极低频电磁场对恶性骨肿瘤侧群(SP)细胞的生物效应研究

恶性骨肿瘤危害大、治疗困难，探索新治疗方法具有重要意义。国内外研究表明利用极低频电磁场（ELF-EMF）可以抑制肿瘤生长或诱导肿瘤细胞凋亡，但作用机制尚未明确。根据近年发展的肿瘤干细胞理论，肿瘤组织生长依赖于数量很少的肿瘤干细胞。骨肿瘤侧群（SP）细胞已被证实具有肿瘤干细胞特征。所以我们拟将电磁场生物效应与肿瘤干细胞理论结合，筛选出对人骨肉瘤细胞系HOS的SP细胞数量和肿瘤干细胞特性抑制作用强的ELF-EMF参数；研究ELF-EMF对人骨肉瘤细胞HOS的SP细胞的生物学效应并探寻其作用机制；采用ELF-EMF辐照荷瘤小鼠（联合化疗药物），观察其治疗作用。通过以上研究，总结出ELF-EMF对骨肿瘤SP细胞抑制作用的规律及机理，为进一步研究将低频电磁场用于治疗恶性骨肿瘤奠定基础，也为进一步完善电磁场的生物效应提供依据。

恶性骨肿瘤大都具有高度恶性，容易发生肺部转移，患者预后较差。近年来虽然手术方式及化疗药物在不断改善，但收效甚微。根据近来发展的肿瘤干细胞理论，肿瘤组织生长依赖于数量很少的肿瘤干细胞，骨肉瘤侧群（SP）细胞已被证实具有肿瘤干细胞特征。同时国内外已有研究表明极低频电磁场（ELF-EMF）可以用于抑制肿瘤细胞生长或诱导肿瘤细胞凋亡。于是我们在国际上首创将电磁场的生物效应与肿瘤干细胞理论相结合，研究ELF-EMF对人骨肉瘤细胞HOS的SP细胞的抑制作用。首先我们建立了改进的ELF-EMF生物效应平台，并发现在特定参数的ELF-EMF辐照下，HOS的SP细胞数量会明显下降。接下来我们证实经ELF-EMF辐照后，HOS的SP细胞G1期百分比升高，S期百分比降低；细胞凋亡率增加；平板克隆形成能力及侵袭能力明显下降；对化疗药物阿霉素、顺铂、甲氨蝶呤的敏感性增加；干”性基因Oct-4，Nanog及ABC转运蛋白家族4个主要的药物转运蛋白(ABCA2, ABCB1/ MDR1, ABCC1/ MRP1 和ABCG2)的表达下降。然后我们发现ELF-EMF可以降低HOS的SP细胞在NOD/SCID小鼠体内的成瘤能力，但仍具有多种分化潜能及自我更新能力。以上结果都表明无论在体内还是体外，ELF-EMF可以降低HOS的SP细胞数量并抑制其肿瘤干细胞特性，但并不能完全使其肿瘤干细胞特性消失。最后我们探索ELF-EMF对HOS的SP细胞的作用机制，发现ELF-EMF可以拮抗CDDP诱发的SP细胞比例升高，平板克隆能力及干”性基因表达增加；ELF-EMF辐照后可以显著降低HOS的SP细胞中的VEGF/Flt1以及MAPK/ERK1,2的表达并拮抗CDDP上调的SP细胞中VEGF/Flt1以及MAPK/ERK1,2的表达。这些表明ELF-EMF可以通过过下调SP细胞中的MAPK/ERK1,2，VEDF/Flt1信号通路来调节SP细胞的肿瘤干细胞特性。总体来说，我们成功的证实了特定参数的ELF-EMF 可以抑制骨肿瘤SP细胞的数量及各种肿瘤干细胞特征。其作用机制可能是通过VEGF/Flt1 信号通路来调节的。目前国际上尚无相关报道，我们的研究成果为进一步研究将低频电磁场用于治疗恶性骨肿瘤奠定基础，也为进一步完善电磁场的生物效应提供依据。