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毫米波对角质形成细胞间隙连接通讯功能和基因表达的影响

陈苘  
【摘要】: 毫米波是指波长1—10mm,频率在30—300GHz的极高频电磁波,它具有广泛的生物学效应。研究表明低强度的毫米波辐照(≤10mW/cm~2)可以影响细胞生长与增殖、酶的活性、遗传物质的状态、细胞膜的通透性等。毫米波辐照不但能产生局部效应,还存在远位的生物学效应。1977年俄罗斯人最早将毫米波应用于临床,随后毫米波疗法在当地较广泛地用于治疗消化道溃疡、高血压、支气管炎、创伤及恶性肿瘤等50多种疾病。由于毫米波的生物学效应十分复杂,其作用及机制的研究进展缓慢,妨碍了毫米波治疗技术的应用与推广。因此低强度毫米波的生物效应及其机制研究是目前该领域研究的热点之一。 由于以往毫米波的研究大多数侧重于作用现象的分析,而对生物体,尤其是在细胞和分子水平上的作用缺乏深入研究。本研究室在电磁场的生物学效应研究中,发现极低频磁场可以抑制细胞间隙连接通讯功能(GJIC)或增强TPA对GJIC的抑制,而毫米波对细胞GJIC的影响则是一个值得探讨而未见文献报道的问题。因此,探索毫米波对GJIC的影响并比较其与极低频磁场对GJIC作用的异同点是本研究的第一部分内容。本研究第二部分的内容是利用高通量的分子生物学实验技术,筛选毫米波反应基因,为低强度毫米波生物效应的分子机理提供一些初步的实验依据,以期促进毫米波在临床医学的应用,并为其公共卫生安全的评价服务。 浙乞〔大学俘d匕研究生毕业论文 第一部分毫米波对HaCa丁细胞间隙连接通讯功能的影响 为了研究低强度毫米波(频率为30.16GHz)对人皮肤角质形成细胞(HaCaT) GJIC的影响,将HaCaT细胞培养在直径3cm的激光共聚焦显微镜专用皿中,分 别作以下处理:(l)对照组、不作任何处理;(2) 1.omw/c mZ的毫米波单独辐照1 小时;(3)3.5 mw/cm,毫米波单独辐照l小时;(4)5 ng/mlT队单独作用l小时; (5)sng/mlT队联合l.omw/emZ的毫米波辐照1小时;(6)sng/mlT队联合3.5 mw/c mZ的毫米波辐照1小时。以荧光淬灭后恢复技术检测细胞的GJIC功能。 结果显示不同功率密度(l .0、3.5 mw/c mZ)毫米波单独辐照后,HaCaT细胞淬 灭后荧光逐步恢复,与对照组相比没有明显差异(P0.05):而单独TPA作用 后,细胞荧光恢复受到明显抑制,与对照组相比有显著性差异(P0.001);1,0 mw/cmZ毫米波与T队联合处理后,荧光恢复率较T队单独处理组升高,差异 有统计学意义(P0.01),但未恢复至对照水平,与对照组相比亦有显著性差异 (P0.05):3.5 mw/cmZ毫米波与TPA联合处理后,荧光恢复率较T以单独处 理组明显增高(P0.001),且与对照组相比无统计学差异(P0.05)。以上研究 结果表明毫米波对细胞GJIC的影响与极低频磁场不同:毫米波辐照本身不影响 正常细胞的GnC,但能消除或减小TPA对细胞GJIC的抑制,其效应强弱与功 率密度的大小有关。 第二部分毫米波对HaCaT细胞基因表达的影响 为了探索毫米波生物学效应机制,采用A伪metrix公司u95A基因芯片筛选 毫米波反应基因。HaCaT细胞接受30.16 GHz,3.5 mw/c mZ的毫米波辐照,每 天辐照30 min,连续辐照4天,第4次辐照后立即抽提细胞总RNA,对照组细 胞不接受毫米波辐照,其余条件均同辐照组。抽提的RNA样本进行基因芯片检 测,通过比较辐照组与对照组的数据,分析基因表达的改变。 基因芯片筛选到毫米波上调3.0倍以上的基因18个,除了部分基因功能未 明外,这些上调基因与细胞信号转导、细胞生长和代谢、蛋白及离子转运等功能 有关。 为了验证基因芯片的结果,我们对部分功能相对明确并感兴趣的基因用 浙仁〔大学博d毖研究生毕业论文 RT-PCR进行验证。所选的基因包括:CASP、STCH、PAR一2、hBNaCZ和ERGIC一53。 在以Rl’- pCR进行验证的时候,除了3.5 mw/c mZ的毫米波辐照组(每天辐照30 min,连续辐照4天)外,我们增设了另外三个实验组,分别是(l) 1.omw/c mZ的 毫米波辐照组(每天辐照30 min,连续辐照4天);(2) 3.5 mw/c mZ的毫米波辐照 30 min后即刻检测组;(3)3.5 mw/emZ的毫米波辐照30 min后继续培养24小 时组。 以上5个基因经Rl’- pcR检测,发现功率密度为3.5 mw/c mZ的毫米波辐照 4次后,可以明显上调CASP,STCH,队R一2,ERGIC一53四个基因的表达,而 hBNaCZ的上调不明显。其中,ERGIc一53基因表达在1 .0 mw/c mZ的毫米波辐 照4次后即被上调,而其它基因在该强度下均未见明显变化。3.5 mw/cm“毫米 波辐照1次后即刻及继续培养24小时进行检测,上述5个基因均未见上调。结 果提示毫米波的生物效应可能存在强度(功率密度)闭值,有些效应在低强度下就 可产生,而有些必须在一定强度下才能产生。实验同时表明毫米波的生物效应具 有累积性,通常需要多次辐照才能显示其作用。 结论 1.毫米波辐照lh(频率为30.16GHz,功率密度分别为3.5 mw/c衬和1.0 mw/c mZ)本身不影响正常细胞GJIc功能,但可消除或减小TPA诱导的细 胞GJIC功能抑制,其效应强弱与功率密度的大小有关。 2.在用基因芯片筛选的基础上,检测到毫米波的四个反应基因。CASP、STCH、 队R一2和ERGIc一53基因在3 .5 mw/c mZ的毫米波辐照4


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