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生物学的側面から見た細胞・分子レベルでの研究 Cellular and Molecular Effects of Extremely Low Frequency Electric and Magnetic Fields 　　　　　　宮越　順二 　　　　Junji　MIYAKOSHI 　京都大学大学院医学研究科 Faculty of Medicine, Kyoto university

要旨：電磁場曝露の人体への影響が議論されてきている。一部の疫学調査結果により、陽性の発がん影響を報告したことが始まりである。しかしながら、低周波電磁場の生体影響については、疫学調査、動物実験、ならびに細胞実験とも、いずれも肯定的および否定的な報告が共にあり、一致した結論は得られていないのが現状である。本モーニングレクチャーでは、極低周波変動電磁場の生体影響に関して、これまでの論文報告を紹介し、特に細胞や分子を標的とした観点から現状分析を行なう。 ABSTRACT: Recently， the possible health effects of exposure to extremely low-frequency　magnetic fields (ELFMFs)have caused considerable public concem. Several epidemiological　studies of cancer in children and occupationally exposed adults have shown an association　between an elevated risk of cancer and exposure to ELFMFs. However,the issue still remains　controversial.This paper reviews current studies on cellular and molecular effects of ELFMFs， such as cell growth, chromosomal aberrations， gene expression， signal transduction， and gene　mutations. KEYXVORDS: Extremely Low-frequency Magnetic Fields, Tissue Culture, CeII Growth, Gene　Expression， Signa1 Transduction， Mutation lnduction

１．まえがき 　近年、電磁場曝露の人体への影響、特に発がんに対する影響の有無について北米およびヨーロッパを中心として議論されてきている。我が国でも磁場関連の話題が諸学会やマスコミを通じて聞かれるようになってきた。我々の生活環境には、医療現場におけるMRIや電磁場加温装置、また、変電所や送電線下の交流磁場、家電製品の発生する電磁波（いくつかの例を文末に表１としてまとめた）、さらに近い将来に実現性が高いリニアモーターカーや超電動電磁推進船など、地球上の自然界に存在する以上の電磁場に曝される機会が増している。磁場には定常磁場と変動磁場があり、我々が現在から将来にかけて生活環境中曝される可能性の強いのは、医療の診断におけるMRIの強定常磁場や主として商用周波数領域における変動磁場、つまり極低周波（ELF:Extremely Low Frequency）変動磁場である。これまで、一部の疫学調査によりELF変動磁場の発がん影響として陽性の結果が報告されている。［1−3］しかし一方では、数多くの陰性結果も報告されている。磁場の人体影響については、肯定的および否定的な報告が共にあり、一致した結論は得られていないのが現状である。このことは磁場の生体影響を解明する上での生物学的実験結果も同様で、必ずしも一致した結果が得られているわけではない。例えば、細胞レベルで考えた場合、研究用磁場曝露装置が適切な細胞の培養環境条件を備えていないため、磁場以外の環境因子が細胞に影響を及ぼし、結果の不一致をもたらしている可能性も十分考えられる。また、実験に用いた磁束密度の違い、変動磁場の場合周波数や波形の違い、さらに対象となる実験材料の違いなど、実験条件が大きく異なった場合、生物学的結果についても単純に比較することはできないであろう。 　ここ数年我が国でも電磁場の生体影響研究が一部の大学や研究所において活発に行なわれるようになってきた。電磁場の生体影響を中心的に討議するBioelectromagnetics　Society（BEMS）会議でも我が国から数多くの発表がなされている。現在までのところ、電磁場影響の機構解析については、諸外国ならびに我が国の多くの研究者が取り組んでいるにもかかわらず、前述した結果の不一致も含めて、明確な作用機構は不明のままである。［４−６］細胞レベルにおける多くの電磁場生体影響研究に用いられている磁束密度は、居住環境における影響を主眼においているため、その曝露レベルは非常に低いものが多い。そのため、短時間曝露で細胞に対する顕著な影響が認められないのも当然かも知れない。本講演会では、磁場の生体影響に関して、ＢＥＭＳ会議の動向ならびにこれまでの論文報告を紹介し、特に細胞や分子を標的とした観点から現状分析を行なってゆきたい。なお、疫学や動物実験を含む電磁場影響に関しては他の総説を参照されたい。［7−9］ ２．諸外国における研究の現状（BEMS会議より） 　BEMS会議では物理、工学、生物学、医学など、多方面の分野から電磁界の生体影響について研究発表および議論がなされている。昨年を例にとると、北米およびヨーロッパを中心として約500名の参加者で行われた。我が国からの参加者も含め、岸を追うごとにその数は増していて、関心の高さを強く感じる。24ケ国から発表された演題総数は339題（口頭発表94題、示説発表245題で、我が国からは16題発表された。）で、これらの演題についてBEMSの分類に従って集計してみると、文末の表２のようになる。また、EMF　RAPID（Research　and　Public lnformation Dissemination）Programからも27題の示説発表が行なわれて、主に実験結果の再現性についての発表があった。 　細胞に対する影響は後述するので省略するが、印象に残った発表としては、電磁場によるメラトニン産生の抑制効果があげられる。つまり、電磁場によるメラトニン産生の抑制が、フリーラジカルの半減期を延長し、DNAを含む生体高分子の損傷を増加させ、がんの誘発を高める可能性があるというストーリーである。メラトニンは松果体から分泌されるホルモンの１つで、中枢性の内因性リズムと環境の明暗により調節されている。最近、このメラトニンそれ自体が発がん過程を支配する１つの因子として考えられ、その制がん効果も活発に議論されている。しかしながら、個体レベルにおけるＥＬＦ曝露とメラトニンとの関係は依然として不明な部分が多く残されている。細胞レベルではあるが、著者らの実験結果では、生理学的濃度のメラトニンをＥＬＦ曝露中に作用させても、細胞増殖に何ら変化を認めていない。 ３．細胞に対する磁場影響 ３．１　細胞増殖 　細胞に対する外的要因の影響を調べる最初の指標として、細胞死の有無や細胞増殖の変化があげられる。これまでのほぼ全ての報告では、磁束密度の大きさに関係なく変動磁場の曝露により細胞が致死に至ることは観察されていない。また、細胞増殖の変化についてもその成長曲線で比較した多くの報告では、変動磁場の影響と して有意な効果は認められていない。［10、11］しかし、細胞増殖が促進されるという一部の結果もある。［12、13］ ３．２　染色体異常・DNA鎖切断 　細胞を正常な培養環境に置いても、その増殖過程において、非常に小さい頻度であるが自然に染色体異常（chromosomal aberrations）や姉妹染色分体交換SCE:sister- chromatid exchanges）は起きている。このような細胞に、電離放射線やある種DNAに作用する薬剤のような外的要因が直接的または間接的にDNAに作用することにより、染色体異常や姉妹染色分体交換の頻度が増加することはよく知られている。これまで変動磁場曝露の影響として、多くの研究者により、染色体異常ならびに姉妹染色分体交換の頻度が調べられている。これらの実験は、主にヒトの末梢血リンパ球を材料として行なわれている。結果として、１つの報告［14］を除いて、変動磁場により染色体異常や姉妹染色分体交換頻度の上昇は認められていない。［1 5 − 1 9］従って、変動磁場曝露により細胞の染色体異常や姉妹染色分体交換が引き起こされる可能性は、無視できるかまたは非常に低いものと考えられる。 　変動磁場のエネルギーでは、直接DNA切断を引き起こすことは考えられない。実際、細胞に変動磁場を曝露しても一本鎖切断は観察されていない。［20、21］しかしながら、動物実験で、ラットの脳に60Hz、0.1から0.5mTを２時間曝露し、４時間後に脳細胞を取りだし、コメットアッセイ法により一本鎖切断が増加しているという報告もある。［22］後者の場合、in　vivo曝露invi troアッセイで、アーチファクトも入りやすいのは確かだが、DNA鎖切断の直接の原因が磁場曝露であれば、細胞系の実験でも観察されるはずである。実験システムの違いはあるが、現時点では、これらの不一致を説明することはできない。詳細な追加実験の結果を待つしかない。 ３．３　遺伝子発現 　磁場の遺伝子レベルにおける影響でこれまで活発に議論されてきた分野の１つとして、遺伝子発現があげられる。遺伝子発現とは遺伝子DNAの持つ情報をmRNA（メッセンジャーRNA）に転写し、さらにアミノ酸の配列に翻訳して、最終形質のタンパク質として生成する過程を言う。この研究では、がん遺伝子の１種であるc-mycの転写が低磁束密度磁場で増強するというものである。［23］c-myc遺伝子は細胞の増殖に深く係わっており、増殖因子などの刺激により、その転写活性が一過性ではあるけれども高まることで知られている。しかしながら、この報告がなされて以来、c-myc遺伝子に注目して他のいくつかのグループにより曝露条件、使用細胞など十分考慮されて再現実験が試みられた。その結果、磁場曝露によりc-myc遺伝子の発現増強は観察されず、再現実験は成功していない。［24−26］このことから、転写活性（mRNAレベル）で見るc-mycの発現に限って言えば、変動磁場の影響はネガティブか非常に小さいと結論づけたい。 ３．４　シグナル伝達 　分子レベルの大きな議論の１つとしては、シグナル伝達があげられる。シグナル伝達とは、外部からの信号が細胞膜を通して細胞質や核の分子系に信号が伝達され、細胞の代謝、遺伝子発現、分化、増殖などの調節を行なうことである。特に膜の信号伝達過程に変動磁場が影響を与えているのではないかと考えられている。　その１つとして、シグナル伝達のメッセンジャーである細胞内のカルシウムイオン濃度への影響が注目されている。これまでの結果を総合して考えると、１つに、何らかの増殖刺激（コンカナバリンAやPHAなどによる分裂刺激）が伴わない状態では（つまり磁場単独では）陽性効果は認められていないようである。また、実験に用いる細胞の由来の違いも結果に大きく影響を及ぼしている可能性が強いと考えられる。 ３．５　突然変異 　これまで培養細胞実験で電磁場曝露による突然変異の誘発に関してはあまり報告がなく、起きないであろうとされてきた。事実、50Hz、1μTで7日間曝露した場合のチャイニーズハムスター細胞における突然変異頻度に有意な増加は見られなかった。［27］ところが、400mTという非常に高磁束密度の磁場曝露により、突然変異が増加することを我々は見いだした。［28、29］従来、変動磁場曝露では突然変異の誘発が起こらないとされてきたが、我々の曝露条件（生活環境における磁束密度に比べて少なくとも１万倍以上という非常に高いものである）で得られた結果は、突然変異誘発頻度が増加することを初めて示したものである。また、誘発突然変異は変動磁場により引き起こされる誘導電流の密度に比例して増加すること、ならびにDNA合成と密接な関係のあることも示唆された。しかしながら、実験に用いた磁束密度の高さと突然変異頻度の増加率から考えて、生活環境下における磁場の曝露条件で突然変異が誘発される可能性は、全く無視できる程度に非常に低いものと考えられる。今後、より低い磁束密度で長期曝露の影響を解析しなければならないと考えている。 ３．６　外的要因（放射線、化学物質）の修飾効果 　外的要因、例えば放射線によるＤＮＡ損傷の修復過程に変動磁場を曝露した場合の修飾効果についてもいくつか報告されているが、50μTから2.5mTの領域で、単鎖切断DNAの再結合能や不定期DNA合成能を指標とした修復阻害効果は認められていない。［30、31］さらに、正常人ならびに放射線感受性遺伝病患者（AT:ataxia telangiectasia）由来皮膚組織細胞を用いて、Ｘ線照射後、高磁束密度の変動磁場（50Hz、400mT）に2時間曝露した場合の生存率に関して、磁場はどちらの細胞に対しても影響を及ぼさなかった。［11］一方、放射線照射後の4倍体（テトラプロイド）染色体の出現頻度を指標とした場合、磁場曝露（1.4mT、60Hz）と放射線照射（3Gy）で相乗効果が見られるという報告もある。［32］放射線や化学物質などが細胞に作用するその過程において、極低周波変動電磁場が修飾的に働いている可能性は少ないと考えられるが、この外的要因に対する修飾効果については、現時点で明確な結論を下すことはできない。 　以上述べてきた細胞、分子レベルにおける変動磁場影響に関するこれまで発表されている主な論文のまとめは文末に表３として要約した。 ４．まとめ 　これまでの細胞や分子レベルの研究結果から、電磁場の生体影響研究（リスク評価）については、居住環境レベルの磁束密度における磁場影響は非常に小さいものであろう。しかしながら、まだまだ不明な点が多いことも事実である。細胞実験に動物実験や疫学調査研究の結果を加えた総合的評価から、国際的な安全基準の作成が待たれる。 　昨年、米国科学アカデミーは「PossibleHealth Effects ofExposure to Residential　Electric and Magnetic Fields」というタイトルで居住環境における電磁場の影響の有無についてこれまでの論文報告をまとめている。この中で、これまでの研究の総合的評価として、あくまでも居住環境レベルでのヒトヘの健康影響はないであろうとしている。しかし、磁束密度が高くなると生物学的に有意な影響を及ぼす可能性も述べている。 　これまでの論文報告、BEMS学会における発表、ならびに、著者らの実験結果を総合すると、細胞レベルに限って言えば、極めて高い磁束密度の極低周波変動電磁場によっで何か起きている”ことは確かなように思われる。この“何がとは、細胞死に至るような直接的な有毒作用ではなく、膜を通したイオンの流人や流出を変化させ、細胞内のシグナル伝達に影響を及ぼしている可能性がある。また、DNAの複製過程における細胞内調節機構に影響していることも考えられる。さらに、このような非常に高い磁束密度の磁場曝露は、放射線や化学物質などが細胞に作用するその過程において修飾的に働いている可能性も考えられるが、さらなる実験研究の必要性を強調したい。これまでの数多くの研究結果は、居住環境レベルの変動磁場を曝露しても、細胞や分子レベルにおいて有意な変化としてその影響を捕らえることは、非常に困難であることを示している。つまり、マイクロテスラーオーダーの極めて低い磁束密度の変動磁場が、細胞に対して何か大きな変化をもたらしていることは考えにくい。 　現在、我々の生活環境には人工的電磁場の発生源が数多く存在することも事実であり、将来にかけて医療面、リニアーモーターカーをはじめとした高速輸送面など、さらに電磁場に曝露される機会は増すことであろう。これまでの研究成果をもとに国際的安全基準の作成にWHOも動き出しているが、現状を考えた場合、容易なことではなさそうである。しかしながら、現在の生活環境における電磁場のレベルにおいては、それほど心配する必要はないと考える。 　(参考文献) 1. 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