GSM 1800MHz電磁波對培養(yǎng)海馬神經元樹突發(fā)育和突觸發(fā)生的影響.pdf

1、由于手機在日常生活中的普遍應用，移動電話全球定位系統(tǒng)(GlobalSystemforMobileCommunication，GSM)的電磁場(Electromagneticfields，EMF)作為潛在的有害因素引起了人們的普遍關注。由于目前公布的人類暴露于電磁波的安全標準基于熱效應，并且沒有證實是否真的安全可靠，關于GSM電磁波是否會在生物組織中引起“非熱效應”的爭論愈演愈烈。由于流行病學者發(fā)現(xiàn)大腦是手機輻照的敏感靶器官，有越來越多的

2、研究者開始在體內或體外實驗中研究GSM電磁波對神經系統(tǒng)的生物學效應，并評估其對健康的危害。 關于射頻電磁場對大腦發(fā)育的潛在影響已有研究。用10mW/cm2的2450MHz電磁波輻照對大鼠腦的整體和組織發(fā)育沒有明顯影響；胎鼠在子宮內接受0.4W/kg的2450MHz射頻電磁波輻照不會引起大腦組織發(fā)生的明顯改變，包括腦內的部分RNA、DNA和蛋白水平；然而暴露在28mW/cm2的電磁波會引起大腦重量減少。研究者將日本鵪鶉的卵在5.0

3、mW/cm22.45GHz電磁波長期輻照后對其小腦進行研究，發(fā)現(xiàn)小腦皮層發(fā)育遲滯。由于上面這些研究中采用不同比吸收率(Specificabsorption，SAR)的電磁波，許多已經超出現(xiàn)行安全指導方針的閾值。目前我們對于射頻電磁波是否會在動物大腦發(fā)育過程中引起“非熱效應”還不能得到一致的結論。不僅如此，電磁波對大腦功能和發(fā)育影響的分子和細胞機制研究也很少。神經元發(fā)育過程中如果形態(tài)上和突觸聯(lián)系上缺乏興奮性的適應變化，可能會導致行為學的改

4、變。因此，在體外培養(yǎng)神經元進行活細胞形態(tài)學研究可以幫助我們進一步了解微波對腦功能影響的細胞和分子機制。 神經元樹突是接收傳入神經元興奮性突觸聯(lián)系以及引發(fā)動作電位之前整合突觸傳入信息的重要結構，是神經元之間信息交換的場所，其長度、直徑和分支均可反映細胞的功能狀態(tài)，許多營養(yǎng)因子和應激都可以影響樹突的發(fā)育過程，進而影響整個神經環(huán)路的形成和功能。研究發(fā)現(xiàn)，大鼠出生后第7到14天是神經元樹突發(fā)育的關鍵時期。如在這一時期，錐體神經元的樹突樹

5、逐漸復雜并發(fā)育成熟，樹突干上的樹突絲和生長錐活躍運動并逐漸與突觸前末梢形成突觸。發(fā)育早期的神經元(約出生后1周)具有眾多樹突生長錐和樹突絲，它們伸縮運動活躍并不斷與軸突相接觸，啟動突觸的形成。在此過程中，樹突絲逐漸被粗短穩(wěn)定的樹突棘所取代，并形成大量的興奮性突觸，其解剖學位置主要位于樹突棘。由于樹突絲的結構細微，傳統(tǒng)的染色方法不能很好地顯示其結構和運動特征，對于樹突、樹突絲的生長、運動及功能等方面還缺乏了解。 本研究在在體外培養(yǎng)

6、第五天(daysinvitro，DIV5)的原代海馬神經元中轉染綠熒光蛋白(Greenfluorescentprotein，GFP)標記的纖維型肌動蛋白(GFP-F-Actin)和定位在膜上的GFP(F-GFP)，用活細胞成像法觀察了培養(yǎng)海馬神經元DIV7到DIV14的樹突生長、分支復雜程度和樹突絲的運動性，建立了量化分析培養(yǎng)大鼠海馬神經元的樹突樹發(fā)育形態(tài)學特征的技術和方法。在此方法學基礎上，對DIV6到DIV14的培養(yǎng)海馬神經元分別用

7、0.8W/kg和2.4W/kg的1800MHz、217Hz調制的電磁波進行每天15分鐘的輻照，然后在不同時間點用熒光顯微鏡進行活細胞成像，研究GSM1800MHz電磁波是否會影響神經元的樹突發(fā)育和突觸發(fā)生。 方法：取出生一天之內的SD大鼠做原代海馬神經元培養(yǎng)，在DIV5用綠熒光蛋白(GFP)標記的纖維型肌動蛋白(GFP-F-Actin)和定位在膜上的GFP(F-GFP)共轉染神經元，用活細胞成像法觀察了培養(yǎng)海馬神經元DIV7到D

8、IV14的樹突絲的密度、生長和運動情況，樹突生長、分支復雜程度和樹突棘的形成，并對不同發(fā)育階段的形態(tài)學特征做量化分析，建立了量化分析培養(yǎng)大鼠海馬神經元的樹突樹發(fā)育形態(tài)學特征的技術和方法。在此方法學基礎上，培養(yǎng)的海馬神經元從DIV6開始分別暴露于2.4W/kg和0.8W/kg的GSM-1800MHz電磁波，每天暴露15分鐘，直到DIV14，取不同時間點用熒光顯微鏡進行活細胞成像，于第8天觀察樹突絲的密度、長度、運動情況；于第8、10、14

9、天分別觀察樹突分支的生長情況；第14天觀察樹突棘的密度。用單因素方差分析和雙尾t檢驗對實驗結果作顯著性檢驗。 結果：培養(yǎng)7～9天可以觀察到高密度的樹突絲活躍的運動，樹突絲的平均密度分別為(10.78±3.78)個/100μm、(10.68±2.96)個/100μm、(9.99±3.67)個/100μm(P＞0.05)，其中有(30.18±14.03)％到(87.36±20.88)％的樹突絲運動活躍(P＜0.001)；第7～14天

10、樹突樹的總長度從(410.74±185.98)μm增長為(1238.21±418.32)μm(P＜0.001)，樹突樹的總分支數(shù)從(18.93±7.23)支增加為(33.60±10.46)支(P＜0.001)；培養(yǎng)第14天樹突棘的密度為(37.17±6.46)個/100μm。 用2.4W/kg電磁波輻照的神經元在第8天觀察時表現(xiàn)出樹突絲的密度明顯減少了51±5.8％(7.08±0.78/100μmvs10.7±0.62/100μ

11、m，P＜0.001)，運動性(以運動的樹突絲和樹突絲總個數(shù)的百分比來表示)顯著下降了28±6.0％(60.69±5.13％vs84.97±3.81％，P＜0.001)，而對樹突絲的平均長度沒有明顯影響(11.28±0.34μmvs11.76±0.19μm，P＞0.05)；在第10天、第14天樹突分支的總長度顯著降低(473.02±19.08μmvs588.39±27.55μm&1004.22±44.29μmvs1238.21±42.38

12、μm，P＜0.05)，而輻照到DIV8時對樹突樹的總長度還沒有明顯的影響(382.74±19.60μmvs410.74±19.60μm，P＞0.05)；第14天樹突棘的密度與假輻照組神經元相比明顯減少14.3±3.7％(31.81±1.33/100μmvs37.17±1.38/100μm，P＜0.05)；對樹突分支的個數(shù)沒有顯著影響(18.66±0.73vs18.93±0.76，P＞0.05(DIV8)&18.54±0.72vs20.5

13、3±0.87，P＞0.05(DIV10)&34.03±1.16vs30.60±1.06(DIV14)，P＞0.05)。另外我們分析了DIV14樹突樹每一級分支的平均長度和樹突分支的個數(shù)，對大多數(shù)分支級數(shù)來說，2.4W/kgGSM1800MHz電磁波輻照組神經元的平均長度比假輻照組要短，而輻照組神經元樹突分支的平均個數(shù)沒有明顯變化。 0.8W/kgGSM1800MHz電磁波從DIV6輻照到DIV8(每天15分鐘)對神經元樹突絲的密

14、度(10.79±0.87/100μmvs10.69±0.56/100μm，25.26±1.34/100μmvs25.89±1.06/100μm，P＞0.05)、長度(11.46±0.25μmvs11.76±0.29μm，P＞0.05)和運動性(87.36±4.38％vs84.97±3.81％，P＞0.05)均沒有明顯影響；0.8W/kg輻照組神經元的樹突棘密度沒有明顯變化(36.62±1.17/100μmvs37.17±1.38/100

15、μm，P＞0.05)；另外0.8W/kg的GSM1800MHz電磁波長期輻照對神經元的樹突樹長度(437.90±20.29μmvs410.74±19.60μm，P＞0.05(DIV8)&608.26±26.29μmvs588.39±27.55μm，P＞0.05(DIV10)&1161.69±41.35μmvs1238.21±42.38μm(DIV14)，P＞0.05)和分支發(fā)育(19.14±0.73vs18.93±0.76，P＞0.05

16、(DIV8)&18.86±0.72vs20.53±0.87，P＞0.05(DIV10)&36.04±1.02vs30.60±1.06(DIV14)，P＞0.05)均沒有顯著影響。 結論：結合熒光蛋白轉染和活細胞成像的方法，可動態(tài)、連續(xù)地觀察并定量分析發(fā)育過程中樹突絲、樹突樹和樹突棘等微細結構的形態(tài)學特征，是體外觀察神經元發(fā)育的理想方法。在早期發(fā)育階段用2.4W/kg的GSM1800MHz電磁波長期間歇性輻照可能會影響培養(yǎng)海馬神經