Nrf2-Keap1通路激活对微波辐射致神经细胞损伤的保护作用的基础研究

The widespread use of microwave had raised questions about its adverse effects on human health. Microwave exposure can cause detrimental effects on brain, especially the cognitive function. Oxidative stress and calcium overload maybe involved in the mechanism of adverse effects, however the mechanisms underlying the adverse effects are not yet elucidated. The precise knowledge of the interaction between Nrf2-Keap1 signaling pathway and microwave-induced neurotoxicity is not yet elucidated. In the present study, we will explore the real-time effects of microwave on neural cells using waveguide-based real-time microwave exposure system and microfluorimetry. Then, we will investigate the changes of Nrf2-Keap1 pathway and its target genes (Glutamate-cysteine ligase, heme Oxygenase-1 and NADPH quinone oxidoreductase 1) after microwave exposure using Western Blot, quantitative real-time PCR and immunofluorescence and the molecular regulatory mechanisms between the Nrf2-Keap1 pathway and microwave-induced oxidative stress. The project lays the foundation for finding biomarkers and using Nrf2-Keap1 pathway as preventive and therapeutic target for treatment of microwave-induced brain injury.

随着微波技术的广泛应用，其对健康的危害已成为国际共识，其中脑是最为敏感的靶部位。微波辐射对脑最显著的影响是对学习和记忆功能的损害，其中氧化应激、胞内钙超载等发挥重要作用, 但相关的损伤机制尚未阐明，尤其是基于Nrf2-Keap1通路激活对微波辐射致神经细胞损伤的保护作用研究尚属空白。为此，本研究拟在既往研究基础上，首先利用实时微波辐射系统建立神经细胞氧化应激损伤模型，进行神经细胞损伤的实时效应研究。其次，以Nrf2-Keap1通路为切入点，综合利用WB、qPCR、IF等技术，研究该通路及其下游产物GCL、HO-1和NQO-1等在微波辐射致神经细胞损伤中变化。最后，采用基因干预等手段，深入探讨该通路对微波辐射造成的神经细胞氧化应激反应的调控机制。该研究为探寻微波辐射致脑损伤的生物标志物、利用该通路作为防治神经损伤的靶点奠定基础，为微波辐射致脑损伤的诊断和防治提供新的思路和方向。

微波辐射可引起多种生物学效应，并对人类健康产生影响。脑是微波辐射最为敏感的靶部位，但是其损伤机制仍未明了，基于Nrf2-Keap1通路的保护作用研究也未见。.本研究首先以大鼠原代海马神经元及类神经元大鼠嗜铬细胞瘤细胞 (PC12)作为研究对象，利用适用于激光共聚焦实时观察的脉冲微波辐射装置，结合微速摄影技术研究了电磁辐射对神经细胞 [Ca2+]的影响。结果显示SAR值为4 W/kg的微波辐射下海马神经元及类神经元PC12细胞的[Ca2+]均未见明显变化；采用平均功率密度为30mW/cm2 HPM辐射后即刻，大鼠原代海马神经元和PC12细胞的ROS水平均显著上升，此外30mW/cm2 HPM辐射原代海马神经元会导致其突起减少变短，表明该条件微波辐射可引起神经细胞氧化应激性损伤，并且能够抑制原代海马神经元突起生长。.Nrf2-Keap1信号通路是细胞对抗氧化应激最重要的细胞防御机制，本研究通过Western Blot检测该通路关键蛋白Nrf2的核、浆蛋白分布及qPCR检测通路下游产物mRNA表达水平发现，KFL-M能够激活Nrf2-Keap1信号通路，并且促进其下游编码抗氧化蛋白和Ⅱ相解毒酶的基因表达(HO-1, NQO1, GSTmu3)。激活Nrf2-Keap1信号通路增强抗氧化能力应该是KFL-M发挥抗微波辐射致神经损伤的主要机制之一。.为了进一步揭示Nrf2-Keap1信号通路对微波辐射致神经细胞损伤的保护作用，发现激活Nrf2-Keap1信号通路可以抑制微波辐射导致的PC12细胞氧化应激，而抑制Nrf2-Keap1信号通路则会加重微波辐射导致的PC12细胞氧化应激，使PC12细胞对微波辐射更为敏感。利用该信号通路激动剂t-BHQ激活PC12细胞和大鼠原代海马神经元Nrf2-Keap1信号通路也同样能抑制微波辐射导致的氧化应激，并且能够逆转微波辐射导致的神经元突起生长障碍。.本项目研究了微波辐射对神经细胞影响的实时生物效应，在此基础上，深入研究了Nrf2-Keap1信号通路对微波辐射造成的神经细胞氧化应激损伤的调控机制。该研究为利用该通路作为防治微波辐射造成神经损伤的靶点、为抗微波辐射损伤药物的寻找提供了新的思路和方向。