微波辐照对小鼠离体淋巴细胞Ca2＋、细胞内环磷酸腺苷及DNA合成的影响
作者：王勇 宁竹之 王登高
单位：
关键词：
中华劳动卫生职业病杂志980222 随着微波技术的广泛应用，微波污染日益严重，微波对细胞的作用已受到关注[1，2]，但微波生物效应产生的机制尚有待深入研究。我们用2 450 MHz微波辐照体外淋巴细胞，观察其DNA合成状况及相关指标，旨在较深入地探讨微波对细胞的作用机制。
一、材料与方法
1.实验分组：取健康纯系BABL/C雄性小鼠，无菌条件下取脾脏，分离并获正常脾淋巴细胞，于37℃、5% CO2孵箱中培养24小时后，按辐照强度分为0、0.5、5.0、50.0 mW/cm2 4组，每组按辐照时间分为Ⅰ(辐照15分钟)、Ⅱ(辐照30分钟)、Ⅲ(辐照60分钟)3个时段，各组每时段样本至少5例。
, 百拇医药
2.微波暴露：参照Cleary等[3]设计的辐照系统并略加修改，微波为2 450 MHz连续波，微波强度经HP8991功率计检测符合要求后，将密度为2×106/ml的细胞置于反射系数近似于零的暗室内接受微波辐照。
3.观察指标及方法：(1)DNA合成：采用胸腺嘧啶核苷(3H-TdR)掺入法。(2)细胞内环磷酸腺苷(cAMP)含量：参照检测说明，破细胞后用放免法测定。(3)细胞内Ca2+浓度：细胞经Fura-2/AM负载后测定荧光强度，求Ca2+浓度[4]。(4)细胞膜流动性测定：细胞经DPH荧光标记，再测荧光强度，求细胞膜粘度[5]。
二、结果
1.对DNA合成的影响：表1显示，0.5 mW/cm2短时间辐照不影响3H-TdR掺入,随着辐照时间延长,3H-TdR掺入量增加；50.0 mW/cm2辐照15分钟后，3H-TdR掺入量明显高于正常,但辐照60分钟后,3H-TdR掺入明显降低，DNA合成受抑制。
, 百拇医药
2.对细胞内cAMP的影响：表2可见,高强度微波辐照，细胞内cAMP立即下降，以后逐渐有所回升；低强度微波辐照细胞，短时间内cAMP未出现明显改变,随辐照时间延长，cAMP含量逐渐降低。
3.对细胞内Ca2+浓度的影响：表3显示，5.0和50.0 mW/cm2微波辐照30分钟后，细胞内Ca2+明显高于正常，出现Ca2+超载；0.5 mW/cm2微波辐照初期，细胞内Ca2+浓度明显偏低，辐照时间延长，Ca2+降低的幅度逐渐减少，同一辐照强度内，辐照时间越长，细胞内Ca2+浓度升高越明显。
4.对细胞膜粘度的影响：表4显示，无论是低强度还是高强度微波辐照，短时间内都不影响细胞膜粘度，仅在经过一定时间后，细胞膜粘度才发生明显改变。
, 百拇医药
表1 微波辐照对3H-TdR掺入的影响(CPM，±s) 时相分期
辐照强度(mW/cm2)
0
0.5
5.0
50.0
Ⅰ(15 min)
3446.6±144.68
3303.4±277.73
3652.0±336.06#*
5607.6±240.13*#△
, 百拇医药
Ⅱ(30 min)
3404.8±123.63
3206.8±225.18
3624.6±274.59#
3318.4±361.43△☆
Ⅲ(60 min)
3549.8±117.51
4221.0±379.95*☆★
3782.6±291.45*#
2736.4±343.19*#△☆★
, 百拇医药
在同一辐照时相内：与假性辐照组比较，* P<0.05;与0.5 mW/cm2组比较，# P<0.05;与5.0 mW/cm2组比较， △ P<0.05；在同一辐照强度内：与辐照15 min组比较，☆ P<0.05；与辐照30 min组比较，★ P<0.05表2 微波辐照后细胞内cAMP含量变化(nmol/106细胞，±s) 时相分期
辐照强度(mW/cm2)
0
0.5
5.0
50.0
, 百拇医药
Ⅰ(15 min)
1.62±0.18
1.55±0.37
1.43±0.28
1.01±0.18*#△
Ⅱ(30 min)
1.60±0.14
1.06±0.28*
1.49±0.24#
1.32±0.37☆
, 百拇医药 Ⅲ(60 min)
1.61±0.23
1.01±0.27*☆
1.13±0.26*☆
1.45±0.15#△☆
在同一辐照时相内：与假性辐照组比较，* P<0.05;与0.5 mW/cm2组比较，# P<0.05;与5.0 mW/cm2组比较， △ P<0.05；在同一辐照强度内：与辐照15 min组比较，☆ P<0.05
作者单位：630038 重庆，第三军医大学劳动卫生教研室
, 百拇医药
表3 微波辐照对细胞内游离Ca2+的影响(nmol/106细胞，±s) 时相分期
辐照强度(mW/cm2)
0
0.5
5.0
50.0
Ⅰ(15 min)
135.82±2.51
90.08±1.60*
131.42±7.31#
, http://www.100md.com
120.06±7.08#
Ⅱ(30 min)
134.90±3.44
99.30±3.84*
160.18±10.61*#☆
162.16±4.53*#☆
Ⅲ(60 min)
130.36±2.93
111.06±3.73*☆
189.36±28.02*#☆★
, 百拇医药
209.08±9.54*#△☆★
在同一辐照时相内：与假性辐照组比较，* P<0.05;与0.5 mW/cm2组比较，# P<0.05;与5.0 mW/cm2组比较， △ P<0.05；在同一辐照强度内：与辐照15 min组比较，☆ P<0.05；与辐照30 min组比较，★ P<0.05表4 微波辐照对细胞膜粘度的影响(以P值表示，±s) 时相分期
辐照强度(mW/cm2)
0
0.5
5.0
, 百拇医药
50.0
Ⅰ(15 min)
0.2522±0.0027
0.2537±0.0057
0.2428±0.0097
0.2451±0.0020
Ⅱ(30 min)
0.2576±0.0031
0.2460±0.0133
0.2387±0.0039*#
0.2303±0.0040*#☆
, 百拇医药
Ⅲ(60 min)
0.2578±0.0029
0.2366±0.0800*
0.2314±0.0036*☆
0.2242±0.0052*#△☆★
在同一辐照时相内：与假性辐照组比较，* P<0.05;与0.5 mW/cm2组比较，# P<0.05;与5.0 mW/cm2组比较， △ P<0.05；在同一辐照强度内：与辐照15 min组比较，☆ P<0.05；与辐照30 min组比较，★ P<0.05
, 百拇医药
三、讨论
1.本研究结果显示：微波对淋巴细胞具有DNA合成双向效应，即低、中强度微波急性辐照对DNA合成起促进作用；而50.0 mW/cm2强度仅在短时间内促进DNA合成，而后明显抑制3H-TdR掺入。表明相同频率，不同剂量和辐照时间，微波对DNA合成作用不同。
许多研究表明：细胞DNA合成与细胞内cAMP含量明显有关，表现为cAMP含量升高，DNA合成降低。本研究出现同一强度、不同辐照时间cAMP含量变化的结果，提示微波辐照后，细胞内cAMP参与了DNA合成调控。值得注意的是，虽然3H-TdR掺入量的变化与细胞内cAMP含量改变有关，但二者变化仍不尽相同，表现为0.5 mW/cm2辐照30分钟后cAMP显著降低，DNA合成却无明显升高；50.0 mW/cm2辐照60分钟后出现DNA合成受抑，而细胞内cAMP与假性暴露组比较却无明显差别。提示：受照细胞代谢除cAMP参与细胞调控外，还存在另外调控因素。
, http://www.100md.com
2.微波辐照诱导的细胞内Ca2+浓度变化，可能与细胞DNA合成有关。细胞内Ca2+通过与钙调蛋白(CaM)结合而激活蛋白激酶或磷酸酶，产生一系列蛋白磷酸化反应，向核内传递增殖信号，诱导核内基因表达，促进DNA合成。故本研究中0.5 mW/cm2微波辐照30分钟出现cAMP下降，而DNA合成并未增强，可能与此刻细胞内Ca2+下降有关；但若微波辐照所致细胞内Ca2+超载，将对细胞生长、增殖起阻碍作用，并对细胞产生杀伤效应。因此，50.0 mW/cm2辐照60分钟，DNA合成明显受抑，而cAMP含量却未发现明显升高，但细胞内Ca2+明显超载，表明高强度微波辐照下，细胞内Ca2+参与的DNA调控起主要作用。因此，微波对细胞内Ca2+的影响远非Dutta[6]和Lyle等[7]所观察到单纯细胞Ca2+内流及外溢的改变，更重要的是因微波导致的Ca2+内流及外排失衡，使细胞内Ca2+浓度改变而引起的一系列细胞代谢变化。
, 百拇医药
3.一定时间的微波辐照可改变细胞膜粘度。细胞内Ca2+浓度的维持与膜结构和功能有关，合适的细胞膜粘度是膜功能正常发挥的一个重要条件。经过一定微波辐照，细胞膜粘度可发生改变，表现出明显的时间和剂量依从性，说明微波交变电磁场作用于膜上离子物质或偶极子蛋白质分子，改变膜脂固有的运动方式，影响膜结构和功能，破坏了物质转运的基础，导致细胞代谢失常。
综上所述，微波作用于细胞，可改变细胞膜结构和功能，造成细胞内Ca2+、cAMP浓度发生变化，进而对细胞代谢产生影响，或促进或抑制细胞增殖，杀伤细胞。
参 考 文 献
1 Henry Lai,Narendra P.Acute low-intensity microwave exposure increase DNA singlestand breaks in rat brain cell.Bioelectromagnetics,1995,16:207～210.
, 百拇医药
2 Byus CV,Robert L,Fletcher RM.The effect of microwave radiation on the cell genone.Mutat Res,1990,243:87～93.
3 Cleary SF,Liu LM,Merchant R.In vitro lyphocyte proliferation induced by radio-frequencyelectromagnetic radiation under isothermal conditions.Bioelectromagnetics,1990,11:47～56.
4 程锦轩，张一彬.蝙蝠葛苏林碱对兔淋巴细胞内钙含量的影响.中国药理学报,1992，8：198～201.
5 齐子荣.238 PUa粒子体外诱生人胚肺细胞癌变的膜脂流动性特性.中华放射医学与防护杂志，1991，24：392～395.
, http://www.100md.com
6 Dutta SK,Ghosh B,Blackman CF.Radiofrequency radiation induced calcium ion efflux enhancement from human and other neuroblastoma cells in culture.Bioelectromagentics,1989,10:197～202.
7 Lyle DB.Calcium uptake by leukemic and normal T-lymphocytes exposed to low frequency magnetic fields.Bioelectromagnetics,1992,12:145～156.
(收稿:1997-03-11 修回：1997-07-24), 百拇医药
单位：
关键词：
中华劳动卫生职业病杂志980222 随着微波技术的广泛应用，微波污染日益严重，微波对细胞的作用已受到关注[1，2]，但微波生物效应产生的机制尚有待深入研究。我们用2 450 MHz微波辐照体外淋巴细胞，观察其DNA合成状况及相关指标，旨在较深入地探讨微波对细胞的作用机制。
一、材料与方法
1.实验分组：取健康纯系BABL/C雄性小鼠，无菌条件下取脾脏，分离并获正常脾淋巴细胞，于37℃、5% CO2孵箱中培养24小时后，按辐照强度分为0、0.5、5.0、50.0 mW/cm2 4组，每组按辐照时间分为Ⅰ(辐照15分钟)、Ⅱ(辐照30分钟)、Ⅲ(辐照60分钟)3个时段，各组每时段样本至少5例。
, 百拇医药
2.微波暴露：参照Cleary等[3]设计的辐照系统并略加修改，微波为2 450 MHz连续波，微波强度经HP8991功率计检测符合要求后，将密度为2×106/ml的细胞置于反射系数近似于零的暗室内接受微波辐照。
3.观察指标及方法：(1)DNA合成：采用胸腺嘧啶核苷(3H-TdR)掺入法。(2)细胞内环磷酸腺苷(cAMP)含量：参照检测说明，破细胞后用放免法测定。(3)细胞内Ca2+浓度：细胞经Fura-2/AM负载后测定荧光强度，求Ca2+浓度[4]。(4)细胞膜流动性测定：细胞经DPH荧光标记，再测荧光强度，求细胞膜粘度[5]。
二、结果
1.对DNA合成的影响：表1显示，0.5 mW/cm2短时间辐照不影响3H-TdR掺入,随着辐照时间延长,3H-TdR掺入量增加；50.0 mW/cm2辐照15分钟后，3H-TdR掺入量明显高于正常,但辐照60分钟后,3H-TdR掺入明显降低，DNA合成受抑制。
, 百拇医药
2.对细胞内cAMP的影响：表2可见,高强度微波辐照，细胞内cAMP立即下降，以后逐渐有所回升；低强度微波辐照细胞，短时间内cAMP未出现明显改变,随辐照时间延长，cAMP含量逐渐降低。
3.对细胞内Ca2+浓度的影响：表3显示，5.0和50.0 mW/cm2微波辐照30分钟后，细胞内Ca2+明显高于正常，出现Ca2+超载；0.5 mW/cm2微波辐照初期，细胞内Ca2+浓度明显偏低，辐照时间延长，Ca2+降低的幅度逐渐减少，同一辐照强度内，辐照时间越长，细胞内Ca2+浓度升高越明显。
4.对细胞膜粘度的影响：表4显示，无论是低强度还是高强度微波辐照，短时间内都不影响细胞膜粘度，仅在经过一定时间后，细胞膜粘度才发生明显改变。
, 百拇医药
表1 微波辐照对3H-TdR掺入的影响(CPM，±s) 时相分期
辐照强度(mW/cm2)
0
0.5
5.0
50.0
Ⅰ(15 min)
3446.6±144.68
3303.4±277.73
3652.0±336.06#*
5607.6±240.13*#△
, 百拇医药
Ⅱ(30 min)
3404.8±123.63
3206.8±225.18
3624.6±274.59#
3318.4±361.43△☆
Ⅲ(60 min)
3549.8±117.51
4221.0±379.95*☆★
3782.6±291.45*#
2736.4±343.19*#△☆★
, 百拇医药
在同一辐照时相内：与假性辐照组比较，* P<0.05;与0.5 mW/cm2组比较，# P<0.05;与5.0 mW/cm2组比较， △ P<0.05；在同一辐照强度内：与辐照15 min组比较，☆ P<0.05；与辐照30 min组比较，★ P<0.05表2 微波辐照后细胞内cAMP含量变化(nmol/106细胞，±s) 时相分期
辐照强度(mW/cm2)
0
0.5
5.0
50.0
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Ⅰ(15 min)
1.62±0.18
1.55±0.37
1.43±0.28
1.01±0.18*#△
Ⅱ(30 min)
1.60±0.14
1.06±0.28*
1.49±0.24#
1.32±0.37☆
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1.61±0.23
1.01±0.27*☆
1.13±0.26*☆
1.45±0.15#△☆
在同一辐照时相内：与假性辐照组比较，* P<0.05;与0.5 mW/cm2组比较，# P<0.05;与5.0 mW/cm2组比较， △ P<0.05；在同一辐照强度内：与辐照15 min组比较，☆ P<0.05
作者单位：630038 重庆，第三军医大学劳动卫生教研室
, 百拇医药
表3 微波辐照对细胞内游离Ca2+的影响(nmol/106细胞，±s) 时相分期
辐照强度(mW/cm2)
0
0.5
5.0
50.0
Ⅰ(15 min)
135.82±2.51
90.08±1.60*
131.42±7.31#
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120.06±7.08#
Ⅱ(30 min)
134.90±3.44
99.30±3.84*
160.18±10.61*#☆
162.16±4.53*#☆
Ⅲ(60 min)
130.36±2.93
111.06±3.73*☆
189.36±28.02*#☆★
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209.08±9.54*#△☆★
在同一辐照时相内：与假性辐照组比较，* P<0.05;与0.5 mW/cm2组比较，# P<0.05;与5.0 mW/cm2组比较， △ P<0.05；在同一辐照强度内：与辐照15 min组比较，☆ P<0.05；与辐照30 min组比较，★ P<0.05表4 微波辐照对细胞膜粘度的影响(以P值表示，±s) 时相分期
辐照强度(mW/cm2)
0
0.5
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50.0
Ⅰ(15 min)
0.2522±0.0027
0.2537±0.0057
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0.2451±0.0020
Ⅱ(30 min)
0.2576±0.0031
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0.2387±0.0039*#
0.2303±0.0040*#☆
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Ⅲ(60 min)
0.2578±0.0029
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0.2314±0.0036*☆
0.2242±0.0052*#△☆★
在同一辐照时相内：与假性辐照组比较，* P<0.05;与0.5 mW/cm2组比较，# P<0.05;与5.0 mW/cm2组比较， △ P<0.05；在同一辐照强度内：与辐照15 min组比较，☆ P<0.05；与辐照30 min组比较，★ P<0.05
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三、讨论
1.本研究结果显示：微波对淋巴细胞具有DNA合成双向效应，即低、中强度微波急性辐照对DNA合成起促进作用；而50.0 mW/cm2强度仅在短时间内促进DNA合成，而后明显抑制3H-TdR掺入。表明相同频率，不同剂量和辐照时间，微波对DNA合成作用不同。
许多研究表明：细胞DNA合成与细胞内cAMP含量明显有关，表现为cAMP含量升高，DNA合成降低。本研究出现同一强度、不同辐照时间cAMP含量变化的结果，提示微波辐照后，细胞内cAMP参与了DNA合成调控。值得注意的是，虽然3H-TdR掺入量的变化与细胞内cAMP含量改变有关，但二者变化仍不尽相同，表现为0.5 mW/cm2辐照30分钟后cAMP显著降低，DNA合成却无明显升高；50.0 mW/cm2辐照60分钟后出现DNA合成受抑，而细胞内cAMP与假性暴露组比较却无明显差别。提示：受照细胞代谢除cAMP参与细胞调控外，还存在另外调控因素。
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2.微波辐照诱导的细胞内Ca2+浓度变化，可能与细胞DNA合成有关。细胞内Ca2+通过与钙调蛋白(CaM)结合而激活蛋白激酶或磷酸酶，产生一系列蛋白磷酸化反应，向核内传递增殖信号，诱导核内基因表达，促进DNA合成。故本研究中0.5 mW/cm2微波辐照30分钟出现cAMP下降，而DNA合成并未增强，可能与此刻细胞内Ca2+下降有关；但若微波辐照所致细胞内Ca2+超载，将对细胞生长、增殖起阻碍作用，并对细胞产生杀伤效应。因此，50.0 mW/cm2辐照60分钟，DNA合成明显受抑，而cAMP含量却未发现明显升高，但细胞内Ca2+明显超载，表明高强度微波辐照下，细胞内Ca2+参与的DNA调控起主要作用。因此，微波对细胞内Ca2+的影响远非Dutta[6]和Lyle等[7]所观察到单纯细胞Ca2+内流及外溢的改变，更重要的是因微波导致的Ca2+内流及外排失衡，使细胞内Ca2+浓度改变而引起的一系列细胞代谢变化。
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3.一定时间的微波辐照可改变细胞膜粘度。细胞内Ca2+浓度的维持与膜结构和功能有关，合适的细胞膜粘度是膜功能正常发挥的一个重要条件。经过一定微波辐照，细胞膜粘度可发生改变，表现出明显的时间和剂量依从性，说明微波交变电磁场作用于膜上离子物质或偶极子蛋白质分子，改变膜脂固有的运动方式，影响膜结构和功能，破坏了物质转运的基础，导致细胞代谢失常。
综上所述，微波作用于细胞，可改变细胞膜结构和功能，造成细胞内Ca2+、cAMP浓度发生变化，进而对细胞代谢产生影响，或促进或抑制细胞增殖，杀伤细胞。
参 考 文 献
1 Henry Lai,Narendra P.Acute low-intensity microwave exposure increase DNA singlestand breaks in rat brain cell.Bioelectromagnetics,1995,16:207～210.
, 百拇医药
2 Byus CV,Robert L,Fletcher RM.The effect of microwave radiation on the cell genone.Mutat Res,1990,243:87～93.
3 Cleary SF,Liu LM,Merchant R.In vitro lyphocyte proliferation induced by radio-frequencyelectromagnetic radiation under isothermal conditions.Bioelectromagnetics,1990,11:47～56.
4 程锦轩，张一彬.蝙蝠葛苏林碱对兔淋巴细胞内钙含量的影响.中国药理学报,1992，8：198～201.
5 齐子荣.238 PUa粒子体外诱生人胚肺细胞癌变的膜脂流动性特性.中华放射医学与防护杂志，1991，24：392～395.
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6 Dutta SK,Ghosh B,Blackman CF.Radiofrequency radiation induced calcium ion efflux enhancement from human and other neuroblastoma cells in culture.Bioelectromagentics,1989,10:197～202.
7 Lyle DB.Calcium uptake by leukemic and normal T-lymphocytes exposed to low frequency magnetic fields.Bioelectromagnetics,1992,12:145～156.
(收稿:1997-03-11 修回：1997-07-24), 百拇医药