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北京蛋白质组学——多组学解析多频微波照射大鼠引起的免疫反应

2022-09-01 15:41:26

北京蛋白质组学




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

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

发表时间:2022年6月

01研究背景

微波技术是一种非电离电磁辐射(300MHz-300GHz),广泛应用于移动通信、医学、工业合成等各个领域,人们关于微波对健康的潜在危害存疑,此前的研究大多数研究旨在揭示由具有指定功率单频微波引起的生物学效应。免疫系统是对电离和非电离辐射敏感的组织之一,微波可能会影响免疫功能,包括吞噬作用、免疫细胞的增殖,随着参数的不同可能对机体的影响有所不同。

02研究思路

在本研究中,研究者设置大鼠假手术组并将Wistar大鼠模型暴露于1.5GHz(L10)和4.3GHz(C10)单频或者多频微波(LC10)中,分别暴露6h、7d、14d和28d,利用以下实验策略为探索多频微波诱导免疫克制的潜在机制提供了有意义的信息(蛋白组和转录组北京青莲百奥生物科技有限公司提供)。

一、检查了多频微波对免疫系统造成组织病理学损伤;

二、探查了多频微波对外周血的免疫影响情况以及外周血中特定细胞因子表达情况;

三、转录组分析揭示多频微波在mRNA水平上的调控表达并进行PCR验证;

四、蛋白组分析揭示多频微波调控的相关蛋白并进行PRM验证;

03结果速递

一、多频微波对免疫系统造成组织病理学损伤

免疫系统由免疫系统(CIS)和外周免疫系统(PIS)组成。研究人员采用H&E染色分析各组胸腺、骨髓和脾脏的组织病理学改变。发现暴露6h和7d时胸腺和脾脏均出现明显的病理变化,暴露14d和28d时逐渐恢复正常。多频率微波比其他微波暴露组造成的伤害更严重。通过透射电镜(TEM)评估了暴露7 d后脾脏的超微结构损伤。假手术组细胞核内染色质排列良好,内质网大小、形状分布均匀,线粒体嵴横纵排列,微波暴露导致线粒体肿胀和空化。微波照射引起的组织病理学改变与免疫细胞功能损伤密切相关。 



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图1:H&E染色分析结构图像和TEM超微结构



二、多频微波诱导的外周血免疫克制

微波在照射后6 h和7 d时白细胞 (WBC) 和淋巴细胞的数量均有所减少,而L10和 LC10 组的 WBC 减少得更多。L10和C10组的WBC在暴露后14 d明显增加,这可能归因于造血的代偿机制。有趣的是,LC10组的WBC仍低于假手术组,表明多频微波造成的损伤更为严重。此外,仅多频微波在暴露后7 d上调中性粒细胞表明多频微波可能诱导炎症反应。

淋巴细胞是免疫系统中的主要效应细胞,此研究分析了三种主要的淋巴细胞亚型(NK、B淋巴细胞和T淋巴细胞)。结果表明微波在照射后6 h和7 d提高了NK细胞的百分比。研究各组CD45+淋巴细胞中B淋巴细胞和T淋巴细胞的比例发现,C波段和多频微波暴露7 d后B淋巴细胞增加,T淋巴细胞减少。由于恢复机制的激活,B和T淋巴细胞在暴露后14 d均恢复到正常水平。单频和多频微波暴露均不影响CD4+和CD8+ T淋巴细胞的比例,总之,C波段和多频微波都可以改变免疫系统的平衡。



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图2:各组免疫细胞计数和比值统计



三、多频微波瞬时增加外周血中的细胞因子

此研究通过流式细胞术分析了外周血细胞因子水平。单频微波照射L10和C10后6 h和7 d外周血流量均未见明显变化,而多频微波可瞬间提高照射6 h后 (IL)-1α,IL-4, IL-6,IL-10,IL-17A 和IFN-γ的表达。这些细胞因子在照射7 d后迅速恢复到正常水平。多频微波只能短暂且轻微地调节细胞因子的表达,这可能是对辐射后淋巴细胞减少的一种补充反应。



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图3:不同处理组外周血细胞因子的表达



四、多频微波在mRNA水平上调控大量免疫相关基因



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血液和脾脏转录组学结果表



为了研究微波诱导免疫克制的潜在机制,通过转录组学分析了外周血和脾脏免疫细胞中差异表达基因(DEGs)。多频微波引起的外周血和脾脏DEGs均高于单频微波。脾脏(n = 1122)的DEGs远高于外周血(n = 185)。生信分析结果表明脾脏下调的DEGs参与了细胞毒T细胞分化、T辅助细胞分化和免疫球蛋白产生的正向调控,上调的DEGs参与了巨噬细胞活化的负向调控。KEGG分析显示,下调的DEGs还参与Th17细胞分化、IL-17信号通路及抗原加工提呈,说明微波暴露后脾脏处于免疫克制状态。外周血中上调的DEGs参与了B细胞亲和力成熟和B细胞受体信号通路,也参与了T细胞增殖的负调控。下调的基因参与了Th17细胞分化和IL-17信号通路,提示多频微波克制了T淋巴细胞的功能。

选取外周血和脾脏中16个DEGs,采用实时逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)进行验证,结果与转录组一致。



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图4:外周血和脾脏转录组学分析和PCR



五、多频微波调控大量免疫相关蛋白

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血液和脾脏蛋白组学结果表



蛋白质组学分析显示脾脏的差异表达蛋白(DEPs)低于外周血,这可能与外周血的复杂性有关生信分析表明外周血中DEPs与蛋白质代谢转运密切相关,包括蛋白酶体蛋白分解代谢过程、蛋白酶体泛素独立蛋白分解代谢过程等。

KEGG分析提示外周血DEPs参与信号通路,包括调控肌动蛋白细胞骨架、RNA转运、NOD-like受体信号通路和IL-17信号通路。脾脏DEPs下调参与免疫相关生物学过程,包括胸腺T细胞分化、NK细胞分化、IL-2反应、细胞对IL-4反应。上调DEPs参与免疫相关生物学过程,如负调控T细胞增殖、正调控B细胞活化、B细胞受体信号通路等。从外周血和脾脏中分别选取6个DEPs进行PRM质谱验证。



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图5:外周血和脾脏蛋白组学分析和PRM



04总结

研究发现单频和多频微波暴露均可引起免疫克制反应,如下调外周血白细胞和淋巴细胞。T淋巴细胞可能对多频微波更敏感。转录组学和蛋白质组学分析表明,多频微波在脾脏中诱导的DEGs和DEPs远高于单频微波,这表明多频微波对脾脏产生的生物效应要强得多。多频率微波在mRNA和蛋白水平调控了许多与免疫激活和代谢相关的基因。T淋巴细胞发育、分化、活化相关基因下调,B淋巴细胞活化相关基因上调。此研究为探索多频率诱导免疫克制的潜在机制提供了有用的信息。


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