文章標(biāo)題：Immune Responses to Multi-Frequencies of 1.5 GHz and 4.3 GHz Microwave Exposure in Rats: T ranscriptomic and Proteomic Analysis

發(fā)表期刊：International Journal of Molecular Sciences（IF：6.208/Q1）

發(fā)表時(shí)間：2022年6月

研究背景

微波技術(shù)是一種非電離電磁輻射（300MHz-300GHz），廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信、醫(yī)學(xué)、工業(yè)合成等各個(gè)領(lǐng)域，人們關(guān)于微波對(duì)健康的潛在危害存疑，此前的研究大多數(shù)研究旨在揭示由具有指定功率單頻微波引起的生物學(xué)效應(yīng)。免疫系統(tǒng)是對(duì)電離和非電離輻射最敏感的組織之一，微波可能會(huì)影響免疫功能，包括吞噬作用、免疫細(xì)胞的增殖，隨著參數(shù)的不同可能對(duì)機(jī)體的影響有所不同。

研究思路

在本研究中，研究者設(shè)置大鼠假手術(shù)組并將Wistar大鼠模型暴露于1.5GHz（L10）和4.3GHz（C10）單頻或者多頻微波（LC10）中，分別暴露6h、7d、14d和28d，利用以下實(shí)驗(yàn)策略為探索多頻微波誘導(dǎo)免疫抑制的潛在機(jī)制提供了有意義的信息（蛋白組和轉(zhuǎn)錄組由北京青蓮百奧生物科技有限公司提供）。

一、檢查了多頻微波對(duì)免疫系統(tǒng)造成組織病理學(xué)損傷；

二、探查了多頻微波對(duì)外周血的免疫影響情況以及外周血中特定細(xì)胞因子表達(dá)情況；

三、轉(zhuǎn)錄組分析揭示多頻微波在mRNA水平上的調(diào)控表達(dá)并進(jìn)行PCR驗(yàn)證；

四、蛋白組分析揭示多頻微波調(diào)控的相關(guān)蛋白并進(jìn)行PRM驗(yàn)證；

結(jié)果速遞

一、多頻微波對(duì)免疫系統(tǒng)造成組織病理學(xué)損傷

免疫系統(tǒng)由中樞免疫系統(tǒng)(CIS)和外周免疫系統(tǒng)(PIS)組成。研究人員采用H&E染色分析各組胸腺、骨髓和脾臟的組織病理學(xué)改變。發(fā)現(xiàn)暴露6h和7d時(shí)胸腺和脾臟均出現(xiàn)明顯的病理變化，暴露14d和28d時(shí)逐漸恢復(fù)正常。多頻率微波比其他微波暴露組造成的傷害更嚴(yán)重。通過(guò)透射電鏡(TEM)評(píng)估了暴露7 d后脾臟的超微結(jié)構(gòu)損傷。假手術(shù)組細(xì)胞核內(nèi)染色質(zhì)排列良好，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)大小、形狀分布均勻，線粒體嵴橫縱排列，微波暴露導(dǎo)致線粒體腫脹和空化。微波照射引起的組織病理學(xué)改變與免疫細(xì)胞功能損傷密切相關(guān)。?

二、多頻微波誘導(dǎo)的外周血免疫抑制

微波在照射后6 h和7 d時(shí)白細(xì)胞?(WBC)?和淋巴細(xì)胞的數(shù)量均有所減少，而L10和?LC10?組的?WBC?減少得更多。L10和C10組的WBC在暴露后14 d明顯增加，這可能歸因于造血的代償機(jī)制。有趣的是，LC10組的WBC仍低于假手術(shù)組，表明多頻微波造成的損傷更為嚴(yán)重。此外，僅多頻微波在暴露后7 d上調(diào)中性粒細(xì)胞表明多頻微波可能誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)。淋巴細(xì)胞是免疫系統(tǒng)中的主要效應(yīng)細(xì)胞，此研究分析了三種主要的淋巴細(xì)胞亞型（NK、B淋巴細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞）。結(jié)果表明微波在照射后6 h和7 d提高了NK細(xì)胞的百分比。研究各組CD45+淋巴細(xì)胞中B淋巴細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞的比例發(fā)現(xiàn)，C波段和多頻微波暴露7 d后B淋巴細(xì)胞增加，T淋巴細(xì)胞減少。由于恢復(fù)機(jī)制的激活，B和T淋巴細(xì)胞在暴露后14 d均恢復(fù)到正常水平。單頻和多頻微波暴露均不影響CD4+和CD8+ T淋巴細(xì)胞的比例，總之，C波段和多頻微波都可以改變免疫系統(tǒng)的平衡。

三、多頻微波瞬時(shí)增加外周血中的細(xì)胞因子

此研究通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)分析了外周血細(xì)胞因子水平。單頻微波照射L10和C10后6 h和7 d外周血流量均未見(jiàn)明顯變化，而多頻微波可瞬間提高照射6 h后?(IL)-1α，IL-4, IL-6，IL-10，IL-17A?和IFN-γ的表達(dá)。這些細(xì)胞因子在照射7 d后迅速恢復(fù)到正常水平。多頻微波只能短暫且輕微地調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的表達(dá)，這可能是對(duì)輻射后淋巴細(xì)胞減少的一種補(bǔ)充反應(yīng)。

四、多頻微波在mRNA水平上調(diào)控大量免疫相關(guān)基因

為了研究微波誘導(dǎo)免疫抑制的潛在機(jī)制，通過(guò)轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析了外周血和脾臟免疫細(xì)胞中差異表達(dá)基因（DEGs）。多頻微波引起的外周血和脾臟DEGs均高于單頻微波。脾臟（n = 1122）的DEGs遠(yuǎn)高于外周血（n = 185）。生信分析結(jié)果表明脾臟下調(diào)的DEGs參與了細(xì)胞毒T細(xì)胞分化、T輔助細(xì)胞分化和免疫球蛋白產(chǎn)生的正向調(diào)控，上調(diào)的DEGs參與了巨噬細(xì)胞活化的負(fù)向調(diào)控。KEGG分析顯示，下調(diào)的DEGs還參與Th17細(xì)胞分化、IL-17信號(hào)通路及抗原加工提呈，說(shuō)明微波暴露后脾臟處于免疫抑制狀態(tài)。外周血中上調(diào)的DEGs參與了B細(xì)胞親和力成熟和B細(xì)胞受體信號(hào)通路，也參與了T細(xì)胞增殖的負(fù)調(diào)控。下調(diào)的基因參與了Th17細(xì)胞分化和IL-17信號(hào)通路，提示多頻微波抑制了T淋巴細(xì)胞的功能。選取外周血和脾臟中16個(gè)DEGs，采用實(shí)時(shí)逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(RT-PCR)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果與轉(zhuǎn)錄組一致。

五、多頻微波調(diào)控大量免疫相關(guān)蛋白

蛋白質(zhì)組學(xué)分析顯示脾臟的差異表達(dá)蛋白(DEPs)低于外周血，這可能與外周血的復(fù)雜性有關(guān)生信分析表明外周血中DEPs與蛋白質(zhì)代謝轉(zhuǎn)運(yùn)密切相關(guān)，包括蛋白酶體蛋白分解代謝過(guò)程、蛋白酶體泛素獨(dú)立蛋白分解代謝過(guò)程等。KEGG分析提示外周血DEPs參與信號(hào)通路，包括調(diào)控肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架、RNA轉(zhuǎn)運(yùn)、NOD-like受體信號(hào)通路和IL-17信號(hào)通路。脾臟DEPs下調(diào)參與免疫相關(guān)生物學(xué)過(guò)程，包括胸腺T細(xì)胞分化、NK細(xì)胞分化、IL-2反應(yīng)、細(xì)胞對(duì)IL-4反應(yīng)。上調(diào)DEPs參與免疫相關(guān)生物學(xué)過(guò)程，如負(fù)調(diào)控T細(xì)胞增殖、正調(diào)控B細(xì)胞活化、B細(xì)胞受體信號(hào)通路等。從外周血和脾臟中分別選取6個(gè)DEPs進(jìn)行PRM質(zhì)譜驗(yàn)證。

總結(jié)

研究發(fā)現(xiàn)單頻和多頻微波暴露均可引起免疫抑制反應(yīng)，如下調(diào)外周血白細(xì)胞和淋巴細(xì)胞。T淋巴細(xì)胞可能對(duì)多頻微波更敏感。轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)分析表明，多頻微波在脾臟中誘導(dǎo)的DEGs和DEPs遠(yuǎn)高于單頻微波，這表明多頻微波對(duì)脾臟產(chǎn)生的生物效應(yīng)要強(qiáng)得多。多頻率微波在mRNA和蛋白水平調(diào)控了許多與免疫激活和代謝相關(guān)的基因。T淋巴細(xì)胞發(fā)育、分化、活化相關(guān)基因下調(diào)，B淋巴細(xì)胞活化相關(guān)基因上調(diào)。此研究為探索多頻率誘導(dǎo)免疫抑制的潛在機(jī)制提供了有用的信息。