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随着电力事业的不断发展,人们对环境电磁场暴露的关注程度日益增加。极低频电磁场(Extremely low frequency electromagnetic fields,ELF-EMF)(0-300 Hz),尤其是工频电磁场(Power frequency electromagnetic fields,PF-EMF)(50 Hz/60 Hz)的生物学效应受到研究者的广泛关注。基于有限的流行病学证据,国际癌症机构(International Agency for Research on Cancer,IARC)于2002年将极低频磁场(Extremely low frequency magnetic fields,ELF-MF)归类为人类可疑致癌原(2B),但这一结论缺乏一致的实验室研究结果,其关键在于低强度电磁场作用机制不清楚。因此,极低频电磁场的生物学效应及机制仍有待进一步研究。实验室一直从事环境电磁场生物学效应及机制研究。课题组前期研究结果显示,JAR和JEG-3虽然都属于人绒毛膜癌细胞,但两者感受电磁场的效应并不一致。而且,3.0 mT的50 Hz磁场和2.5μM氯化镉复合暴露能暂时性减弱2.5μM氯化镉单独暴露对JAR细胞活力的抑制作用,但复合暴露对JEG-3细胞的影响还不清楚。为进一步明确细胞感受电磁场的效应和机制,本研究选择JEG-3细胞为研究模型,应用蛋白组学和代谢组学技术分析了3.0 mT的50 Hz磁场和5μM氯化镉单独或复合暴露JEG-3细胞6小时对细胞蛋白质图谱和代谢物图谱变化的影响,并对关键蛋白质和代谢物进行验证;同时,本研究还分析在相同暴露条件下,细胞活力和细胞周期在不同时间点的变化。蛋白组学研究部分,JEG-3细胞经3.0 mT的50 Hz磁场和5μM氯化镉单独或复合暴露6小时,以差异表达量变化超过1.2倍作为标准,筛选差异表达蛋白质。结果显示,与假暴露组相比,单独磁场暴露共引起8个蛋白表达上调,2个蛋白表达下调,差异表达蛋白主要参与胞内运输分泌、囊泡转运、翻译后修饰、核苷酸转运与代谢等过程;单独镉暴露共引起52个蛋白表达上调,32个蛋白表达下调,差异表达蛋白主要在信号转导、翻译、核糖体结构等方面发挥功能;复合暴露共引起60个蛋白表达上调,47个蛋白表达下调,差异表达蛋白主要参与转录、翻译后修饰等过程。与单独镉暴露组相比,复合暴露共引起8个蛋白表达上调,21个蛋白表达下调,差异表达蛋白主要参与细胞内运输分泌、囊泡转运、翻译后修饰、蛋白质转换等过程。Western Blot验证实验分析差异表达蛋白HSP70和Clusterin的结果显示,与假暴露组相比,单独磁场暴露、单独镉暴露和复合暴露均可引起HSP70表达水平显著升高;与假暴露组相比,单独磁场暴露、单独镉暴露和复合暴露均可引起Clusterin表达水平显著升高。基于超高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱(Ultra performance liquid chromatography quadrupole time-of-flight mass spectrometry,UPLC-QTOF/MS)的代谢组学在正离子模式共鉴定到841个已知代谢物,在负离子模式下共鉴定到727个已知代谢物。以差异表达量变化超过2倍作为标准,筛选差异表达代谢物。结果显示,正离子模式下,与假暴露组相比,单独磁场暴露共引起18个代谢物表达上调,12个代谢物表达下调;单独镉暴露共引起23个代谢物表达上调,11个代谢物表达下调;复合暴露共引起21个代谢物表达上调,8个代谢物表达下调;与单独镉暴露组相比,复合暴露共引起19个代谢物表达上调,14个代谢物表达下调。各比较组差异表达代谢物均主要在D-精氨酸和D-鸟氨酸代谢、甘油磷脂代谢、精氨酸和脯氨酸代谢等通路富集。在负离子模式下,与假暴露组相比,单独磁场暴露共引起52个代谢物表达上调,17个代谢物表达下调;单独镉暴露共引起45个代谢物表达上调,14个代谢物表达下调;复合暴露共引起37个代谢物表达上调,18个代谢物表达下调;与单独镉暴露组相比,复合暴露共引起16个代谢物表达上调,26个代谢物表达下调。各比较组差异表达代谢物均主要在D-精氨酸和D-鸟氨酸代谢、叶酸一碳库、嘌呤代谢等通路富集。进一步利用基于气相色谱-飞行时间质谱(Gas chromatography time-of-flight mass spectrometry,GC-TOF/MS)的代谢组学对差异表达代谢物的水平进行验证,结果显示,与假暴露组相比,单独磁场暴露可引起L-苯丙氨酸、L-组氨酸和焦谷氨酸的表达上调,L-胱氨酸的表达下调;单独镉暴露可引起L-苯丙氨酸和D-核糖的表达上调,L-胱氨酸的表达下调;复合暴露可引起L-苯丙氨酸和D-核糖表达上调;与单独镉暴露组相比,复合暴露可引起L-胱氨酸的表达上调。提示代谢组学(UPLC-QTOF/MS)筛选到的代谢物得到验证。细胞活力实验结果显示,与假暴露组相比,JEG-3细胞经3.0 mT的50 Hz磁场处理24小时,细胞活力显著升高(p<0.01);JEG-3细胞经单独镉暴露和复合暴露,6小时、24小时、48小时的细胞活力均显著降低(p<0.01)。细胞周期研究中,首先采用20 ng/ml Nocodazole处理细胞18小时可实现细胞周期同步化,然后,采用3.0 mT的50 Hz磁场和5μM氯化镉单独或复合暴露1小时和2小时,分析细胞周期。结果显示,与假暴露组相比,单独磁场暴露对细胞周期无显著影响,单独镉暴露显著增加S期细胞比例,复合暴露显著增加G1和S期细胞比例,同时G2期细胞比例显著降低;但暴露2小时,各组之间细胞周期无显著差异。基于以上研究结果,本研究可以得出以下结论:1)JEG-3细胞经3.0 mT的50Hz磁场和5μM氯化镉单独或复合暴露,可引起细胞蛋白质表达图谱和代谢物表达图谱变化,磁场和镉单独或复合暴露均可引起HSP70和Clusterin表达水平显著升高,磁场和镉单独或复合暴露可引起L-苯丙氨酸、L-组氨酸、L-胱氨酸、焦谷氨酸和D-核糖的表达水平发生变化;2)单独磁场暴露在一定时间可显著增加细胞活力,单独镉暴露及磁场和镉复合暴露显著降低细胞活力;3)单独磁场暴露未显著影响细胞周期,单独镉暴露及磁场和镉复合暴露可显著增加S期细胞比例。