文章標題：Immune Responses to Multi-Frequencies of 1.5 GHz and 4.3 GHz Microwave Exposure in Rats: T ranscriptomic and Proteomic Analysis

發表期刊：International Journal of Molecular Sciences（IF：6.208/Q1）

發表時間：2022年6月

01研究背景

微波技術是一種非電離電磁輻射（300MHz-300GHz），廣泛應用于移動通信、醫學、工業合成等各個領域，人們關于微波對健康的潛在危害存疑，此前的研究大多數研究旨在揭示由具有指定功率單頻微波引起的生物學效應。免疫系統是對電離和非電離輻射敏感的組織之一，微波可能會影響免疫功能，包括吞噬作用、免疫細胞的增殖，隨著參數的不同可能對機體的影響有所不同。

02研究思路

在本研究中，研究者設置大鼠假手術組并將Wistar大鼠模型暴露于1.5GHz（L10）和4.3GHz（C10）單頻或者多頻微波（LC10）中，分別暴露6h、7d、14d和28d，利用以下實驗策略為探索多頻微波誘導免疫克制的潛在機制提供了有意義的信息（蛋白組和轉錄組由北京青蓮百奧生物科技有限公司提供）。

一、檢查了多頻微波對免疫系統造成組織病理學損傷；

二、探查了多頻微波對外周血的免疫影響情況以及外周血中特定細胞因子表達情況；

三、轉錄組分析揭示多頻微波在mRNA水平上的調控表達并進行PCR驗證；

四、蛋白組分析揭示多頻微波調控的相關蛋白并進行PRM驗證；

03結果速遞

一、多頻微波對免疫系統造成組織病理學損傷

免疫系統由免疫系統(CIS)和外周免疫系統(PIS)組成。研究人員采用H&E染色分析各組胸腺、骨髓和脾臟的組織病理學改變。發現暴露6h和7d時胸腺和脾臟均出現明顯的病理變化，暴露14d和28d時逐漸恢復正常。多頻率微波比其他微波暴露組造成的傷害更嚴重。通過透射電鏡(TEM)評估了暴露7 d后脾臟的超微結構損傷。假手術組細胞核內染色質排列良好，內質網大小、形狀分布均勻，線粒體嵴橫縱排列，微波暴露導致線粒體腫脹和空化。微波照射引起的組織病理學改變與免疫細胞功能損傷密切相關。 

圖1:H&E染色分析結構圖像和TEM超微結構

二、多頻微波誘導的外周血免疫克制

微波在照射后6 h和7 d時白細胞 (WBC) 和淋巴細胞的數量均有所減少，而L10和 LC10 組的 WBC 減少得更多。L10和C10組的WBC在暴露后14 d明顯增加，這可能歸因于造血的代償機制。有趣的是，LC10組的WBC仍低于假手術組，表明多頻微波造成的損傷更為嚴重。此外，僅多頻微波在暴露后7 d上調中性粒細胞表明多頻微波可能誘導炎癥反應。

淋巴細胞是免疫系統中的主要效應細胞，此研究分析了三種主要的淋巴細胞亞型（NK、B淋巴細胞和T淋巴細胞）。結果表明微波在照射后6 h和7 d提高了NK細胞的百分比。研究各組CD45+淋巴細胞中B淋巴細胞和T淋巴細胞的比例發現，C波段和多頻微波暴露7 d后B淋巴細胞增加，T淋巴細胞減少。由于恢復機制的激活，B和T淋巴細胞在暴露后14 d均恢復到正常水平。單頻和多頻微波暴露均不影響CD4+和CD8+ T淋巴細胞的比例，總之，C波段和多頻微波都可以改變免疫系統的平衡。

圖2：各組免疫細胞計數和比值統計

三、多頻微波瞬時增加外周血中的細胞因子

此研究通過流式細胞術分析了外周血細胞因子水平。單頻微波照射L10和C10后6 h和7 d外周血流量均未見明顯變化，而多頻微波可瞬間提高照射6 h后 (IL)-1α，IL-4, IL-6，IL-10，IL-17A 和IFN-γ的表達。這些細胞因子在照射7 d后迅速恢復到正常水平。多頻微波只能短暫且輕微地調節細胞因子的表達，這可能是對輻射后淋巴細胞減少的一種補充反應。

圖3：不同處理組外周血細胞因子的表達

四、多頻微波在mRNA水平上調控大量免疫相關基因

血液和脾臟轉錄組學結果表

為了研究微波誘導免疫克制的潛在機制，通過轉錄組學分析了外周血和脾臟免疫細胞中差異表達基因（DEGs）。多頻微波引起的外周血和脾臟DEGs均高于單頻微波。脾臟（n = 1122）的DEGs遠高于外周血（n = 185）。生信分析結果表明脾臟下調的DEGs參與了細胞毒T細胞分化、T輔助細胞分化和免疫球蛋白產生的正向調控，上調的DEGs參與了巨噬細胞活化的負向調控。KEGG分析顯示，下調的DEGs還參與Th17細胞分化、IL-17信號通路及抗原加工提呈，說明微波暴露后脾臟處于免疫克制狀態。外周血中上調的DEGs參與了B細胞親和力成熟和B細胞受體信號通路，也參與了T細胞增殖的負調控。下調的基因參與了Th17細胞分化和IL-17信號通路，提示多頻微波克制了T淋巴細胞的功能。

選取外周血和脾臟中16個DEGs，采用實時逆轉錄聚合酶鏈反應(RT-PCR)進行驗證，結果與轉錄組一致。

圖4：外周血和脾臟轉錄組學分析和PCR

五、多頻微波調控大量免疫相關蛋白

血液和脾臟蛋白組學結果表

蛋白質組學分析顯示脾臟的差異表達蛋白(DEPs)低于外周血，這可能與外周血的復雜性有關生信分析表明外周血中DEPs與蛋白質代謝轉運密切相關，包括蛋白酶體蛋白分解代謝過程、蛋白酶體泛素獨立蛋白分解代謝過程等。

KEGG分析提示外周血DEPs參與信號通路，包括調控肌動蛋白細胞骨架、RNA轉運、NOD-like受體信號通路和IL-17信號通路。脾臟DEPs下調參與免疫相關生物學過程，包括胸腺T細胞分化、NK細胞分化、IL-2反應、細胞對IL-4反應。上調DEPs參與免疫相關生物學過程，如負調控T細胞增殖、正調控B細胞活化、B細胞受體信號通路等。從外周血和脾臟中分別選取6個DEPs進行PRM質譜驗證。

圖5：外周血和脾臟蛋白組學分析和PRM

04總結

研究發現單頻和多頻微波暴露均可引起免疫克制反應，如下調外周血白細胞和淋巴細胞。T淋巴細胞可能對多頻微波更敏感。轉錄組學和蛋白質組學分析表明，多頻微波在脾臟中誘導的DEGs和DEPs遠高于單頻微波，這表明多頻微波對脾臟產生的生物效應要強得多。多頻率微波在mRNA和蛋白水平調控了許多與免疫激活和代謝相關的基因。T淋巴細胞發育、分化、活化相關基因下調，B淋巴細胞活化相關基因上調。此研究為探索多頻率誘導免疫克制的潛在機制提供了有用的信息。