色分析细胞总活性氧(reactive oxygen species, ROS)和线粒体ROS水平, Annexin V/PI流式和DAPI染色分析细胞凋亡水平, N-acetyl-Lcysteine(NAC)抑制ROS水平。Western blot检测LC3-II、Beclin-1和P62等自噬相关蛋白质水平,ATG5 siRNA转染抑制自噬。结果显示,随着DXM处理浓度的增加,髓核细胞内总ROS和线粒体ROS水平及凋亡率升高(P0.05)。Pravastatin增加DXM处理下髓核细胞中LC3-II和Beclin-1蛋白质水平,降低P62蛋白质水平(P0.05)。Pravastatin可以抑制DXM诱导的髓核细胞中的ROS产生和细胞凋亡,而ATG5 siRNA抑制自噬后,显著逆转Pravastatin对细胞的保护作用(P0.05)。该研究结果提示, Pravastatin可能通过激活髓核细胞自噬抑制DXM诱导的ROS产生从而减少细胞凋亡。     

动态磁场下微生物的生物学效应研究

磁场是一种普遍存在的环境因子,但其对微生物的影响尚不清楚.使用超导磁体产生的静态磁场,配以自制实验装置对所选菌株(枯草芽胞杆菌和鼠伤寒沙门氏菌)进行动态磁场处理,比较处理组与地磁场对照组之间包括生长曲线、酶活力等在内的各项生理生化指标,研究动态磁场对微生物的影响.研究发现,动态磁场下两株细菌的生长过程均受到影响.处理组枯草芽胞杆菌对数期提前,衰亡期菌体死亡速率受抑制,碱性蛋白酶活力增加,中性蛋白酶活力降低,而蛋白酶表达量无差异;鼠伤寒沙门氏菌动态磁场处理组对数期推迟,衰亡期菌体死亡亦受到抑制,细菌粘附实验与侵袭力实验表明,细菌毒力相对增强.以上结果表明,动态磁场可对微生物产生影响.并随着微生物种类的不同而异.     

中国井冈山生态系统多样性

从不同尺度对井冈山生态系统进行了研究分析,并论述生态系统与生物物种多样性的关系,为井冈山生态环境保护与管理提供依据。研究发现,井冈山拥有IUCN/SSC一级生境类型9个,几乎涵盖了除海洋以外的所有生境类型,反映出井冈山生境类型非常丰富。井冈山一级生境中的面积最大的森林是井冈山自然生态系统类型及植被类型的重要基础;灌丛、草地及水域等次要的生境类型,提高了生态系统类型的复杂性和复合性。井冈山的一级生境类型是其生态系统分类的宏观基础,生境类型的丰富程度与生态系统类型的多样性密切相关。根据起源、地貌、生境和属性,以及结构和功能对井冈山生态系统类型进行逐级划分。调查发现,井冈山生态系统类型共有53类,其中自然生态系统21类(包括类型多样的森林生态系统、草地生态系统、静水生态系统等),人工生态系统14类(包括类型多样的人工湿地生态系统、人工林生态系统、农业自然复合生态系统等),复合生态系统18类(包括类型多样的人工复合生态系统、半自然复合生态系统等)。将生态系统只分到四级水平,四级以下还有丰富的生态系统类型。井冈山植物群落可分14个植被型,90个群系,180个群丛。与周围遗产地相比,井冈山的群系数量最多,与面积更大的三清山和武夷山相比,井冈山植被群系数量接近它们的3倍,表现出极其丰富的植被多样性。井冈山物种极其丰富,维管束植物和两栖动物最多,其昆虫数量仅次于武夷山,鸟类数量仅次于丹霞山。井冈山植物物种数最高。虽然井冈山总体空间(分布面积)有限,但这种分化出的丰富的生态位空间使井冈山在有限面积的植被上容纳更多的生物物种成为可能。     

12T强静磁场对小鼠前庭系统及学习记忆能力的影响

目的:随着强静磁场的广泛应用,其生物安全性评估获得越来越多的关注。本文通过实验,评估强静磁场照射对小鼠前庭系统、学习记忆能力的影响及两者内在联系。方法:观察12T强静磁场照射2h条件下小鼠即时(2min内)效应和条件味觉厌恶反应情况,确定照射对小鼠前庭系统的影响;通过Y迷宫和Morris水迷宫实验,分析照射对小鼠学习记忆能力的影响。结果:研究发现照射后小鼠立即出现直立行为抑制、旋转平衡失调,以及持续10d的条件味觉厌恶反应,表明该照射对小鼠前庭系统造成了即时及持续影响。Y迷宫和Morris水迷宫分析结果表明照射后小鼠学习记忆能力未发生显著改变。结论:12T强静磁场2h照射对小鼠前庭系统存在显著影响和量效关系,照射可导致小鼠出现平衡失调,持续味觉厌恶的现象,但这种影响并非结构性或不可逆的,对小鼠学习记忆能力未造成影响。     

氧化应激与阿尔茨海默病的病理关系及干预措施

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是一种神经退行性疾病，其病因复杂。活性氧(reactive oxygen species, ROS)是生理代谢的副产物，机体中有多个ROS来源，异常水平的ROS会破坏抗氧化系统并产生氧化应激现象。越来越多的证据表明，氧化应激可能是认知老化和诱发AD的关键因素之一。本文综述了机体中氧化应激的来源，并分析了氧化应激对自噬功能、β-淀粉样蛋白(amyloid-β, Aβ)、Tau蛋白、突触功能障碍以及风险基因ApoE ε4的影响，探讨了针对氧化损伤的干预措施，为AD的发病机制研究和潜在治疗策略提供参考。     

外源DMSO和ASA对微囊藻毒素胁迫下烟草细胞ROS生成和抗氧化系统的影响

采用2μg/mL微囊藻毒素-RR(MC-RR)、2μg/mL MC-RR 0.5%二甲基亚砜(DMSO)和2μg/mL MC-RR 2 mmol/L抗坏血酸(ASA)分别处理烟草悬浮细胞,研究上述各处理对烟草悬浮细胞活性氧(ROS)产生和抗氧化系统的影响。结果表明,与对照相比,MC-RR单独处理后烟草悬浮细胞中ROS、膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)和细胞内源ASA的含量及超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的活性明显升高,还原型谷胱甘肽(GSH)的含量有一个先降后升的变化过程。在分别加入外源抗氧化剂DMSO或ASA后,细胞内ROS和MDA含量下降,ASA、GSH含量和SOD、POD酶活性基本可恢复到对照水平。以上结果说明,微囊藻毒素单独处理细胞可造成氧化胁迫,其所诱导的ROS的大量积累很有可能是其产生细胞毒害的关键因子,外源抗氧化剂ASA和DMSO可缓解MC-RR对细胞的毒害作用,对细胞起一定保护作用。     

静磁场对单株人体体表正常菌生长影响的研究

本文通过40mT和120mT两种静磁场作用下表皮葡萄球菌生长过程的研究,发现试验所选强度静磁场加速了表皮葡萄球菌在对数生长期的生长速率,而在进入稳定生长期后其生长速率反而低于对照组,但就整个生长周期而言,静磁场作用下表皮葡萄球菌的总量大于对照组,表明了试验所选静磁场对表皮葡萄球菌生长有一定促进作用。