亚磁场(hypogeomagnetic field，＜5，000nT)强度远低于地磁场(geomagnetic field，～50，000nT)，对生命活动产生重要的影响。地外空间磁场属于亚磁场的范畴。因此，探索亚磁场对航天员健康的影响，是远距离长时间载人航天任务中迫切需要解决的课题之一。尽管空间微重力、辐射的生物学效应已经有了大量研究，但是空间亚磁生物学效应，特别是亚磁环境对动物运动能力作用尚未见报道。运动能力对动物的生存、发展、进化有着重要意义。因此，阐释亚磁场对动物运动能力影响及其生物学机制，不但对于认识地磁场的生物学功能具有理论意义，同时对于载人航天保证宇航员的健康具有潜在应用价值。本文通过地面模拟亚磁场，在行为、组织、细胞、亚细胞、分子多个层次，检测了亚磁场对小鼠运动能力的影响、神经干细胞增殖效应，并初步探索了其中的分子机制。　　利用本实验室自主研发的反馈式亥姆赫兹线圈，构建的一个稳定的亚磁场动物饲养平台(＜500 nT)，作者通过亚磁场连续处理成年雄性C57BL/6小鼠，观察亚磁场对其运动能力的影响。30天亚磁场处理后，小鼠的主动运动能力和耐力显著下降，但其体格指标、血液氧化应激状态、动作协调能力未见显著变化，也无明显的抑郁和焦虑行为。在撤除亚磁场暴露后，动物的运动能力在地磁场中逐渐（15-30天）恢复到正常水平。　　为了探索亚磁场降低运动能力的机制，作者采用荧光显微镜和电子显微镜，观察了亚磁场对骨骼肌结构的影响。亚磁场连续处理30天，虽然骨骼肌细胞的形态未见明显变化，但其线粒体却显著膨胀，提示线粒体的功能受到了抑制。进一步实验表明，亚磁场处理的小鼠骨骼肌中柠檬酸含量显著下降，说明线粒体的功能受到了抑制。为了验证亚磁场的抑制效应，作者组建了亥姆赫兹线圈亚磁细胞培养环境(＜500nT)，研究了亚磁场中小鼠原代肌细胞线粒体膜电位以及葡萄糖代谢水平。在亚磁场中，线粒体膜电位显著降低，葡萄糖代谢和细胞活力也受到抑制。以上上体内体外实验证据表明，亚磁场下肌细胞线粒体功能降低，并伴随有氧代谢水平下降，这可能是亚磁场导致小鼠运动能力减弱的机制之一。　　本实验室前期工作发现，亚磁场可以促进人神经母细胞瘤细胞(SH-SY5Y)细胞的增殖。为验证线粒体是否也介导神经类细胞对亚磁场的响应。本论文进一步检测了亚磁场中SH-SY5Y细胞内的线粒体功能和葡萄糖代谢的变化。结果显示，亚磁场下SH-SY5Y线粒体膜电位也显著降低，但其糖酵解和无氧代谢的效率升高，降低细胞糖代谢水平可以挽回亚磁场下的细胞增殖加速效应。这些结果说明，亚磁场可以抑制SH-SY5Y细胞和原代肌细胞中线粒体的活力。亚磁场对SH-SY5Y细胞促增殖效应主要依赖于无氧代谢水平的提高。亚磁环境下SH-SY5Y细胞和原代肌细胞分别表现出无氧代谢水平的提高和有氧代谢水平下降，提示不同细胞的效应差异可能与其能量来源途径相关。　　考虑到亚磁场对SH-SY5Y细胞增殖的促进作用和对动物胚胎发育的干扰，本文还研究了神经干细胞在亚磁场中的增殖和分化的变化。结果显示，亚磁场显著提高成年小鼠大脑SVZ区增殖细胞的数量;亚磁场也可以促进原代神经干细胞的增殖，并且该效应可逆;干细胞在亚磁场中继续保持自我更新和多向分化的潜能，并对生长因子缺乏表现出一定的耐受。这些结果证明，小鼠神经干细胞可响应亚磁场，亚磁场可促进神经干细胞的生长并能够维持其干性。　　综上所述，结果证明线粒体可以响应亚磁场。亚磁场抑制了骨骼肌、原代肌细胞和神经母细胞的线粒体功能。线粒体功能下降导致的葡萄糖代谢水平降低是亚磁场引起的运动水平降低的原因之一。因此，有必要以线粒体为靶点在宇航员健康防护方面进行进一步研究。另外，亚磁场促进在体和离体神经干细胞增殖，提示亚磁场在干细胞治疗中具有潜在的应用价值。