2.1 磁场对骨髓间充质干细胞向成骨细胞方向分化的影响 首先是恒磁场对骨髓间充质干细胞向成骨细胞方向分化的影响。Chuo等
[5]对成骨介质中培养的大鼠骨髓间充质干细胞加载200 mT的恒磁场，7 d后恒磁场组相比对照组成骨细胞相关蛋白的表达明显增加，基质的矿化也更明显。郭志良等
[6]对成骨诱导剂培养的大鼠骨髓间充质干细胞加载0.5，1.5，2，3 mT不同强度的恒磁场，每天加载6 h，结果显示恒磁场明显促进了Ⅰ型胶原和碱性磷酸酶的表达，增加骨钙素的分泌及钙结节的形成，其中1.5-2 mT的磁场强度促骨髓间充质干细胞成骨分化作用最为明显，其机制可能与P38信号分子的激活有关。
目前也有一些研究报道正弦电磁场对骨髓间充质干细胞向成骨细胞方向分化的影响。Wu等
[7]给成骨诱导剂诱导和不诱导的小鼠骨髓间充质干细胞加载2 mT、50 Hz的正弦电磁场，每天2次，每次持续60 min，时间间隔为6 h，7 d后发现磁场增加了成骨向的分化，cAMP信号通路可能参与了这一过程。Yan等
[8]将培养在成骨介质中的人骨髓间充质干细胞暴露在20 mT、50 Hz的正弦电磁场下，每天作用8 h，持续23 d，发现磁场可以抑制细胞的生长，可能影响骨髓间充质干细胞的早期发育，但对后期的分化影响不大，这一过程可能与离子通道的活化有关。Kim等
[9]将培养在成骨介质中的人骨髓间充质干细胞暴露在1 mT、45 Hz的正弦电磁场下，每天作用8 h，持续7 d，发现骨钙素、骨桥蛋白、骨粘连蛋白、Ⅰ型胶原、Ⅲ型胶原和骨形态发生蛋白2的表达上调，钙通道活化，这一过程可能与ERK信号通路有关。Liu等
[10]对成骨介质中培养的大鼠骨髓间充质干细胞加载1 mT，10 Hz、30 Hz、50 Hz和70 Hz不同频率的正弦电磁场，加载2 h-休息4 h，培养7 d后，10 Hz组上调了成骨分化早期标志蛋白碱性磷酸酶和骨钙素的表达，培养14 d后，50 Hz组上调了成骨分化晚期和成熟标志蛋白的表达，并增强了细胞外基质的矿化。Yong等
[11]对大鼠骨髓间充质干细胞施加1 mT、15 Hz的正弦电磁场，每天持续8 h，碱性磷酸酶等成骨相关因子的表达增加，且此过程受PKA和MAPK信号通路调节。Song等
[12]同样用1 mT、15 Hz的正弦电磁场作用于成骨介质培养的大鼠骨髓间充质干细胞，每天持续不同的时间，分别是1，4，8 h，发现成骨相关基因的表达增强，且具有时间依赖性，其机制可能与MEK/ERK信号通路有关。Yu等
[13]将大鼠骨髓间充质干细胞与大鼠成骨细胞共培养，并暴露于1 mT、50 Hz的正弦电磁场下，每天作用2-8 h，发现每天作用8 h时，细胞成骨向分化明显增加，骨形态发生蛋白2介导的细胞间相互作用可能有重要作用。Zhao等
[14]将大鼠骨髓间充质干细胞暴露在 1 mT、15 Hz的正弦电磁场下，每天8 h，持续2 d，发现6种基因表达上调，13种基因表达下调，提出了电磁场可改变骨髓间充质干细胞成骨分化的基因表达。
国内外许多研究者探讨了脉冲磁场对骨髓间充质干细胞向成骨细胞方向分化的影响。Jansen等
[15]将成骨介质中培养的人骨髓间充质干细胞暴露在1 Gs(0.1 mT)、15 Hz的脉冲电磁场下，脉冲电磁场每5 ms迸发长达 5 μs的脉冲，培养1，5，9，14 d后，骨形态发生蛋白2、转化生长因子β1、骨保护素、基质金属蛋白酶1、基质金属蛋白酶3、骨钙素、骨涎蛋白和基质矿化均明显增加。Kaivosoja等
[16]将成骨介质中培养的人骨髓间充质干细胞暴露在1 Gs(0.1 mT)、15 Hz的脉冲电磁场下，脉冲电磁场每5 ms迸发长达1 μs的脉冲。在持续刺激1，7，14，21，28 d后，发现并没有明显促进骨髓间充质干细胞的成骨分化，可能因为细胞密度不同而导致了与Jansen等
[15]的结果不同。Schwartz等
[17]将培养在成骨介质中的人骨髓间充质干细胞分为磁场组、磁场和骨形成蛋白2共同作用组，磁场在4.5 ms内发出20个脉冲，每个脉冲在200 µs内从0增加到16 Gs(1.6 mT)，然后再25 µs内下降到0，频率为15 Hz，每天作用8 h，结果磁场和骨形成蛋白2共同作用组明显增加了碱性磷酸酶和骨钙素的表达。Sun等
[18]将培养在成骨介质中的人骨髓间充质干细胞暴露在15 Hz的脉冲电磁场下，该电磁场在4.5 ms里发出20个脉冲，每个脉冲中，磁场强度在200 µs的时间内从0 mT增加到1.8 mT，在25 µs内下降到0 mT，细胞每天暴露在电磁场下8 h，分别持续0，2，4，7 d后，发现上调了核心结合因子(core binding factor apha 1，cbfa1)的表达，也增加碱性磷酸酶表达和基质矿化。Tsai等
[19]将培养在成骨培养基中的人骨髓间充质干细胞暴露在300 µs、7.5 Hz、2 h/d的类矩形脉冲电磁场下，7 d时碱性磷酸酶活性增加，28 d时碱性磷酸酶蛋白表达和钙沉积明显增加。Zhong等
[20]对成骨诱导和非诱导的小鼠骨髓间充质干细胞加载0.5 mT、50 Hz的脉冲电磁场，每天8 h，10 d后磁场处理组的碱性磷酸酶表达明显增加，12 d后骨结节形成也明显增加。Esposito等
[21]对在成骨介质中培养的人骨髓间充质干细胞加载 18-30 Gs(1.8-3 mT)、75 Hz的脉冲电磁场，每天8 h，持续14 d，骨钙素、碱性磷酸酶和矿化都明显增加。Ongaro等
[22]将人骨髓间充质干细胞和培养在成骨介质中的人骨髓间充质干细胞持续暴露在强度为1.5 mT、频率为75 Hz的脉冲电磁场下，脉冲电磁场明显增加了人骨髓间充质干细胞碱性磷酸酶的活性、骨钙素的表达和基质的矿化。Ceccarelli等
[23]先对人骨髓间充质干细胞进行成骨向诱导分化，然后加载2 mT、75 Hz的脉冲电磁场，每天加载5，10，30 min和1，4，8 h，培养21 d，细胞外基质成分如核心蛋白聚糖、纤连蛋白、骨钙素、骨粘连蛋白、骨桥蛋白、Ⅰ型和Ⅲ胶原等的沉积增加，碱性磷酸酶的活性增强。Lim等[24]将成骨向诱导分化的人牙槽骨间充质干细胞暴露在6 Gs (0.6 mT)，10 Hz、50 Hz和100 Hz的脉冲电磁场下，培养后，暴露在50 Hz和100 Hz磁场下的细胞碱性磷酸酶活性显著增加，黏着斑蛋白、波形蛋白和钙调蛋白的表达也明显增加。Luo等
[25]也研究了不同频率的脉冲电磁场对人骨髓间充质干细胞的影响，磁场强度为1.1 mT，频率为5，25，50，75，100和150 Hz，每天暴露30 min，持续21 d，检测碱性磷酸酶和骨钙蛋白的表达，发现磁场频率从5 Hz增加到50 Hz时，成骨分化增加，但从50 Hz增加到150 Hz时，成骨分化减弱，因此认为50 Hz最有利于诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞方向分化。Fu等
[26]用单脉冲电磁场刺激在成骨介质中培养的人骨髓间充质干细胞，电磁场由单一的重复脉冲组成，脉冲呈正弦波，每个刺激的时长为5 ms，每个脉冲需要5 s的恢复时间，所产生的磁感应强度可在0.6 T到1 T之间变化，每天施加10个或30个脉冲，时间少于3 min，3-7 d后成骨分化显著增加，10，15，20，25 d基质矿化增加。
由以上研究可知，不同类型的磁场都可以促进骨髓间充质干细胞向成骨细胞方向分化，磁场的强度、频率、作用时间和检测时间等因素对这一过程都有影响。总的来说，较低磁场强度的恒磁场可通过促进相关蛋白表达而诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞方向分化，正弦电磁场对骨髓间充质干细胞的成骨分化具有一定的诱导作用，且1.0-2.0 mT、10-50 Hz的正弦电磁场对骨髓间充质干细胞分化的影响最大，研究表明50 Hz的频率也是脉冲电磁场诱导骨髓间充质干细胞成骨分化的最优频率。低能量、低频率(<100 Hz)的磁场对骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的作用更明显，且该作用具有频率、弹度窗效应。磁场诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞方向分化通常通过改变骨形成蛋白、骨钙素等蛋白表达量、改变碱性磷酸酶活性和促使基质矿化等来进行，这些变化可能与ERK信号通路、MEK/ERK信号通路等相关。
2.2 磁场对骨髓间充质干细胞向软骨细胞方向分化的影响 首先是恒磁场对骨髓间充质干细胞向软骨细胞方向分化的影响。Amin等
[27]对成软骨诱导的人骨髓间充质干细胞加载0.1，0.2，0.4，0.6 T的恒磁场，培养1周后，0.4 T的恒磁场明显增加了软骨形成的早期转录因子SOX9基因的表达，培养2周后，明显增加了软骨形成的晚期转录因子ACAN和COL2A1基因的表达，培养3周后，明显增加了黏多糖和Ⅱ型胶原蛋白的表达。
Mayer-Wagner等
[28]将人骨髓间充质干细胞暴露在均匀5 mT、15 Hz的低频正弦电磁场下，添加成纤维生长因子2和转化生长因子β3培养3周后，发现Ⅱ型胶原和糖胺聚糖表达增加，表明正弦磁场可促进骨髓间充质干细胞向软骨方向分化。
邱飞远等
[29]对大鼠骨髓间充质干细胞加载50 Hz、 1 mT的低频脉冲电磁场，每天刺激30 min，培养10，15，20 d后，脉冲电磁场组明显增加了Ⅱ型胶原和聚集蛋白聚糖的mRNA和蛋白的表达。
磁场可以促进骨髓间充质干细胞向软骨方向分化，但已发现的诱导作用都是有成软骨诱导剂的条件下实现的，单独的磁场并不能诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞方向分化。中等强度的恒磁场、较低强度的低频正弦电磁场和脉冲电磁场都能诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞方向分化。有研究发现高强度的恒磁场对软骨细胞有毒害作用，因此诱导骨髓间充质干细胞的有效恒磁场最好保持在中等强度范围内，中等强度磁场对骨髓间充质干细胞的诱导机制，可能是通过一种依赖于转化生长因子β1的信号通路来进行的。低频脉冲电磁场对骨髓间充质干细胞软骨分化的诱导机制之一，可能是低频脉冲电磁场能促进细胞自分泌或旁分泌一些细胞因子来发挥作用，如转化生长因子β1、骨形态发生蛋白等。虽然磁场促进骨髓间充质干细胞向软骨方向分化的程度不如成软骨诱导介质促分化作用明显，但这种方式简便易行，不良反应小，在电磁场促进骨折愈合和软骨修复的生物学效应中，骨髓间充质干细胞可能具有介导作用。
2.3 磁场对骨髓间充质干细胞向脂肪细胞方向分化的影响 首先是正弦电磁场对骨髓间充质干细胞向脂肪细胞方向分化的影响。Yang等
[30]对培养在成脂诱导剂中的大鼠骨髓间充质干细胞加载1 mT、15 Hz的正弦电磁场，每天8 h，14 d后抑制了脂肪特异的过氧化物酶增殖物激活受体(peroxisome proliferator activated receptor，PPARγ2)的表达。Song等
[31]用不同浓度的地塞米松以及 1 mT、15 Hz、4 h/d的正弦电磁场作用于大鼠骨髓间充质干细胞，发现高浓度的地塞米松(0.1和1 µmol/L)可抑制骨髓间充质干细胞增殖，促进骨髓间充质干细胞向脂肪细胞方向分化，磁场可以抑制0.1 µmol/L地塞米松诱导的脂肪特异性基因的表达，其机制与MEK/ERK信号通路有关。
Sun等
[32]用15 Hz的脉冲电磁场刺激人骨髓间充质干细胞，电磁场在4.5 ms内突发20个脉冲，每个脉冲在200 µs内从0增加到1.8 mT，在25 µs内降回0，每天8 h，14 d时发现80%的细胞都出现中性脂质空泡，脉冲电磁场并没有明显影响骨髓间充质干细胞的多向分化潜能。
磁场可以抑制骨髓间充质干细胞向脂肪细胞方向分化。15 Hz的正弦电磁场效果较好，正弦电磁场可激活磷酸化ERK1/2，且该作用具有时间依赖性，提示其诱导机制可能与MEK/ERK信号通路有关。多数情况下磁场抑制骨髓间充质干细胞成脂向分化和促进其成骨向分化是同时进行的，提示电磁场是直接作用于骨髓间充质干细胞，在抑制脂肪细胞形成的同时促进成骨细胞生成，这可为骨质疏松症等的发病机制研究及药物筛选提供参考。
2.4 磁场对骨髓间充质干细胞向神经细胞方向分化的影响 Choi等
[33]将人骨髓间充质干细胞持续暴露在1 mT、 50 Hz的极低频正弦电磁场下，培养6 d后，发现神经元特异基因和蛋白的表达增强，因此提出极低频电磁场可促进骨髓间充质干细胞向神经细胞方向分化，磁性氧化铁(Fe
3O
4)纳米颗粒与极低频电磁场结合是促进骨髓间充质干细胞向神经元分化的有效方法。Seong等
[34]对分化介质培养的人骨髓间充质干细胞加载1 mT、50 Hz的极低频正弦电磁场刺激，培养8 d，免疫荧光染色和定量RT-PCR检测结果表明，早期生长反应蛋白1(early growth response，Egr1)是磁场诱导骨髓间充质干细胞向神经细胞方向分化的关键转录因子之一，磁场诱导骨髓间充质干细胞分化而来的神经细胞能够显著缓解神经退行性疾病小鼠模型的症状。
Park等
[35]对神经分化诱导的人骨髓间充质干细胞加载1 mT、50 Hz或100 Hz的正弦电磁场刺激，发现神经标志物NF-L、MAP2和NeuroD1的表达增加，即电磁场诱导人骨髓间充质干细胞向神经细胞方向分化，其机制可能是激活了表皮生长因子受体信号通路，产生了活性氧。
Bai等
[36]用5 mT、50 Hz的正弦电磁场处理大鼠骨髓间充质干细胞，每天刺激60 min，连续12 d，发现神经细胞特异性基因的表达上调，形成了突触连接和脉冲兴奋性突触后电流。
Cho等
[37]对人骨髓间充质干细胞加载1 mT、50 Hz的正弦电磁场刺激，培养12 d，人骨髓间充质干细胞的生长受到抑制，而表达了神经细胞标志物微管相关蛋白2(microtubule associated protein 2，MAP2)、NeuroD1、低相对分子质量神经丝蛋白(neurofilament-L，NF-L)及Tau蛋白，提示电磁场单独就可以诱导人骨髓间充质干细胞向神经细胞方向分化，并不需要任何其他化学物质和诱导因子。
Kim等[38]对骨髓间充质干细胞加载1 mT、50 Hz的极低频电磁场，分别持续2，6和12 d，发现神经分化标志MAP2表达上调，而早期神经元标志Nestin表达下调，提示电磁场刺激可诱导骨髓间充质干细胞分化为神经细胞，其机制可能与Ca
2+信号通路有关。
骨髓间充质干细胞可以在磁场的诱导下定向分化为神经细胞，并成功表达神经元特异性标志物。刺激骨髓间充质干细胞向神经细胞方向分化所用的大多数磁场为持续照射而非间隔一定时间。低磁场强度(1 mT)、极低频率(50 Hz)的磁场可以更有效的诱导骨髓间充质干细胞向神经细胞方向分化。电磁场可改变离子通道的表达，诱导膜超极化，跨膜电位似乎参与细胞对电磁场的应答作用，细胞间隙连接在信号转导中起重要作用，因此，磁场诱导骨髓间充质干细胞向神经细胞诱导分化，不仅是通过促进相关特异性基因表达，而且与离子通道等信号通路相关。研究磁场对骨髓间充质干细胞向神经细胞方向的分化，对治疗神经退行性疾病具有重要临床意义。
2.5 磁场对骨髓间充质干细胞向心肌细胞方向分化的影响 冯贤等
[39]对大鼠骨髓间充质干细胞给予1 mT、50 Hz的脉冲电磁场刺激，每天作用30 min，分别刺激10，15，20 d，倒置显微镜观察发现细胞形状逐渐变长，大量细胞聚集生长，且随着诱导时间的延长，聚集趋势不断增加，肌钙蛋白T和α-辅肌动蛋白的mRNA表达明显增加，最佳培养时间可能为10 d。李凯等
[40]接着探讨了脉冲电磁场对大鼠骨髓间充质干细胞的α-辅肌动蛋白2、α-肌动蛋白和肌钙蛋白T2表达的影响，结果表明脉冲电磁场明显增加了各心肌细胞相关蛋白的表达，脉冲电磁场可以诱导骨髓间充质干细胞在体外向心肌样细胞分化。
磁场可以在体外促进骨髓间充质干细胞向心肌细胞方向分化，但这方面的研究较少，50 Hz频率、 0.5-5 mT强度的脉冲电磁场可能为体外促进骨髓间充质干细胞向心肌方向分化的有效窗口，其机制可能是通过影响细胞膜受体、结构及其成分和细胞间的缝隙连接发挥作用的。磁场是物理刺激，具有无创性，它促进体外骨髓间充质干细胞向心肌样细胞分化可能比化学药物诱导具有更好的临床应用前景。
