基于NMDARs對突觸可塑性的調(diào)控在微波輻射致學(xué)習(xí)和記憶障礙長期效應(yīng)中作用研究.pdf

1、目的和意義:隨著微波在通訊、醫(yī)療、交通、軍事和工業(yè)等方面的應(yīng)用，其生物效應(yīng)也愈發(fā)引起人們的重視。研究表明，腦是微波輻射最為敏感的靶部位之一，微波輻射可引起動物和人群學(xué)習(xí)和記憶功能障礙，但具體機制不明。突觸可塑性是學(xué)習(xí)和記憶的神經(jīng)生物基礎(chǔ)，N-甲基-D-天門冬氨受體(N-methyl-D-aspartic acid receptors，NMDARs)對于突觸可塑性的調(diào)節(jié)及長時程增強(long-term potentiation，LTP)的

2、誘導(dǎo)和維持起到了不可或缺的作用。既往的研究多集中于微波輻射后即刻或近期效應(yīng)與機制，關(guān)于微波輻射后長期效應(yīng)與機制的研究較少，尤其是基于NMDARs對突觸可塑性的調(diào)控在微波輻射致學(xué)習(xí)和記憶障礙長期效應(yīng)中作用研究尚屬空白。為此，本研究擬首先建立微波輻射致學(xué)習(xí)和記憶障礙和突觸可塑性損傷的長期動物模型，探討微波輻射致學(xué)習(xí)和記憶障礙、突觸可塑性損傷與LTP和NMDARs改變的關(guān)系;進而復(fù)制微波輻射致突觸可塑性損傷的細(xì)胞模型，采用膜片鉗技術(shù)探討微波輻

3、射致大鼠原代海馬神經(jīng)元NMDARs通道電流變化;并研究微波輻射后NMDARs重要亞基NR1、NR2A和NR2B的改變及其與突觸可塑性損傷和神經(jīng)元胞漿內(nèi)Ca2+含量之間的關(guān)系，為尋找微波輻射致腦損傷的敏感指標(biāo)和防治靶點奠定基礎(chǔ)。
　　材料與方法:(1)采用不同劑量（0、5、10和50mW/cm2）的微波輻射二級Wistar雄性大鼠，分別于輻射后急性期（6h、1d、7d和14d）和遠后期(1m、3m、6m、9m、12m和18m)，采用

4、Morris水迷宮觀察大鼠的空間學(xué)習(xí)和記憶功能，運用高效液相色譜(high performance liquid chromatography，HPLC)檢測大鼠海馬組織中氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)含量，采用光鏡和透射電鏡觀察大鼠海馬組織結(jié)構(gòu)及超微結(jié)構(gòu)。運用大鼠在體海馬LTP記錄方法檢測輻射后急性期(即刻-6h)大鼠LTP改變及其與突觸可塑性損傷關(guān)系;采用Western blot檢測輻射后遠后期(1m-18m)大鼠海馬組織NMDARs重要亞基NR

5、1、NR2A和NR2B表達及在突觸可塑性損傷中作用。(2)采用0和50mW/cm2微波輻射大鼠原代海馬神經(jīng)元5min，于輻射后6h、1d和5d采用Vybrant CM-Dil cell-labeling方法觀察神經(jīng)元突起改變;于輻射后5d采用掃描電鏡(scanning electron microscope，SEM)觀察神經(jīng)元結(jié)構(gòu)改變;于輻射后即刻-6h，采用全細(xì)胞膜片鉗記錄NMDARs通道電流改變;采用Western blot和Rea

6、l time PCR檢測大鼠原代海馬神經(jīng)元NMDARs重要亞基NR1、NR2A和NR2B蛋白和mRNA表達并運用Fluo4-AM染色觀察神經(jīng)元胞漿內(nèi)Ca2+改變。
　　實驗結(jié)果:(1)微波輻射后急性期大鼠學(xué)習(xí)和記憶功能:輻射后6h、1d和3d，10和50mW/cm2組大鼠空間逃避潛伏期明顯延長，穿越平臺次數(shù)減少(P＜0.05或P＜0.01)，5mW/cm2組未見明顯改變。(2)微波輻射后急性期大鼠海馬組織氨基酸遞質(zhì)含量:5mW/c

7、m2微波輻射后1d和7d，Gly和GABA含量升高，10和50mW/cm2微波對4種氨基酸遞質(zhì)于輻射后7d升高，輻射后14d降低。(3)微波輻射后急性期大鼠海馬組織結(jié)構(gòu):5mW/cm2微波輻射后未見海馬組織結(jié)構(gòu)改變;10和50mW/cm2微波輻射后7d可導(dǎo)致大鼠海馬組織神經(jīng)元核固縮、深染，血管周間隙增寬。50mW/cm2微波輻射后7d可致突觸間隙模糊，囊泡減少，突觸后致密物增加;神經(jīng)元胞漿內(nèi)線粒體空化、嵴斷裂、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張，且出現(xiàn)嗜神經(jīng)改

8、變。(4)微波輻射后大鼠LTP改變:10mW/cm2和50mW/cm2組輻射后6h，群峰電位(population spike，PS)幅值在高頻刺激后增加程度較低(P＜0.05或P＜0.01)，5mW/cm2與0mW/cm2組比較PS值無明顯差異。10mW/cm2組輻射后24h，大鼠PS幅值在高頻刺激后增加程度有所恢復(fù)，但與0mW/cm2組比，仍未恢復(fù)至正常水平。(5)微波輻射后遠后期大鼠學(xué)習(xí)和記憶功能:5mW/cm2組大鼠未見遠后期學(xué)

9、習(xí)和記憶功能改變;10和50mW/cm2微波輻射后1-18m可見逃避潛伏期有不同程度延長(P＜0.05或P＜0.01)，且此改變存在劑量效應(yīng)關(guān)系。(6)微波輻射后遠后期大鼠海馬組織氨基酸遞質(zhì)含量:5、10和50mW/cm2微波輻射后可見大鼠遠后期氨基酸遞質(zhì)含量以降低改變?yōu)橹?P＜0.05或P＜0.01)，存在劑量效應(yīng)關(guān)系。(7)微波輻射后遠后期大鼠海馬組織結(jié)構(gòu)改變:5mW/cm2組未見明顯改變，10mW/cm2組于輻射后1m和3m可見海

10、馬神經(jīng)元核固縮、深染，之后呈恢復(fù)趨勢;50mW/cm2組于輻射后1m和3m部分海馬神經(jīng)元變性改變，血管周間隙增寬，輻射后6m-18m呈恢復(fù)趨勢，但輻射后18m仍可見少量神經(jīng)元病變，存在劑量效應(yīng)關(guān)系。10和50mW/cm2微波可致突觸間隙模糊，囊泡減少，突觸后致密物增加;神經(jīng)元胞漿內(nèi)次級溶酶體增加、線粒體空化、嵴斷裂、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張及血管周間隙增寬。(8)微波輻射后大鼠海馬組織中NMDARs亞基改變:輻射后1-18m，可見NR1蛋白表達升高后

11、降低;NR2A蛋白表達升高;NR2B蛋白表達降低。(9)微波輻射后大鼠原代海馬神經(jīng)元結(jié)構(gòu)改變:輻射后5d，可見神經(jīng)元突起數(shù)量明顯減少、突起長度明顯變短;神經(jīng)元間連接處出現(xiàn)斷裂及神經(jīng)元突起斷裂。(10)微波輻射后大鼠原代海馬神經(jīng)元NMDARs電流改變:微波輻射后即刻至6h，可見大鼠原代海馬神經(jīng)元NMDARs電流密度降低。(11)微波輻射后大鼠原代海馬神經(jīng)元NMDARs亞基蛋白及mRNA表達:輻射后6h，NR2B蛋白表達升高，NR1、NR2

12、A和NR2B亞基蛋白于輻射后12h表達升高;輻射后1h-12hNR1mRNA表達升高，輻射后12h，NR2A亞基mRNA表達升高，NR2B亞基mRNA于輻射后1h、12h表達升高(P＜0.01)。(12)微波輻射后大鼠原代海馬神經(jīng)元Ca2+含量改變:微波輻射后即刻-1h，可見大鼠原代海馬神經(jīng)元胞漿內(nèi)Ca2+含量升高(P＜0.01)。
　　結(jié)論:(1)5mW/cm2微波輻射后急性期和遠后期大鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力及突觸可塑性未見明顯異常

13、;10和50mW/cm2微波輻射可致大鼠急性期和遠后期學(xué)習(xí)和記憶功能下降及突觸可塑性的損傷，表現(xiàn)為大鼠的空間學(xué)習(xí)和記憶功能下降、海馬組織氨基酸遞質(zhì)代謝紊亂以及組織結(jié)構(gòu)及超微結(jié)構(gòu)損傷，且上述改變與輻射劑量呈正相關(guān)。(2)LTP誘導(dǎo)障礙及NMDARs亞基改變可能是微波輻射后大鼠學(xué)習(xí)和記憶功能下降及突觸可塑性損傷的原因。(3)50mW/cm2的微波輻射可致大鼠原代海馬神經(jīng)元結(jié)構(gòu)及功能可塑性損傷，表現(xiàn)為突起數(shù)量減少、長度變短、神經(jīng)元根部突起和連