微波輻射誘導(dǎo)iPSC-CMs中NF-κB介導(dǎo)的自主炎癥反應(yīng)的時(shí)間研究

微波輻射是一種頻率介于300MHz至300GHz之間的電磁波，廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，包括衛(wèi)星通信、軍事雷達(dá)系統(tǒng)、醫(yī)療領(lǐng)域等。微波技術(shù)支撐著現(xiàn)有技術(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)，也為未來技術(shù)突破提供了可能。然而，這一技術(shù)的普及也伴隨著健康隱患。

研究證明微波輻射與心臟損傷之間存在關(guān)系。炎癥反應(yīng)可能在輻射損傷早期發(fā)揮關(guān)鍵作用，炎癥在心血管系統(tǒng)病理生理過程中的核心作用已得到充分證實(shí)，但微波輻射觸發(fā)心肌炎癥的觸發(fā)機(jī)制、關(guān)鍵調(diào)控節(jié)點(diǎn)以及與已知損傷通路的相互作用尚未明確。

在電磁生物學(xué)領(lǐng)域，關(guān)于微波輻射誘導(dǎo)的心肌炎癥反應(yīng)的研究仍然較少，尤其是涉及來自人體模型的生物學(xué)數(shù)據(jù)的研究。在此背景下，并考慮到現(xiàn)有研究的局限性，北京放射醫(yī)學(xué)研究所Jing Zhang教授團(tuán)隊(duì)在《Ecotoxicology and Environmental Safety》雜志發(fā)表題目為“A temporal study on NF-κB-mediated autonomous inflammatory response in iPSC-CMs induced by microwave radiation”的文章，本研究提出一個(gè)核心假設(shè)：微波輻射的非熱效應(yīng)可能激活特定的關(guān)鍵炎癥信號(hào)通路，促使特定炎癥因子的有序釋放，從而引發(fā)心肌細(xì)胞的亞臨床炎癥反應(yīng)和功能損傷。

為了驗(yàn)證這一假設(shè)，該研究建立一個(gè)嚴(yán)格控制溫度的微波輻射模型，該模型模擬實(shí)際暴露條件，同時(shí)排除熱效應(yīng)。通過對(duì)iPSC-CMs的存活能力、超微結(jié)構(gòu)、鈣信號(hào)傳導(dǎo)以及電生理功能的全面評(píng)估，系統(tǒng)分析炎癥因子的表達(dá)模式并追蹤上游調(diào)控途徑，本研究旨在描繪炎癥反應(yīng)的時(shí)序演變過程，從而揭示微波輻射誘發(fā)心肌損傷的新型機(jī)制，為精確評(píng)估相關(guān)健康風(fēng)險(xiǎn)及基于炎癥動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)制定有針對(duì)性的保護(hù)策略提供新的科學(xué)依據(jù)。

研究結(jié)果：

3.1 微波輻射導(dǎo)致心肌細(xì)胞活力下降及超微結(jié)構(gòu)受損
本研究發(fā)現(xiàn)，在正常培養(yǎng)條件下心肌細(xì)胞的狀態(tài)是穩(wěn)定的。微波照射后，細(xì)胞活力呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化。1小時(shí)細(xì)胞活力顯著下降（p < 0.001），大量線粒體受損，線粒體腫脹，出現(xiàn)空泡狀結(jié)構(gòu)，嵴結(jié)構(gòu)消失，表明此時(shí)細(xì)胞受到輻射的影響很大。3小時(shí)和6小時(shí)后，大量線粒體自噬現(xiàn)象出現(xiàn)并持續(xù)擴(kuò)大，破壞了線粒體融合，并通過自噬體進(jìn)一步清除，而正常的線粒體則繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這表明細(xì)胞在受到微波輻射后具有一定的自我修復(fù)能力。

圖1. 心肌細(xì)胞活動(dòng)及電子顯微鏡下的變化

3.2 微波輻射引起的鈣瞬變異常及電生理紊亂
心肌細(xì)胞與其他細(xì)胞最顯著區(qū)別在于它們能夠自主跳動(dòng)。觀察其電生理功能的變化有助于揭示炎癥引發(fā)的心臟損傷的新機(jī)制。CaTD90 指的是鈣瞬變持續(xù)到90%所用的時(shí)間。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，在微波輻射后3小時(shí)和6小時(shí)，Ca²⁺激活時(shí)間先減少后增加（p < 0.001），Ca²⁺激活速度在1小時(shí)和3小時(shí)顯著降低（p < 0.001）。在放療組中，微波輻射后1小時(shí)、3小時(shí)和6小時(shí)，Ca²⁺瞬變幅度先降低后升高，Ca²⁺激活幅度在微波輻射后1小時(shí)、3小時(shí)和6小時(shí)增加。CaTD90先增加后減少（p < 0.001）。