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极低频电磁场(extremely low frequency electromagnetic fields,ELF-EMF)般指频率为0-300 Hz的交变电磁场,其中频率为50/60 Hz的磁场又称为工频磁场一(magnetic fields, MF),可由各种家用电器以及高压输变电线路产生,广泛存在于职业环境及日常生活环境中。自1979年,Leeper和Wertheimer首先报道MF暴露与儿童白血病发病率存在正相关,ELF-EMF对人体的潜在危害日益受到人们的关注。此后,又有诸多研究报道ELF-EMF暴露与肿瘤,神经系统疾病,不孕症等疾病具有相关性。然而,到目前为止,ELF-EMF产生这些生物学效应的机制尚不明确。线粒体作为细胞的“能量工厂”,不仅能够通过呼吸作用产生ROS,还能在维持离子浓度平衡中起着重要的作用。因此,线粒体极易成为外界刺激因素的一个作用位点。本课题组在前期的研究中发现,工频磁场暴露可以引1起线粒体膜通透性转换(mitochondrial permeability transition, MPT)并伴随细胞色素c (Cyt-c)的释放,但并不引起细胞发生凋亡。线粒体具有双层膜结构,正常生理情况下,线粒体内膜对离子高度不通透。然而在某些因素的作用下,可致线粒体膜通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore, mPTP)开启,从而允许分子量小于1500 Da的分子自由出入线粒体内外膜,引起线粒体基质肿胀及其结构改变,并最终产生一系列生物学效应。有研究表明,细胞内有多种信号分子可介导mPTP的开启,从而诱导发生MPT,如Bcl-2蛋白家族,GSK-3β蛋白,ROS等,而诱导产生ROS是工频磁场比较确定的效应。因此,本学位论文首先探索了ROS等信号分子在工频磁场暴露诱导细胞发生MPT过程中的可能作用,以期揭示工频磁场诱导细胞MPT的分子机制。研究发现,工频磁场暴露并不改变线粒体中Bcl-2,Bax蛋白的含量,但可以显著增高细胞内ROS水平并改变GSK-3β磷酸化水平程度；用ROS清除剂NAC及GSK-3β抑制剂分别预处理细胞均可以抑制工频磁场诱导产生的MPT；并且NAC预处理细胞能够显著抑制工频磁场暴露后GSK-3β磷酸化的改变。以上结果提示,工频磁场暴露引起细胞发生MPT由ROS/GSK-3p信号通路介导。另外,前期研究发现工频磁场暴露虽然诱导细胞发生了MPT及Cyt-c的释放,但并没有引起细胞凋亡的发生,因此,推测工频磁场暴露可能会改变细胞的状态,从而影响细胞对外界刺激因素的响应。为此,本学位论文随后探索了工频磁场暴露与凋亡诱导剂staurosporine(STS)可能的联合作用。结果发现,将细胞预暴露于工频磁场可以显著抑制低剂量STS诱导的细胞早期凋亡,并呈现出暴露时间窗效应和功率窗效应。MPT抑制剂Cyclosporine A(CsA)预处理细胞可以抑制工频磁场的抗凋亡作用,提示MPT在这一过程中起着重要的作用。同时,工频磁场暴露可促进线粒体ROS通过mPTP释放到胞浆中并激活Akt信号通路。而且,PI3K/Akt抑制剂能有效抑制MF的抗凋亡作用,提示Akt也参与了工频磁场的抗凋亡过程。以上结果表明,工频磁场暴露可诱导细胞线粒体内ROS经mPTP释放到胞浆并激活Akt信号通路,从而影响细胞对外界的刺激因素的响应。综上所述,本学位论文分别探讨了工频磁场暴露引起MPT的分子机制及其生物学效应。结果显示,细胞内ROS/GSK-3p信号通路介导工频磁场诱导的MPT发生过程；线粒体内ROS可通过mPTP释放到胞浆中并激活Akt信号通路,从而拮抗STS诱导的细胞早期凋亡。