极低频电磁场细胞生物学效应的环腺苷酸信号传导

1、收稿日期 2007-07-20; 修回日期 2008-01-03作者简介 陈 悦 (1968- ,女,山东人,副教授,博士 通讯作者 梁 星, Tel 19世纪以来,随着电磁技术的发展和广泛应用, 0300Hz 的极低频电磁场 (extremly low frequency electro magnetic field , ELFEMF 的生物 效应,引起学者们的关注和争议:一系列研究提 示电磁场与某些肿瘤、白血病、神经、心血管、 内分泌、免疫系统的变化以及生殖的异常有关 1-3, 而另一些研究则得出不同的结论 4-5。各种实验表 明,电磁场对生物体具有明确的生物

2、效应,而正 是由于生物效应的多样性和复杂性,使相关机制 及信号传导的研究成为热点。ELFEMF 的生物效应,实质上是生物体对外 界信号的接受、加工、传导和产生反应的过程, 即信号传导过程。研究该过程是阐明 ELFEMF 生 物效应作用机制的重要手段。本文将从电磁场信 号传导通路的起点 (作用的靶位 、可能的信号途 径以及信号调控的生理功能来说明极低频电磁场 细胞生物效应的作用机制。 1电磁场信号通路的起点和信号的跨膜转换一般认为,电磁场与细胞作用的初始位点是 细胞膜,跨膜信号的传递和随后触发的反应是由细胞膜介导的。研究发现, ELFEMF 可以抑制甲 状腺素对鼠成骨细胞作用,但对 1,25二羟

3、胆钙化 醇的作用毫无影响,虽然甲状腺素与 1,25二羟胆 钙化醇的生理作用相似,但前者结合细胞表面受 体起作用,而后者直接进入细胞核发挥作用 6。 当然,细胞膜并不是电磁场唯一的作用位点,实 验显示,电磁场能刺激细菌提取液 (无原生质膜 蛋白质的合成 7; Blank 等 8提出电磁场有可能直接 作用于 DNA 。电磁场跨膜信号可通过细胞膜受体产生效应。 虽然实验表明电磁场可以抑制或诱导细胞膜受体, 但还没有发现电磁场受体的直接证据。 Beech 9认 为,当 ELFEMF 作用于细胞时,可诱导细胞表面 产生类似 zeta 电位,使细胞膜上的离子沿着细胞 膜产生电泳或原位电泳,影响细胞膜的结构

4、和通 透性和细胞膜上蛋白质的密度和分布状态,从而 调节配体和受体的结合。 ELFEMF 可以通过将刺 激信号传递到细胞膜,影响其他细胞膜受体发挥 作用,而产生生物效应。 2电磁场的信号途径以及信号调控的生理功能20世纪 90年代,有研究发现不同频率、强 度的电场可使细胞内环腺苷酸 (cyclic adenosinemonophosphate , cAMP 浓度发生变化 10。进一步极低频电磁场细胞生物学效应的环腺苷酸信号传导陈悦 综述 梁星 审校(四川大学华西口腔医院修复科四川成都 610041摘要 极低频电磁场对生物体、细胞的生物学效应,引起许多学者的极大关注。本文从环腺苷酸(cAMP 信号

5、 传导通路的起点 (作用的靶位 、可能的信号途径以及信号调控的生理功能来讨论极低频电磁场细胞生物效应的 作用机制。关键词 极低频电磁场; 生物学效应; 信号传导 中图分类号 Q257文献标识码 AResearch of cyclic adenosine monophosphate signal transduction of cells exposed to extremely low fre-quency electro magnatic field CHEN Yue, LIANG Xing. (Dept. of Prosthodontics, West China College of S

6、toma-tology, Sichuan University, Chengdu 610041, China AbstractScientists pay much more attention to the biological effects of extremely low frequency electro mag-netic field on cells. This review summarized the mechanism of cyclic adenosine monophosphate (cAMP signal transduction in receptor, signa

7、l pathways and physical function.Key wordsextremely low frequency electro magnetic field ; biological effects ; signal transduction456 国际口腔医学杂志 第 35卷 第 4期 2008年 7月 (下转第 466页 研究表明, 50Hz 电磁场可诱导中等密度、单层 生长的小鼠成纤维细胞中 cAMP 上升到对照组的 121%,当细胞接近融合生长时,细胞中 cAMP 下 降到对照组的 88%11。实验证实, 20Hz 正弦电 磁场诱导的人成纤维细胞增殖和分化与 cAM

8、P-激肽原酶 (prokininogenase , PKA 活性相关,当 ELFEMF 作用 60min 时, PKA 活性提高 26倍; 鼠成骨细胞 PKA 活性提高 1.7倍 12-13。这些研究 提示, ELFEMF 生物学效应与 cAMP-PKA 信号途 径有关。cAMP 是最早发现的细胞第二信使,由腺苷 酸环化酶 (adenylate cyclase , AC 催化三磷酸腺苷 脱去焦磷酸形成的。 cAMP 跨膜转换及下游胞内 信号传导模型:细胞膜上含有 cAMP 信号传导的 受体 (R 、 G 蛋白和 AC ,电磁场的刺激信号或抑制信号传递给刺激性受体 (R S 或抑制性受体 (R

9、i , 通过刺激性蛋白 (G S 或抑制性蛋白 (G i ,传递给 共同的 AC ,使其活化或钝化;一旦 AC 被激活,催化三磷酸腺苷生成 cAMP , cAMP 激活 PKA , 通过蛋白磷酸化调节代谢、基因表达以及细胞反 应, cAMP 信号最终被磷酸二酯酶分解而终止信 号。整个传递系统通过细胞信使级联反应系统将 胞外信号放大、形成胞内大量效应分子,完成生 理效应,同时为代谢提供多级调控系统。ELFEMF 对基因的影响可通过细胞 cAMP-PKA 信号传导实现。大量实验表明, cAMP 是重 要的基因表达调控物质 14。在原核细胞中, cAMP 通过 RNA 聚合酶的 因子的磷酸化,直接活

10、化 该酶并促进转录 15。真核细胞中, cAMP 对基因的 调控通过以下途径:胞外配体受体结合后,通过 G 蛋白与 AC 产生 cAMP , cAMP 活化 PKA ,使异 四聚体的 PKA 解离, C 亚基由细胞质进入核内。 一方面, C 亚基可催化核蛋白质磷酸化,如使组 蛋白磷酸化,磷酸化后的组蛋白由于带电状态及 构象发生改变,与 DNA 结合疏松而解离,从而 解除了组蛋白对这段基因的抑制,使转录得以进 行。另一方面,作为 cAMP 最主要的效应分子, PKA 具有广泛的作用底物,包括多种酶、离子通 道、结构和调节蛋白、转录因子等。可通过底物 共有的磷酸化肽段的共有序列 RRXSY ,使位

11、点上 Ser/Thr 磷酸化,激活转录因子起作用。如经典的 cAMP-PKA-磷酸化 CREB-基因传导通路,进入 核内的 C 亚基可以使 CREB 中的 Ser133发生磷酸化,活化 CREB 可与 DNA 分子上 cAMP 调节靶基因附近一段 cAMP 反应元件 (cAMP response elem-ent , CRE 的回文序列 (5 -TGACGTCA-3 结合, 调节靶基因转录,通过基因的转录,表达某些蛋 白分子以及某些神经营养因子等。磷酸化 CREB 可被蛋白磷脂酶 pp-1脱去 Ser 133,终止 CREB 活 化,终止 cAMP 对基因转录的调节信号;另一反馈 回路 是 I

12、CER (inducible cAMP early responsor , 它是 cAMP 的早期阻碍物,可与 CRE 结合,参与早期反应基因 c-fos 下调的表达 14, 16。ELFEMF 对细胞增殖和分化的影响可通过细 胞 cAMP 与 MAPK 信号通路之间的相互作用实 现 17。细胞外信号调节激酶 (extracellular signal-regulated kinase , ERK 通路是促进细胞增殖的关 键信号传导通路, Raf-1是 ERK 上游的关键激 酶,有 Raf-1、 B-raf 等亚型。有些细胞表达 Raf-1,另有些细胞既表达 Raf-1,又表达 B-raf 。

13、在 仅表达 Raf-1的细胞中, G s /cAMP/PKA 通路可磷 酸化,激活 Rap-1,激活后的 Rap-1可抑制生长 因子介导的 Ras 对 Raf-1的活化;既表达 Raf-1, 又表达 B-raf 的细胞, G s /cAMP/PKA 通路引起的 Rap-1激活 B-raf ,尽管 Rap-1负调控 Raf-1,但 激活 B-raf 占主导作用,激活 ERK 通路,促进细 胞增殖 18-19。cAMP 信号系统在动物细胞中具有广泛的生 理调节功能,如糖原代谢、膜蛋白活性、激素合 成与分泌、神经突触传递、基因转录、细胞增殖 和分化、蛋白质和脂类合成、神经损伤后保护 等。 ELFEM

14、F 细胞效应的多样性和复杂性正是通 过细胞 cAMP-PKA 信号传导实现的。当然,电磁场正是作为第一信使在这些通路 上产生复杂的生物效应的, cAMP-PKA 信号传导 是比较明确的通路。实际上细胞信号传导具有多 通路、多环节、多层次、精确调控、高度复杂的 网络样结构,电磁场 -cAMP-PKA 通路还受到其 他细胞通路的调控和影响,都有待于进一步的研 究。 3参考文献1Bortkiewicz A, Gadzicka E, Zmyslony M , et al. Int J Oc-cup Med Environ Health, 2006, 19(1 :53-60.2Woldanska-Oko

15、nska M, Karasek M, Czernicki J. Neuro Endocrinol Lett, 2004, 25(3 :201-206.3Simk óM, Mattsson MO. J Cell Biochem, 2004, 93(1 :83-92.457 !4Loberg LI, Engdahl WR, Gauger JR, et al. Radiat Res, 2000, 153(5Pt 2 :679-684.5Loberg LI, Gauger JR, Buthod JL, et al. Carcinogenesis, 1999, 20(8 :1633-1636.

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18、adiat Environ Biophys, 1999, 38(3 :195-199.14Pagon RA. J Med Libr Assoc, 2006, 94(3 :343-348. 15Saier MH Jr. New Biol, 1991, 3(12 :1137-1147. 16Delghandi MP, Johannessen M, Moens U. Cell Signal, 2005, 17(11 :1343-1351.17Nishihara H, Hwang M, Kizaka-Kondoh S, et al. J Biol Chem, 2004, 279(25 :26176-2

19、6183.18Takahashi H, Honma M, Miyauchi Y, et al. Arch Der-matol Res, 2004, 296(2 :74-82.19Hecquet C, Lefevre G, Valtink M , et al. Oncogene, 2002, 21(39 :6101-6112.(本文编辑 骆筱秋 许多研究认为使用柔软的夹板,联合横跨 面的缝线缝合固定 710d ,对于移植牙的稳定就 足够了 13。此外,尚有其他方法如正畸装置固定 及钛创伤夹板等。从很多研究中采用的固定方式 来看,在移植后牙松动度不大的情况下,以简单 的缝线固定即可,应尽量避免硬固

20、定的使用。 2.8术后治疗学者们对临床 25例第三磨牙自体牙移植的 研究发现,为了防止并发症的发生,各种治疗要 在术后 8周内完成 14。 Tsukiboshi 15认为,术后 2周进行根管治疗相当重要,过早进行会增加对 PDL 的损伤,如果迟于 2周,根管系统的感染可 引起炎症性吸收的发生。2.9其他因素其他影响因素包括采用深低温保存技术 16、 口腔卫生状况、医生的经验、术后饮食及维护 等。总之,自体牙移植是多因素的复杂操作过 程,其良好的预后取决于术前的诊断和计划,术 中的操作及术后的维护。进一步研究影响自体牙 移植的各种因素,为改善预后提出更多的方法, 将促进自体牙移植技术的不断完善,

21、扩大其在口 腔修复中的运用范围。3参考文献1刘卫平 , 宋光保 , 周 磊 . 中国口腔种植学杂志 , 2006,11(1 :33-36.2Nethander G. Int J Prosthodont, 1995, 8(6 :517-526. 3Clokie CM , Yau DM , Chano L. J Can Dent Assoc, 2001, 67(2 :92-96.4Andreasen JO, Paulsen HU, Yu Z, et al. Eur J Orthod, 1990, 12(1 :14-24.5Hupp JG, Mesaros SV, Aukhil I, et al. Endod Dent Trau-matol, 1998, 14(2 :79-83.6Kim E, Jung JY, Cha IH, et al. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod, 2005, 100(1 :112-119. 7Kallu R, Vinckier F, Politis C, et al. Int J Oral Max-illofac Surg, 2005,