2.5 T太赫兹辐射暴露对小鼠睾丸组织损伤效应及机制研究

目的 探讨太赫兹(terahertz, THz)辐射暴露对小鼠睾丸组织的损伤效应及其潜在的分子机制。方法 采用125只6~8周龄雄性C57BL/6J小鼠,通过频点为2.5 T的THz辐射单次暴露动物,暴露平均功率密度为38、115和318 mW/cm^(2),暴露时间为5或10 min。于暴露结束后即刻或24 h分别采用HE染色检测病理损伤,采用ELISA检测睾丸组织炎症因子表达量,采用转录组测序检测睾丸组织基因表达变化整体情况,并通过生物信息学对差异表达基因进行聚类分析,筛选敏感基因并通过RT-qPCR检测其在THz辐射暴露后表达的时效量效关系,最后在显微镜下对精子质量进行形态学分析。结果 3个剂量THz辐射暴露均未造成小鼠睾丸组织显著病理损伤;平均功率密度115 mW/cm^(2)暴露后即刻TNF-α表达增高(P<0.01),THz剂量达到318 mW/cm^(2)后,IL-1β及TNF-α的表达均升高(P<0.01),但在24 h后均恢复至正常水平。转录组测序结果表明,THz辐射暴露能够造成56个基因表达异常,聚类分析结果表明,这些基因主要富集于免疫与炎症反应、酶活性、精子发育与获能等功能。对筛选出的关键基因Crisp1、Adam7、Ltf、Rnase9与Bsph1表达检测发现,115 mW/cm^(2)暴露后即刻Crisp1与Rnase9表达下调,剂量至318 mW/cm^(2)时,所有5个基因表达均发生显著变化(P<0.05),而24 h后均恢复至正常水平。对精子功能的形态学检测发现,3个剂量THz辐射暴露均不导致精子质量的变化。结论 THz辐射单次暴露引起睾丸组织的暂时性炎症反应和精子功能相关基因表达异常,但24 h后可恢复正常,不影响精子质量。

50 Hz磁场暴露对APP/PS1双转基因小鼠大脑皮层组织代谢的影响

目的探究50 Hz磁场暴露对APP/PS1双转基因小鼠大脑皮层组织代谢的影响。方法将12只APP/PS1双转基因12周龄雄性小鼠随机分为对照组(C组)和50 Hz磁场暴露组(MF组),每组6只。磁场暴露组小鼠暴露在1.0 mT 50 Hz磁场中,2 h/d,持续21 d;对照组小鼠除无磁场暴露外,其余条件与磁场暴露组相同。暴露结束后按标准方法取小鼠大脑皮层组织,进行高分辨非靶代谢组学检测,包括样品代谢物提取、样品LC-MS/MS质谱分析、代谢物定性定量、数据分析等。结果50 Hz磁场暴露对APP/PS1双转基因小鼠的发育无明显影响。本次高分辨非靶代谢组学检测共鉴定出1068种代谢物。依据变异倍数分析(FC>1.5或FC<0.67倍,P<0.05),50 Hz磁场暴露后小鼠皮层组织共定性出22种差异代谢物,其中11-酮-β-乳香酸增加最明显(FC=80.68),5-氨基酮戊酸降低最明显(FC=0.34)。依据OPLS-DA(VIP>1,P<0.05),共筛选30种差异代谢物,其中VIP位居前3位的是2-油酰-1-软脂酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱(VIP=19.76,FC=0.52)、去氢抗坏血酸(VIP=12.71,FC=0.72)、肌苷(VIP=10.64,FC=1.05)。差异代谢物层次聚类分析、相关性和KEGG通路分析显示,这些差异代谢物可能参与了16条KEGG通路,其中差异代谢物L-天冬氨酸可参与其中的13条通路、L-丙氨酸可参与其中的7条通路、乙酰胆碱可参与其中的3条通路。结论50 Hz磁场暴露可能对APP/PS1双转基因小鼠的氨基酸代谢、蛋白转运、辅酶A和氨酰tRNA生物合成、肌动蛋白细胞骨架调节、神经细胞配体-受体的相互作用等方面产生一定影响。

50 Hz磁场暴露对Neuro2a/APP(695)细胞基因转录的影响

目的研究50 Hz磁场暴露对Neuro2a/APP(695)细胞基因转录的影响。方法Neuro2a/APP(695)细胞简单随机分为假性辐照组和磁场暴露组(n=3)。暴露条件为1.0 mT 50 Hz正旋波磁场,4 h/d,连续3 d;假性辐照组细胞除无磁场暴露外,余同磁场暴露组。暴露结束后按标准方法送样,进行转录组测序检测,包括样品RNA提取、数据质量评价和数据分析等。结果50 Hz磁场暴露后Neuro2a/APP(695)细胞有141种定性的基因表达发生了明显的变化,其中有129种表达上调、12种表达下调。GO富集分析结果显示,Neuro2a/APP(695)细胞中62种上调差异表达基因涉及432类显著GO功能富集,其中涉及生物学过程337类、细胞组分16类、分子功能79类;3种下调差异表达基因共涉及275类显著GO功能富集,其中涉及生物学过程260类、细胞组分5类、分子功能10类。KEGG通路分析显示,这些差异基因可能参与了20条KEGG通路,其中2个下调差异表达基因通路,18个上调差异表达基因通路。结论50 Hz磁场暴露可能对Neuro2a/APP(695)细胞的黏附连接、Hippo信号通路、糖胺聚糖生物合成-硫酸软骨素/硫酸皮肤素、蛋白消化和吸收和甘露糖型O-聚糖生物合成等方面产生影响,以上通路可能是50 Hz磁场对Neuro2a/APP(695)细胞产生影响的主要途径。

太赫兹辐射暴露致小鼠皮肤损伤效应研究

目的探讨太赫兹(terahertz,THz)辐射暴露所致皮肤组织损伤的生物效应特点及其潜在的分子机制。方法采用C57BL/6J小鼠为实验动物模型,通过频率为0.22 THz,平均功率密度为0、25、50 mW/cm^2的THz辐照动物,辐照时间为5 min,观察辐照引起的暴露部位皮肤升温曲线特点和皮肤组织病理损伤特征,同时通过对辐照部位皮肤组织进行转录组测序及生物信息学分析,揭示损伤的整体效应及潜在分子机制,并进一步通过ELISA验证RNA-seq揭示的相关效应。结果25 mW/cm^2 THz辐照不引起明显的升温效应,但50 mW/cm^2 THz辐照能够导致辐照动物皮肤平均温度迅速升高超过2℃,并且导致辐照部位皮肤组织出现上皮脱落及出血等病理损伤特征。通过对损伤皮肤组织进行转录组测序,共筛选出上调基因49个,下调基因27个。对这些基因进行GO及KEGG分析结果显示,其主要功能为调控机体组织免疫及炎症反应等。ELISA检测结果显示,THz暴露后皮肤炎症因子IL-1β、IL-6及TNF-α表达明显升高(P<0.05,P<0.01)。结论THz辐射导致暴露部位皮肤出现明显的热效应损伤及引起炎症反应等损伤效应,并导致一系列基因表达异常。

NLRP3炎症小体激活在太赫兹暴露所致小鼠皮肤炎症中的作用

目的研究太赫兹(terahertz,THz)辐射暴露对小鼠皮肤组织可能的损伤影响,探讨太赫兹暴露致皮肤无菌性炎症的潜在机制。方法采用C57BL/6J小鼠为实验动物模型,使用频率为0.22 THz的太赫兹辐射局部暴露小鼠皮肤组织,太赫兹峰值功率密度为25、80、160 mW/cm^2,占空比1∶5,暴露时间5 min和10 min。暴露后观察动物皮肤炎症因子释放、氧化应激反应和NLRP3炎症小体激活。并通过Caspase-1抑制剂,探讨NLRP3炎症小体激活在太赫兹辐射致皮肤炎症中的作用。结果160 mW/cm^2太赫兹辐照10 min可导致小鼠皮肤氧化应激反应,并引起皮肤组织内IL-1β、IL-6和PGE2含量升高(P<0.05)。80 mW/cm^2和160 mW/cm^2暴露10 min均可导致皮肤组织NLRP3炎症小体激活,而Caspase-1抑制剂则可显著降低皮肤组织炎症因子水平(P<0.05)。结论太赫兹电磁辐射暴露能够引起小鼠皮肤氧化应激反应和无菌性炎症,NLRP3炎症小体激活则介导了太赫兹暴露所致的皮肤组织炎症,并可能与氧化应激有关。

太赫兹辐射暴露引起小鼠视网膜基因表达改变

目的探讨太赫兹(terahertz,THz)辐射暴露后视网膜组织基因表达变化的整体情况,揭示THz暴露所致视觉系统损伤效应的关键信号通路及关键基因。方法通过平均功率密度80 mW/cm^2的THz辐射暴露小鼠眼部,暴露时长2 min,取暴露后视网膜组织,采用RNA-seq测序分析基因表达变化的整体差异,采用聚类分析及富集分析揭示差异基因富集的信号通路和所揭示的生物功能;并进一步通过Real-time PCR揭示THz辐射暴露对视网膜损伤关键基因表达影响的时效关系。结果以P<0.05、|logFC|≥1为筛选条件对差异表达基因进行筛选,共筛选出上调基因625个,下调基因9个。GO分析差异基因主要分布于细胞外成分,分子功能主要为影响蛋白结合等,生物功能主要为细胞应激反应与细胞增殖等。KEGG信号通路分析结果显示,差异基因主要影响PPAR信号通路、癌症相关信号通路、钙离子信号通路及PI3K-Akt信号通路。通过Real-time PCR对视网膜损伤相关基因进行验证发现,在暴露后5 min及24 h,THz辐射暴露均上调Krt12、Cfd、Wnt3a及Adipoq表达,下调Foxe3、Serpine3、Lix1、Rpe65、Rgr及Arsi基因表达,且暴露后5 min上调或下调幅度明显强于24 h。结论THz辐射能够导致视网膜大量基因表达异常,提示THz暴露可能造成视网膜损伤。

太赫兹辐射生物效应研究进展与展望

21世纪以来,太赫兹(terahertz,THz)技术的应用日益广泛,其成像和感应技术在医疗、军事、安保方面的应用研究不断深入。为了安全有效地应用太赫兹技术,特别是将太赫兹技术应用于诊断、活体成像、治疗、安检等领域,需要对太赫兹辐射的生物效应和安全性进行研究和评估,明确其生物效应特征和量效关系,获得致伤阈值。因此,THz生物效应研究成为本领域备受关注的热点。THz生物效应研究是开展THz应用研究的前提和必要条件,有助于加深对THz与生物系统相互作用机制的了解,也为未来THz技术的应用发展奠定基础。同时,从实际应用的角度来说,THz生物效应研究也是评价健康危害、建立安全标准、THz技术安全应用所必需的。本文将从THz辐射的热效应和非热效应两个方面,对THz生物效应研究进展进行综合阐述,并总结分析THz生物效应研究给我们的启示,对未来发展的方向进行展望。

50 Hz磁场和双酚A暴露对大鼠脑组织和Neuro-2a细胞Tau蛋白磷酸化的影响

目的研究50 Hz磁场、双酚A(bisphenol A,BPA)单独和联合暴露对神经细胞Tau蛋白磷酸化的影响。方法24只SD雄性大鼠,体质量(150±10)g,分为对照组(生理盐水灌胃+50 Hz磁场假性暴露)、50 Hz磁场暴露组(0.5 mT、4 h/d 50 Hz磁场暴露+生理盐水灌胃)、BPA暴露组(BPA20μg·kg^(-1)·d^(-1)灌胃+50 Hz磁场假性暴露)、50 Hz磁场和BPA复合暴露组(BPA 20μg·kg^(-1)·d^(-1)灌胃+0.5 mT、4 h/d 50 Hz磁场暴露)4组,每组6只。处理1次/d,6 d/周,连续12周。小鼠神经母细胞瘤细胞株(Neuro-2a),分为对照组、50 Hz磁场暴露组(1 mT、48 h)、BPA暴露组(100μmol/L、24 h)、50 Hz磁场+BPA复合暴露组(1 mT、48 h+100μmol/L,24 h)4组。大鼠暴露结束按标准方法取材,组织免疫荧光化学方法检测大脑皮层和海马脑组织Tau-Thr^(231)、Tau-Ser^(404)的表达以及细胞凋亡。细胞实验暴露后采用CCK-8法检测细胞活力,采用细胞免疫荧光化学和Western blot方法检测Tau-Thr^(231)、TauSer;、Caspase-3的表达。结果50 Hz磁场暴露12周后,大鼠皮层和海马脑区Tau-Thr^(231)位点磷酸化水平明显升高(P<0.05);BPA暴露或与50 Hz磁场复合暴露12周后,大鼠皮层和海马脑区Tau-Thr^(231)位点磷酸化水平、皮层Tau-Ser^(404)位点磷酸化水平明显升高(P<0.05),复合暴露组皮层和海马脑区细胞凋亡水平变化明显(P<0.05)。50 Hz磁场暴露、BPA单独暴露或与50 Hz磁场复合暴露48 h后,Neuro-2a细胞活力均明显低于对照组(P<0.05)。50 Hz磁场暴露48 h后,Neuro-2a细胞Tau-Ser^(404)位点磷酸化水平明显高于对照组(P<0.05);BPA单独暴露或与50 Hz磁场复合暴露48 h后,Neuro-2a细胞Tau-Thr^(231)位点和Tau-Ser^(404)位点磷酸化水平、Caspase-3的表达水平明显升高(P<0.05)。结论50 Hz磁场、BPA暴露可引起神经细胞Tau蛋白不同位点过度磷酸化,并且二者之间存在协同效应,可引起神经细胞损伤。

0.22太赫兹电磁辐射暴露致神经母细胞瘤Neuro-2a细胞损伤的非热效应研究

目的探讨0.22太赫兹(terahertz,THz)电磁辐射暴露致小鼠神经母细胞瘤细胞株——Neuro-2a细胞损伤的非热效应特点。方法以Neuro-2a细胞作为体外实验暴露模型,采用频率为0.22 THz,平均功率密度为0(Sham组)、25(25 mW/cm^2辐照组)、50 mW/cm^2(50 mW/cm^2辐照组)辐照细胞,辐照时间为5 min,监测辐照引起的细胞培养基温度变化;于暴露后24 h检测细胞增殖(EdU阳性细胞比例和细胞活力)、凋亡(γH2AX、TUNEL阳性细胞比例、Bax与Bcl2基因表达水平);于暴露后48 h分析细胞突触生长(突触长度、分支数目及Tubb3与Syp基因表达水平)的变化情况。结果与Sham组比较,两辐照组细胞培养基温度升高在0.1~0.4℃;EdU阳性细胞比例、细胞活力、γH2AX和TUNEL阳性细胞比例及Bax、Bcl2基因表达水平均无明显改变;仅50 mW/cm^2辐照组细胞突触长度和分支数目较Sham组明显减少(P<0.01),Tubb3和Syp基因表达也明显降低(P<0.05)。结论THz辐射暴露以非热效应为主,可抑制Neuro-2a细胞突触生长,而不影响细胞增殖和凋亡,提示神经细胞突触生长是THz辐射产生神经生物效应的敏感靶标。

基于基因芯片分析急性镉暴露致大鼠肝损伤及其可能机制

目的研究急性镉暴露致大鼠肝损伤及其可能机制。方法16只SPF级雄性SD大鼠(250~300 g)分为对照组和实验组(n=8)。实验组采用一次性腹腔注射氯化镉溶液,剂量为1.25 mg/kg·bw,对照组注射等量的生理盐水。24 h后处死,采集大鼠血清并摘取肝脏。HE染色观察肝脏组织病理变化。生化分析仪检测血清中丙氨酸转氨酶(ALT)、天冬氨酸转氨酶(AST)含量。基因数据库寻找到相同实验条件下肝组织芯片GSE65198,在线软件GEO2R获得差异表达基因(DEGs),差异基因行GO功能注释和KEGG富集分析,蛋白-蛋白相互作用(PPI)及cytoHubba软件构建交互网络,寻找并验证核心基因。结果相比于对照组,镉暴露组大鼠肝脏并没有炎症细胞浸润、肝细胞气球样变、坏死等明显的病理学变化,但是其血清中ALT和AST的表达显著增高(P<0.01)。GO及KEGG分析显示DEGs首要参与了细胞周期阻滞。Cdc20、Ccnb1、Cdk1、Top2a、Ube2c是DEGs的PPI网络中的核心基因。相比于对照组,5个核心基因的mRNA水平在镉暴露的肝脏中显著降低(P<0.01),但是参与细胞周期的3个hub基因Cdc20、Ccnb1、Cdk1中仅Cdk1的蛋白表达水平在镉暴露组中显著降低(P<0.05)。结论急性镉暴露显著抑制肝细胞的细胞周期从而诱导大鼠肝脏损伤,Cdk1等核心基因可能是镉抑制细胞周期的重要靶点。

驱动蛋白家族成员5A介导的溶酶体功能在镉神经毒性中的作用

目的探讨驱动蛋白家族成员5A(kinesin family member 5A,KIF5A)介导的溶酶体功能损伤在镉神经毒性中的作用。方法以原代培养的SPF级C57BL/6J小鼠皮层神经元为模型,分为对照组和镉暴露组。检测氯化镉暴露24 h后皮层神经元的半数抑制浓度(IC_(50))。进一步用1、2、3μmol/L氯化镉处理神经元24 h,检测细胞存活率、神经元分化和溶酶体功能。RT-qPCR和Western blot检测KIF5A mRNA和蛋白的表达。腺病毒过表达KIF5A检测镉暴露后神经元的溶酶体功能、分化及细胞存活率。结果神经元暴露氯化镉24 h的半数抑制浓度IC_(50)为2.9μmol/L。与对照组相比,2、3μmol/L镉暴露24 h后神经元细胞活力受到抑制(P<0.01),突起生长的总长度和分枝点数目显著减少(P<0.01)。此外,与对照组相比,2、3μmol/L氯化镉处理后显著抑制神经元溶酶体组织蛋白酶B(cathepsin B,CTSB)的活性和改变其酸性环境(P<0.01),但是对组织蛋白酶D(cathepsin D,CTSD)活性没有影响。镉暴露后KIF5A的mRNA及蛋白表达显著降低(P<0.01)。过表达KIF5A可以显著改善镉暴露对神经元组织蛋白酶活性CTSB的抑制、稳定镉暴露造成的溶酶体pH值改变,拮抗镉暴露对神经元细胞活力及突起生长的抑制作用(P<0.01)。结论镉暴露显著减少神经元中KIF5A蛋白的表达,从而损伤溶酶体功能,抑制神经元细胞活力及突起生长。