波導(dǎo)曝光系統(tǒng)在特定電磁輻射暴露影響睡眠突膠質(zhì)細(xì)胞的基因表達(dá)的應(yīng)用

無(wú)線電子設(shè)備的快速發(fā)展引起了人們對(duì)泄漏的電磁輻射對(duì)人體健康有害影響的關(guān)注。盡管已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究來(lái)探索電磁輻射的生物學(xué)效應(yīng)，但射頻電磁輻射對(duì)少突膠質(zhì)細(xì)胞的影響尚未得出明確的結(jié)論。

2023年7月5日，西湖大學(xué)施一公團(tuán)隊(duì)在International Journal of Molecular Sciences 在線發(fā)表題為“Expression and Activity of the Transcription Factor CCAAT/Enhancer-Binding Protein β (C/EBPβ) Is Regulated by Specific Pulse-Modulated Radio Frequencies in Oligodendroglial Cells”的研究論文，該研究以連續(xù)波(CW-RF)或脈沖調(diào)制波(PW-RF, 50 Hz脈沖頻率)模式，將少突膠質(zhì)細(xì)胞和其他三種類型的腦細(xì)胞暴露在2.4 GHz EMR中6或48小時(shí)。

采用RNA測(cè)序、RT-qPCR和Western blot檢測(cè)C/EBPβ及其相關(guān)基因的表達(dá)。采用多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)檢測(cè)C/EBPβ相互作用蛋白的表達(dá)水平。結(jié)果表明，PW-RF EMR顯著提高了少突膠質(zhì)細(xì)胞中C/EBPβ的mRNA水平，而在其他類型的細(xì)胞中則沒有。此外，在PW-RF作用6 h后，C/EBPβ的3個(gè)亞型和幾個(gè)相互作用蛋白及靶基因的表達(dá)發(fā)生了顯著變化，而CW-RF作用6 h后則無(wú)明顯變化�？傊�，該研究結(jié)果表明，射頻EMR以波形和細(xì)胞類型依賴的方式調(diào)節(jié)C/EBPβ的表達(dá)和功能。

另外，2023年4月29日，西湖大學(xué)施一公團(tuán)隊(duì)在Bioelectrochemistry 在線發(fā)表題為“Analysis of electromagnetic response of cells and lipid membranes using a model-free method ”的研究論文，該研究開發(fā)了一種無(wú)模型方法，用于分析細(xì)胞和脂質(zhì)膜的電磁響應(yīng)。該研究測(cè)量了細(xì)胞和脂質(zhì)膜在20 Hz至4.35×10¹⁰Hz的EMR頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)。為了識(shí)別顯示物理直觀介電常數(shù)特征的EMR頻率，該研究開發(fā)了一種無(wú)模型方法，該方法依賴于直流（DC）電導(dǎo)率等于目標(biāo)樣品電導(dǎo)率的氯化鉀參考溶液。介電常數(shù)反映了儲(chǔ)存能量的能力，在10⁵-10⁶ Hz處顯示出特征峰值。代表EMR吸收的介電損耗因子在10⁷-10⁹ Hz時(shí)顯著增強(qiáng)。精細(xì)的特征受到這些膜結(jié)構(gòu)的尺寸和組成的影響。機(jī)械破壞會(huì)導(dǎo)致這些特征的消除。10⁵-10⁶Hz的能量?jī)?chǔ)存和10⁷-10⁹Hz的能量吸收增強(qiáng)可能會(huì)影響與細(xì)胞功能相關(guān)的某些膜活性。

2021年8月3日，清華大學(xué)/西湖大學(xué)施一公團(tuán)隊(duì)在PNAS 在線發(fā)表題為“Specific electromagnetic radiation in the wireless signal range increases wakefulness in mice”的研究論文，該研究報(bào)告了無(wú)線范圍 EMR 對(duì)小鼠睡眠的影響。 長(zhǎng)時(shí)間暴露于由 100-Hz 方脈沖調(diào)制的 2.4-GHz EMR 在非熱輸出水平會(huì)導(dǎo)致小鼠清醒時(shí)間顯著增加。這些小鼠顯示相應(yīng)減少的非快速眼動(dòng) (NREM) 和快速眼動(dòng) (REM) 時(shí)間。相比之下，在相同時(shí)間平均輸出水平下長(zhǎng)時(shí)間暴露于未調(diào)制的 2.4 GHz EMR 對(duì)小鼠睡眠幾乎沒有影響。這些觀察結(jié)果將小鼠睡眠結(jié)構(gòu)的改變確定為對(duì)長(zhǎng)期無(wú)線范圍 EMR 暴露的特定生理反應(yīng)。

越來(lái)越多的現(xiàn)代電子設(shè)備使用不同的電磁波長(zhǎng)，這引起了人們對(duì)電磁輻射對(duì)人體健康危害的擔(dān)憂。射頻EMR(范圍從3kHz到300GHz)涵蓋了移動(dòng)電話、藍(lán)牙和Wi-Fi設(shè)備的波長(zhǎng)（約2.4GHz）。這些無(wú)線設(shè)備的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)尚不清楚，給醫(yī)學(xué)和社會(huì)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。廣泛的研究使用了各種系統(tǒng)來(lái)研究EMR在細(xì)胞、動(dòng)物和流行病學(xué)水平上的影響，然而EMR與健康之間的關(guān)系仍然存在高度爭(zhēng)議。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)中，神經(jīng)元是最具特色的細(xì)胞，主要負(fù)責(zé)信息傳遞。神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏乃俣群托�率依賴于髓鞘，髓鞘是軸突周圍的一種鞘結(jié)構(gòu)，由少突膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生。少突膠質(zhì)細(xì)胞除了具有軸突絕緣能力外，還為神經(jīng)元提供代謝支持，誘導(dǎo)鈉通道沿Ranvier結(jié)軸突聚集，這是跳躍式神經(jīng)傳導(dǎo)的重要前提。少突膠質(zhì)細(xì)胞除了在神經(jīng)退行性疾病(如肌萎縮性側(cè)索硬化癥(ALS))中發(fā)揮重要作用外，還被報(bào)道為抑郁癥、睡眠和覺醒以及膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的調(diào)節(jié)劑。然而，射頻EMR對(duì)少突膠質(zhì)細(xì)胞中基因表達(dá)或功能的影響尚不清楚。

波導(dǎo)曝光系統(tǒng)（圖源自International Journal of Molecular Sciences ）

C/EBPβ屬于一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子家族(C/EBPα -ζ)，其成員在C端共享一個(gè)堿性亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域，用于DNA結(jié)合和二聚化。同型二聚體和異源二聚體的相互作用不僅發(fā)生在同型異構(gòu)體之間，也發(fā)生在不同的家族成員之間。通過泄漏核糖體掃描，C/EBPβ mRNA從單個(gè)外顯子基因產(chǎn)生三種不同的蛋白質(zhì)亞型：全長(zhǎng)肝臟富集激活蛋白(38-kDa LAP1)， 34-kDa肝臟富集激活蛋白(LAP2)和21-kDa肝臟富集抑制蛋白(LIP)。據(jù)報(bào)道，C/EBPβ調(diào)節(jié)廣泛的生理活動(dòng)，包括自噬、髓系分化、炎癥、突觸可塑性和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的病因。射頻EMR是否以及如何影響少突膠質(zhì)細(xì)胞中C/EBPβ的表達(dá)和功能尚不清楚。

暴露于2.4 GHz EMR 6 h后，C/EBP相互作用蛋白的表達(dá)主要發(fā)生改變（圖源自International Journal of Molecular Sciences ）

該研究將四種類型的腦細(xì)胞暴露在2.4 GHz連續(xù)或脈沖調(diào)制波形的EMR下，平均輸入功率為1W。該研究結(jié)果表明，暴露于PW-RF 6小時(shí)后，在少突膠質(zhì)細(xì)胞中（但不在神經(jīng)元細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞或原代星形膠質(zhì)細(xì)胞中），C/EBPβ的轉(zhuǎn)錄顯著上調(diào)，而在CW-RF中則沒有。與此一致的是，暴露于PW-RF 6小時(shí)后，少突膠質(zhì)細(xì)胞中C/EBPβ的表達(dá)明顯增加。此外，暴露于PW-RF 6小時(shí)特異性增加了C/EBPβ相互作用蛋白的表達(dá)和C/EBPβ的轉(zhuǎn)錄活性。結(jié)果表明，C/EBPβ在少突膠質(zhì)細(xì)胞中的表達(dá)和功能受到脈沖調(diào)制EMR的特異性調(diào)控。

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