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背景 研究思路 研究內容
作者將大鼠隨機分為4組:Sham組、2.8GHz單頻微波暴露組(S10)、9.3GHz單頻波暴露組(X10)和2.8GHz加9.3GHz多頻微波暴露(XS10)。S10和X10組的大鼠暴露于平均功率密度為10mW/cm2的2.8GHz和9.3GHz脈沖微波6分鐘。XS10組的大鼠依次暴露于2.8GHz微波和9.3GHz微波各6分鐘。
在微波處理后的指定時間點,檢測免疫器官的病理改變。首先6 h至28 d骨髓未觀察到明顯變化;胸腺和脾臟在6h時未檢測到明顯變化,但在單頻微波和多頻微波處理后7d和14d后出現嚴重損傷情況,如淋巴細胞的充血和核碎裂。然而,胸腺和脾臟的結構在28 d幾乎恢復正常,推測可能存在自我恢復機制。由于兩組織在第7d產生損傷情況嚴重,所以進一步分析了微波處理后7d時的脾臟超微結構,Sham組細胞結構完整,染色質排列有序,線粒體分布均勻,嵴橫向和縱向排列;單頻微波處理的脾臟中只能檢測到輕微的改變;結果顯示,暴露于多頻微波會導致淋巴細胞核染色質凝結和細胞質細胞器凝固,即暴露于2.8 GHz和9.3 GHz的多頻微波會對胸腺和脾臟的結構產生累積性損傷。
免疫穩態對于保護身體免受病毒感染和細胞突變十分重要。在這項研究中,作者分析了微波照射后的外周血中的白細胞、淋巴細胞和中性粒細胞。多頻微波(非單頻微波)在輻射后7d白細胞和淋巴細胞顯著增加;28d白細胞和淋巴細胞數量恢復到正常水平,表明免疫平衡被微波短暫調節以維持免疫穩態。
接下來檢查了外周血中淋巴細胞的亞型,包括T細胞和B細胞。微波暴露組中B淋巴細胞比例在處理后6 h和7 d增加,XS10組檢測到更顯著的升高,表明多頻微波處理可以促進B淋巴細胞的增殖。如同預期,微波處理后T淋巴細胞的比例降低。XS10組與Sham組之間以及X10組與Sham組在暴露后7 d間差異顯著。B淋巴細胞和T淋巴細胞的比例在暴露后28 d恢復到正常水平,與外周免疫細胞的改變一致。采用流式細胞術分析CD4 T淋巴細胞與CD8 T淋巴細胞的比例,結果發現,暴露后4 d,X8組和XS10組CD10/CD7 T細胞比例明顯下調,28 d恢復正常,推測T淋巴細胞平衡受到調節。
細胞因子分泌是調節免疫功能的重要機制。作者分析了幾種與外周血中B淋巴細胞和T淋巴細胞增殖、成熟、活化有關的細胞因子。數據顯示,X10和XS10組IL-4α、IL-6β和IL-10濃度在10 h顯著升高,但IL-1α和IL-4在處理后7 d迅速恢復到正常水平。這些細胞因子與B淋巴細胞的增殖、成熟和活化密切相關,推測這可能與大鼠微波處理后7d B淋巴細胞比例升高有關。2.8 GHz微波處理后6hIL-12和IFN-γ的表達顯著降低,而9.3 GHz微波輻照對TNF-α和IL-12的表達均有明顯上調。雖然多頻微波也下調了IFN-γ,但調控效果較弱。這些數據表明,T淋巴細胞相關的細胞因子受到2.8 GHz和9.3 GHz微波的差異調節。
多頻微波處理后在7 d時間點可對免疫器官造成明顯的結構性損傷,并改變免疫細胞的數量,成分和功能。為了研究潛在的機制,對暴露后7 d的外周血樣本進行轉錄組和蛋白組學分析。
轉錄組學結果表明,微波照射誘導了許多差異基因表達。與Sham組相比,S10組檢測到114個上調基因和32個下調基因。在X10組中發現了更多的差異表達基因(DEGs),(373個上調基因和254個下調基因)。與S10和X10微波相比,多頻微波誘導的DEGs多,包括548個上調基因和311個下調基因。結果顯示:累積效應可能由多頻微波引起。
選取與免疫調控密切相關的DEGs進行功能驗證。通過qRT-PCR分析直接參與免疫應答的DEGs(如Il17ra,Pglyrp1,WAS和Atic)以及間接調節免疫應答的蛋白質結合和蛋白質轉運相關DEGs(如Sept1,Mal,Ahcy和Nxf1)。數據顯示,這些DEG的表達改變與轉錄組學的結果一致。GO分析表明,DEGs與細胞代謝和免疫調節密切相關,DEGs富集在免疫系統過程、對刺激的反應、生物調節、細胞過程和代謝過程等生物過程中;KEGG分析表明,DEGs富集在幾種免疫相關信號通路中,例如免疫相關信號通路,包括B細胞受體信號通路,內吞作用,Toll樣受體信號通路,抗原加工和呈遞,人T細胞白血病病毒1型感染,IL-17信號通路,Th17細胞分化,白細胞跨內皮遷移和原發性免疫缺陷。
蛋白組學分析方面與mRNA表達相比,微波暴露組和Sham組之間的差異表達蛋白(DEPs)要低得多。在S10組中,20個蛋白質上調,69個蛋白質下調,而X10組發現80個上調蛋白質和10個下調蛋白質。此外,多頻微波誘導的DEPs多于單頻微波,包括25種上調蛋白和99種下調蛋白。四個DEPs,Camk1,Cast,Napsa和Stk26被選中進行驗證。PRM質譜驗證結果與蛋白質組學結果一致。
與轉錄組學分析的結果類似,GO分析結果表明,許多DEPs富集在免疫相關的生物過程之中,包括免疫應答,補體激活,趨化因子介導的信號通路,B細胞受體信號通路,B細胞活化的正向調節,免疫球蛋白的產生;KEGG分析表明,許多DEPs是位于免疫相關信號通路中的關鍵蛋白,例如自噬,內吞作用,內質網中的蛋白質加工,鈣信號通路,FcεRI信號通路,蛋白質輸出,線粒體自噬。結合轉錄組學和蛋白質組學分析,推測多頻微波可以通過調節許多免疫相關基因的mRNA和蛋白質表達來調節外周的免疫平衡。
脾臟作為大的外周免疫器官,在細胞和體液免疫中起著關鍵作用。與外周血的發現不同,XS10組脾臟中的DEGs相對于S10和X10組僅略有變化。數據表明,脾臟對S10組的微波環境比外周血更敏感。采用qRT-PCR驗證了Kiaa0408L、Dnaja1、Zbtb16和Sowahb等多個DEGs的表達,結果與轉錄組學分析結果一致。此外,還檢測到幾種與免疫反應相關的基因,如Serpine1,Mal,Ahcy和Nxf1。GO分析表明,DEGs主要富集在與免疫活性密切相關的生物過程中,如免疫系統反應、細胞對刺激的反應細胞過程、細胞成分生物過程、多細胞生物過程;KEGG分析表明,DEGs參與了幾種免疫相關的信號通路,包括TGF-β信號通路、人巨細胞病毒感染、人瘤病毒感染、抗原加工和呈遞以及Hippo信號通路。這些數據表明,微波暴露可以改變mRNA表達譜,影響脾臟的免疫穩態。
蛋白質組學結果中X10單頻微波處理組中誘導的DEPs多。然后,采用PRM驗證Timm8b、Cbr3、Fth1和Napsa等多個DEPs,結果與蛋白質組學分析結果一致。以上結果進一步表明,由于微波對直接免疫相關信號通路的調控較弱,微波可能通過調節微波暴露后細胞代謝相關蛋白來影響脾臟的免疫過程。GO分析結果表明,DEPs富集于代謝和免疫相關生物過程中,如葡萄糖代謝過程、B細胞凋亡過程負調控和T細胞能量負調控。此外,X10組中的DEPs參與了許多免疫相關的生物學過程,如補體活化、白細胞介素-10生物合成過程的正向調控、循環免疫球蛋白介導的體液免疫應答、凝血酶活化受體信號通路的負調控、白細胞介素-13生物合成過程的正向調控、對腫瘤細胞免疫應答的正向調控、白細胞介素-4生物合成過程的正向調控和 參與免疫反應的自然殺傷細胞分化的負調節。KEGG分析表明,DEPs主要參與代謝和免疫相關信號通路,如谷氨酸能突觸、甘油磷脂代謝、膽固醇代謝和半胱氨酸和蛋氨酸代謝、TGF-β信號通路和Toll樣受體信號通路。這些數據表明,微波可能通過直接影響免疫相關蛋白和通過影響細胞代謝間接調節免疫細胞來調節脾臟中的免疫功能。
總結
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