低强度微波对电离辐射造血损伤的拮抗作用及其机理研究

发布时间：2019-12-06 14:05

【摘要】： 目的:建立低强度微波拮抗电离辐射造血损伤的动物模型;在整体、细胞和分子水平,从造血实质细胞和造血微环境两方面,探讨低强度微波对γ射线造血损伤的拮抗作用及其机制,为阐明微波和γ射线联合作用机理、采用微波“理疗”防治急性电离辐射造血损伤提供基础性资料。方法:低强度微波拮抗放射性造血损伤的动物模型建立:小鼠存活实验设5个组:A组:单独电离组(8.0Gyγ射线);B-D组:联合照射组(12μW/cm2、120μW/cm2、1200μW/cm2微波+8.0Gyγ射线);E组:阳性对照组(氨磷汀+8.0Gyγ射线),每组28只小鼠。联合组小鼠接受不同功率密度的900MHz微波全身照射,1h/d,持续14d。单独电离组置于同一环境,但不予电磁辐射。第15d给予各组小鼠8.0Gy 60Co-γ射线一次性全身照射。观察小鼠的存活率、平均存活时间及保护系数。低强度微波造血损伤拮抗效应的观察:小鼠分为4组:正常对照组、单独电磁组、单独电离组、以及微波和γ射线联合照射组。单独电磁组和联合照射组先接受功率密度为120μW/cm2的900MHz微波照射,1h/d,持续14d,第15d给予单独电离组和联合照射组小鼠5.0Gy 60Coγ射线一次性全身照射。分别于电离辐射后第3、6、9、12d 4个时相点进行下列各项指标的观察:(1)外周血细胞计数及脏器系数测定;(2)骨髓组织、脾组织病理切片观察;(3)RT-PCR法检测骨髓造血细胞(bone marrow heamtopoietic cells, BMHCs)凋亡抑制基因bcl-2、细胞周期调节基因CyclinD1、CyclinE及周期性依赖激酶CDK4、CDK2基因表达的变化;(4)采用粒-巨噬细胞克隆形成实验(CFU-GM)、脾结节实验(CFU-S)检测小鼠造血干/祖细胞的增殖能力;(5)小鼠骨髓基质细胞(BMSCs)体外常规培养,观察BMSCs形态、采用流式细胞术检测细胞黏附分子VCAM-1的表达变化;(6)酶联免疫吸附试验(ELISA法)检测小鼠血清造血因子GM-CSF、IL-3的活性。对低强度微波造血损伤拮抗机制的研究:小鼠分组和照射方案同低强度微波造血损伤拮抗效应的观察研究。采用流式细胞仪及共聚焦扫描电镜对电离辐射后1h、24h小鼠骨髓细胞内游离Ca2+离子浓度进行定性、定量检测;采用Western Blotting法分析照后1h、24h小鼠骨髓细胞NF-κB蛋白表达。结果:小鼠存活实验结果:8.0Gyγ射线电离辐射前,预先给予120μW/cm2 900MHz微波照射可使小鼠15d存活率由对照组的17.86%上升至42.86%;小鼠的平均存活时间延长,保护系数为1.47,保护作用较阳性对照组(“氨磷汀”组)更为显著。造血损伤防护效应观察结果:(1)预先给予120μW/cm2微波照射可使γ射线引起的WBC下降程度明显减轻,脾脏系数、胸腺系数降低程度明显减小;(2)联合组骨髓腔内造血细胞减少较电离组轻,造血组织容积较电离组明显增高,间质出血、水肿较轻,各系细胞再生灶明显;联合组脾淋巴组织较电离组密集,凋亡细胞数相对较少,生发中心较电离组明显;(3)与单独电离组相比,联合组小鼠照后不同时相点BMHCs bcl-2、Cyclin-D1/CDK4, Cyclin-E/CDK2 mRNA表达存在不同程度的提高;(4)联合组在γ射线照射后3d、9d、12d CFU-GM数量较单独电离组显著增加;单独电磁组小鼠CFU-S表达水平较对照组明显增高,联合组CFU-S表达较电离组增高;(5)γ射线辐射后体外培养的单独电离组BMSCs细胞排列散乱,增殖抑制,贴壁能力降低,与单独电离组相比,联合组BMSCs数目明显增多,细胞融合能力较好;与单独电离组相比,联合组VCAM-1的表达增加;(6)联合组血清GM-CSF表达水平在照后9d、12d显著高于单独电离组,IL-3表达水平于照后6d、9d、12d显著高于单独电离组。造血损伤拮抗机制研究结果:(1)5.0Gyγ射线照射后1h,联合组胞内Ca2+浓度较单独电离组有上升趋势;照后24h,联合组胞内Ca2+显著上升;(2)5.0Gyγ射线照射后,联合组NF-ΚB表达无论在照后1h还是24h均较电离组增高,尤其在照后24h,联合组NF-ΚB蛋白表达显著高于单独电离组。结论:(1)预先给以120μW/cm2 900MHz微波照射能够显著提高小鼠存活率、延长存活时间,并在一定程度上促进造血组织(骨髓组织、脾组织)的增生修复,从而减轻γ射线对造血系统的损伤。 (2)从造血实质细胞角度观察,低强度微波照射可致正常小鼠BMHCs细胞周期一过性改变,使γ射线照后小鼠BMHCs bcl-2、Cyclin-D1/CDK4, Cyclin-E/CDK2 mRNA的表达增强,辐射后阻滞于G0/G1期的造血细胞数明显减少,HSCs/HPCs细胞的凋亡和增殖抑制程度减轻。 (3)从造血微环境角度观察,低强度微波照射可减轻γ射线的BMSCs增殖抑制作用,提高BMSCs形成及贴壁能力,并通过诱导细胞黏附分子VCAM-1的表达,促进辐射损伤的BMSCs与造血细胞的黏附以及造血细胞相互间的黏附,进一步刺激造血因子GM-CSF、IL-3的表达,从而促进细胞的增殖和分化。 (4)低强度微波照射通过诱导NF-ΚB表达,引发一系列的信号分子级联反应拮抗机体的辐射损伤:①激活信号通路下游的cyclinD1/CDK4、Cyclin-E/CDK2分子表达,调控细胞周期;②诱导Bcl-2凋亡抑制基因的表达,减少细胞凋亡;③增强下游基因GM-CSF、IL-3等的表达,刺激细胞增殖;④激活下游基因VCAM-1细胞黏附分子的表达,促进HSCs/HPCs增殖,最终促进造血系统的重建。
【图文】：

功率密度,监测值,微波功率,密度

输入 GTEM 电磁辐照室内，经过室内的天线产生均匀的电磁场。内部的电磁场功率密度由探头接收后经电脑读出（见图 1）。1.3.2 电磁辐射剂量测定在微波照射前，对电磁辐射装置照射野进行测量，以得到目的微波强度的区域（图 2）。图中分别显示 12μW/cm2、120μW/cm2和 1200μW/cm2区域微波强度检测的即时值和 5min 的持续值，图中可以看出该照射装置可作为持续稳定的微波发射源。

小鼠骨髓细胞,病理观察,复合组,造血细胞

电离组骨髓腔呈现“空虚期”，造血细胞极度减少，血窦结构几乎完全崩毁，髓腔内广泛出血，呈“血湖”状（图4-d）；复合组造血细胞较电离组增生明显，以红系、粒系等幼稚造血细胞为主（图4-e）；照后 9d 电离组与复合组造血细胞均呈进行性增多，各系细胞再生灶明显，小梁附近、骨皮质及血窦旁见大量幼稚红细胞、粒细胞及巨核细胞成簇状再生，复合组恢复较电离组快（图 4-f）；照后 12d，复合组各系不同阶段造血细胞比例及形态基本恢复至正常状态，电离组仍未完全恢复，造血细胞较少，间质仍有轻度弥漫性出血及水肿。图 4 低剂量微波与 γ 射线照射后小鼠骨髓组织学病理观察图 4-a 对照组小鼠骨髓细胞腔（×100）图 4-b 电离组 γ 射线照后 3d 小鼠骨髓（×400）图4-c 复合组 γ 射线照后 3d 小鼠骨髓（×400）图 4-d 电离组 γ 射线照后 6d 小鼠骨髓（×100）图4-e 复合组 γ 射线照后 6d 小鼠骨髓（×100）图 4-f γ 射线照后 9d 小鼠骨髓（×400）Fig.4. Light micrographs of mouse bone marrow tissue after low dose microwave and/or γ-rayirradiationFig.4-a Mouse cavitas medullaris control（×100）. Fig.4-b Mouse cavitas medullaris followingγ-ray irradiation on day 3（×400）. Fig
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：R-332

【参考文献】