电磁辐射对神经突触可塑性影响的分子机制研究

【摘要】影响电磁辐射健康效应的主要参数包括频率和强度。不同频率的电磁波来源、用途不同,其健康效应也不尽相同。微波(300MHz-300GHz)电磁辐射属于非电离辐射,900MHz是国际通用的民用无线通讯频段。高强度微波电磁辐射(EMR)通过“致热效应”引起机体的健康危害已经得到有关研究的证实,而低强度微波辐射,尤其是900MHz微波电磁辐射,长期暴露的健康效应及其机理目前尚有争议。国际上关于微波电磁辐射的研究焦点主要是对中枢神经系统(CNS)肿瘤和行为功能影响的研究,流行病学调查表明,电磁辐射的过量接触可导致中枢神经系统和植物神经功能紊乱,且动物实验表明,电磁辐射可以引起学习记忆及认知能力障碍。为了进一步探讨900MHz微波电磁辐射对中枢神经系统功能影响及其作用机理,本实验选用2000μW/cm2的辐射强度,采用体内动物实验及体外原代神经元细胞培养的方法,从突触结构可塑性(脑区突触数目和结构的改变等)和功能可塑性(神经元和突触部位的某些受体的变化)两方面入手,探讨电磁辐射对学习记忆影响的机制。第一部分EMR后对大鼠学习记忆功能的影响及组织病理学观察目的：探讨2000μW/cm2电磁辐射对大鼠学习记忆功能的影响。方法：实验分为空白对照组,假辐射组,1h/d、2h/d、3h/d辐射组。将辐射组大鼠固定体位,头部接受功率密度为2000μW/cm2的近场辐射,连续辐射30d。通过Morris水迷宫检测大鼠的学习记忆能力,采用硫堇染色法观察大鼠海马组织结构的变化。结果：1行为学检测结果表明,假辐射组大鼠各项指标与空白对照组相比均无明显变化(P>0.05)；而各辐射组大鼠的逃避潜伏期较空白对照组明显延长(P>0.05),在空间探索实验中各辐射组大鼠的空间探索次数明显减少(P<0.05)。2形态学检测结果表明,假辐射组海马神经元形态与数目与空白对照组相比均无明显差异；而辐射组大鼠海马CA1区神经细胞数量显著减少(P<0.05),且细胞排列紊乱,胞浆尼氏体明显减少,细胞核固缩。结论：2000μW/cm2电磁辐射可导致大鼠学习记忆功能下降,其机制可能与损伤大鼠海马神经元有关。第二部分EMR对大鼠海马超微结构及凋亡相关因子表达的影响目的：探讨2000μW/cm2电磁辐射对大鼠海马神经元超微结构及凋亡相关因子表达的影响。方法：实验分为空白对照组,假辐射组,1h/d、2h/d、3h/d辐射组。将辐射组大鼠固定体位,头部接受功率密度为2000μW/cm2的近场辐射,连续辐射30d。通过透射电镜观察海马超微结构改变,采用免疫组织化学法检测大鼠海马组织Bcl-2、Bax的表达变化,Westernblotting法检测海马组织Caspase-3蛋白的表达变化。结果：辐射组海马细胞核仁消失,染色质呈颗粒、块状凝集在核膜下,电子密度高,核内出现透明区等早期凋亡征象,突触界面结构出现明显病理性改变；与空白对照组比较,辐射组大鼠海马组织Bax、Caspase-3蛋白表达升高(P<0.05),Bcl-2蛋白表达降低,Bax/Bcl-2比值显著升高(P<0.05)。结论：电磁辐射可引起海马神经元细胞损伤和凋亡,而机制可能与凋亡相关因子Bcl-2、Bax、Caspase-3表达变化相关。第三部分EMR对大鼠海马脑区NMDA受体蛋白及其mRNA表达的影响目的：探讨2000μW/cm2电磁辐射对大鼠海马(?)NMDA(NR1、NR2A和NR2B)受体蛋白及其mRNA水平表达的影响,揭示电磁辐射对大鼠学习记忆功能的损伤机制。方法：实验分为空白对照组,假辐射组,1h/d、2h/d、3h/d辐射组。将辐射组大鼠固定体位,头部接受功率密度为2000μW/cm2的近场辐射,连续辐射30d。采用免疫组化法和Westernblotting法检测大鼠海马组织NMDA(NR1、NR2A和NR2B)受体蛋白表达的变化,RT-PCR法检测大鼠海马组织NMDA(NR1、NR2A和NR2B)mRNA表达的变化。结果：各辐射组大鼠海马神经元排列紊乱,NMDA(NR1、NR2A和NR2B)阳性细胞比率显著下降,海马组织NMDA(NR1、NR2A和NR2B)蛋白及其mRNA表达水平明显降低(P<0.05)。结论：2000μW/cm2电磁辐射可导致大鼠学习记忆功能下降,其机制可能与大鼠海马组织NMDA(NR1、NR2A和NR2B)蛋白及其mRNA的表达降低有关。第四部分EMR致海马神经细胞CREB和CaMKⅡ表达的影响目的：探讨2000μW/cm2电磁辐射对原代培养海马神经元细胞CREB、CaMKⅡ表达的影响,揭示电磁辐射对大鼠海马神经细胞的损伤机制。方法：取原代培养7d的大鼠海马神经元,随机分为5组：分为空白对照组,假辐射组,1h/d、2h/d、3h/d辐射组。将辐射组海马神经细胞接受功率密度为2000μW/cm2的近场辐射,连续辐射5d。通过倒置显微镜观察海马神经元形态变化,MTT法检测神经元细胞活力,采用Westernblotting法检测大鼠海马神经细胞CREB和CaMKII蛋白表达的变化,RT-PCR法检测大鼠海马神经细胞CREB和CaMKIImRNA表达的变化。结果：正常对照组大鼠海马神经元核规整,细胞突起明显；辐射组大鼠海马神经元核皱缩、突起回缩、变性。假辐射组大鼠各项指标与空白对照组相比均无显著差异(P>0.05)；而各辐射组大鼠海马神经元细胞活力明显下降(P<0.05)；CREB和CaMKⅡ蛋白及其mRNA表达水平明显降低(P<0.05)。结论：2000μW/cm2电磁辐射致大鼠海马神经细胞损伤机制可能与CREB和CaMKⅡ蛋白及其mRNA的表达降低有关。
【作者】史长华；
【导师】李玉红；
【作者基本信息】承德医学院，病理学与病理生理学，2011，硕士
【关键词】EMR；海马；学习记忆；NMDA；突触可塑性；CREB；CaMKⅡ；

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