波導曝光系統(tǒng)在特定電磁輻射暴露影響睡眠突膠質細胞的基因表達的應用

無線電子設備的快速發(fā)展引起了人們對泄漏的電磁輻射對人體健康有害影響的關注。盡管已經進行了大量的研究來探索電磁輻射的生物學效應，但射頻電磁輻射對少突膠質細胞的影響尚未得出明確的結論。

2023年7月5日，西湖大學施一公團隊在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)或脈沖調制波(PW-RF, 50 Hz脈沖頻率)模式，將少突膠質細胞和其他三種類型的腦細胞暴露在2.4 GHz EMR中6或48小時。

采用RNA測序、RT-qPCR和Western blot檢測C/EBPβ及其相關基因的表達。采用多反應監(jiān)測(MRM)檢測C/EBPβ相互作用蛋白的表達水平。結果表明，PW-RF EMR顯著提高了少突膠質細胞中C/EBPβ的mRNA水平，而在其他類型的細胞中則沒有。此外，在PW-RF作用6 h后，C/EBPβ的3個亞型和幾個相互作用蛋白及靶基因的表達發(fā)生了顯著變化，而CW-RF作用6 h后則無明顯變化�？傊�，該研究結果表明，射頻EMR以波形和細胞類型依賴的方式調節(jié)C/EBPβ的表達和功能。

另外，2023年4月29日，西湖大學施一公團隊在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)了一種無模型方法，用于分析細胞和脂質膜的電磁響應。該研究測量了細胞和脂質膜在20 Hz至4.35×10¹⁰Hz的EMR頻率范圍內的介電常數(shù)。為了識別顯示物理直觀介電常數(shù)特征的EMR頻率，該研究開發(fā)了一種無模型方法，該方法依賴于直流（DC）電導率等于目標樣品電導率的氯化鉀參考溶液。介電常數(shù)反映了儲存能量的能力，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時顯著增強。精細的特征受到這些膜結構的尺寸和組成的影響。機械破壞會導致這些特征的消除。10⁵-10⁶Hz的能量儲存和10⁷-10⁹Hz的能量吸收增強可能會影響與細胞功能相關的某些膜活性。

2021年8月3日，清華大學/西湖大學施一公團隊在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，該研究報告了無線范圍 EMR 對小鼠睡眠的影響。 長時間暴露于由 100-Hz 方脈沖調制的 2.4-GHz EMR 在非熱輸出水平會導致小鼠清醒時間顯著增加。這些小鼠顯示相應減少的非快速眼動 (NREM) 和快速眼動 (REM) 時間。相比之下，在相同時間平均輸出水平下長時間暴露于未調制的 2.4 GHz EMR 對小鼠睡眠幾乎沒有影響。這些觀察結果將小鼠睡眠結構的改變確定為對長期無線范圍 EMR 暴露的特定生理反應。

越來越多的現(xiàn)代電子設備使用不同的電磁波長，這引起了人們對電磁輻射對人體健康危害的擔憂。射頻EMR(范圍從3kHz到300GHz)涵蓋了移動電話、藍牙和Wi-Fi設備的波長（約2.4GHz）。這些無線設備的潛在健康風險尚不清楚，給醫(yī)學和社會帶來了挑戰(zhàn)。廣泛的研究使用了各種系統(tǒng)來研究EMR在細胞、動物和流行病學水平上的影響，然而EMR與健康之間的關系仍然存在高度爭議。在中樞神經系統(tǒng)(CNS)中，神經元是最具特色的細胞，主要負責信息傳遞。神經元動作電位的速度和效率依賴于髓鞘，髓鞘是軸突周圍的一種鞘結構，由少突膠質細胞產生。少突膠質細胞除了具有軸突絕緣能力外，還為神經元提供代謝支持，誘導鈉通道沿Ranvier結軸突聚集，這是跳躍式神經傳導的重要前提。少突膠質細胞除了在神經退行性疾病(如肌萎縮性側索硬化癥(ALS))中發(fā)揮重要作用外，還被報道為抑郁癥、睡眠和覺醒以及膠質母細胞瘤的調節(jié)劑。然而，射頻EMR對少突膠質細胞中基因表達或功能的影響尚不清楚。

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

C/EBPβ屬于一個轉錄因子家族(C/EBPα -ζ)，其成員在C端共享一個堿性亮氨酸拉鏈結構域，用于DNA結合和二聚化。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從單個外顯子基因產生三種不同的蛋白質亞型：全長肝臟富集激活蛋白(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)報道，C/EBPβ調節(jié)廣泛的生理活動，包括自噬、髓系分化、炎癥、突觸可塑性和膠質母細胞瘤的病因。射頻EMR是否以及如何影響少突膠質細胞中C/EBPβ的表達和功能尚不清楚。

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胞暴露在2.4 GHz連續(xù)或脈沖調制波形的EMR下，平均輸入功率為1W。該研究結果表明，暴露于PW-RF 6小時后，在少突膠質細胞中（但不在神經元細胞、小膠質細胞或原代星形膠質細胞中），C/EBPβ的轉錄顯著上調，而在CW-RF中則沒有。與此一致的是，暴露于PW-RF 6小時后，少突膠質細胞中C/EBPβ的表達明顯增加。此外，暴露于PW-RF 6小時特異性增加了C/EBPβ相互作用蛋白的表達和C/EBPβ的轉錄活性。結果表明，C/EBPβ在少突膠質細胞中的表達和功能受到脈沖調制EMR的特異性調控。

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