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亚地磁场(<1000 nT的磁环境),主要存在于地外空间以及地面磁屏蔽设备中。研究表明,亚地磁环境对机体生长、发育、代谢、行为等过程产生显著的影响,地外亚地磁场可能给宇航员的健康带来潜在的风险。但是,亚地磁场生物学效应的细胞和分子机制尚不清楚。因此,研究亚地磁场生物学效应的机制,不仅能够为生物磁响应研究提供新的线索,也可能为航天医学等相关领域提供数据和理论支持。
作者参与研制了一套亚地磁生物培养系统(<100nT),并以人类神经瘤母细胞系(SH-SY5Y)为对象,系统观察了亚地磁场中细胞生长和细胞骨架结构的变化,同时又进一步分析了亚地磁场细胞生物学效应的分子机制。笔者发现亚地磁场中SH-SY5Y细胞的粘附和迁移能力下降；粘附结构出现形态异常；胞内f-actin的含量显著减少。亚地磁场中,SH-SY5Y细胞增殖加快；细胞周期进程相位前移:G1期同步化细胞中G1/S期转换过程变快。通过Solexa第二代测序方法,笔者对2天亚地磁处理的SH-SY5Y细胞进行了mRNA表达谱分析,高通量筛选了亚地磁场中的差异表达基因。筛选结果确定了1276个候选基因,其中1140个基因显著下调,136个基因显著上调。笔者通过qPCR方法,对其中30个候选基因,在转录水平进行了表达验证,其中17个基因的表达符合预期。在所验证的差异表达基因中,MAPK1、Cry2和β-actin三个基因下调:Cry2已经被证明在生物磁响应过程中起到重要作用；MAPK1与细胞增殖和细胞骨架组装的调控相关,可能参与上游的细胞磁响应过程；微丝骨架的核心组分β-actin参与了细胞粘附和细胞迁移过程。
作者还通过亥姆霍兹补偿式线圈和坡镆合金磁屏蔽方法获得亚地磁环境,研究了非洲爪蟾胚胎的早期发育。结果表明,爪蟾胚胎(尤其头部)的畸形率显著增加；第二次卵裂时,锤体的朝向发生偏转；第三次卵裂时,卵裂沟的位置出现异常。这说明亚地磁场能够对爪蟾胚胎的早期发育造成显著的负面影响。
笔者还对亚地磁场中的近旁(bystander)效应进行了初步考察,发现亚地磁场的近旁效应可能是由细胞膜通透性减弱所造成。
以上结果表明,亚地磁场能够对胚胎发育、细胞粘附、细胞骨架结构和细胞增殖等过程产生影响。细胞骨架中的微丝组装结构变化以及细胞周期中的G1/S转换是细胞对亚地磁响应的表型。