中国辐射卫生  2010, Vol. 19 Issue (2): 132-134  DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2010.02.056

引用本文 

窦燕, 王德文, 张闽峰, 彭瑞云, 张俊松, 邓节喜, 郭以河. 电磁辐射对大鼠心肌细胞Bcl-2和Bax表达的影响[J]. 中国辐射卫生, 2010, 19(2): 132-134. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2010.02.056.
DOU Yan, WANG De-wen, ZHANG Min-feng, et al. A Study of the Expression of Bcl-2 and Bax in Rat Hearts Induced by Electromagnetic Radiations[J]. Chinese Journal of Radiological Health, 2010, 19(2): 132-134. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2010.02.056.

基金项目

全军"十五"指令性项目课题(No.01L023)

通讯作者

王德文(1938~), 男, 山西人, 教授, 博士生导师, 从事军事病理学研究

文章历史

收稿日期：2010-01-21
Contents              Abstract              Full text              Figures/Tables              PDF
电磁辐射对大鼠心肌细胞Bcl-2和Bax表达的影响
窦燕 1, 王德文 2, 张闽峰 1, 彭瑞云 2, 张俊松 1, 邓节喜 1, 郭以河 1     
1. 解放军第175医院, 福建 漳州 363000;
2. 军事医学科学院放射医学研究所, 北京 100850
收稿日期：2010-01-21
基金项目：全军"十五"指令性项目课题(No.01L023)
作者简介：窦燕(1978~), 女, 江苏扬州人, 主治医师, 从事临床心血管病专业.
通讯作者：王德文(1938~), 男, 山西人, 教授, 博士生导师, 从事军事病理学研究.
摘要：目的 对比性研究3种波段电磁辐射对大鼠心肌细胞Bcl-2和Bax的表达变化, 探讨其损伤心肌细胞凋亡的可能机制。方法 180只Wistar大鼠电脑随机分为对照组(C)、S波段微波辐照组(S)、X波段微波辐照组(X)、电磁脉冲辐照组(E), 分别于辐照后6h、1d、3d、7d、14 d、28 d活杀, 切取大鼠心脏标本行组织学、免疫组织化学检测Bcl-2和Bax的表达, 应用图像分析技术, 定量研究3种波段辐照后大鼠心脏组织Bcl-2和Bax的表达变化规律。结果 3种波段辐照后6h~7d大鼠心脏组织损伤呈加重趋势, 心肌纤维排列紊乱, 糖原颗粒减少, 核染色质浓缩, 蒲肯野纤维溶解, 间质水肿, 心肌间有浆液渗出; 与对照组相比, 心肌细胞凋亡增加, Bax和Bcl-2表达均增加(P < 0.05), 但Bax促凋亡表达强于Bcl-2的表达强度。14~28d后心脏呈修复恢复期, 14~28d后各组Bcl-2和Bax蛋白表达比6h~7d有所减弱, Bcl-2表达强于Bax表达强度, 但仍较对照组表达强。6~12个月心脏组织与对照组基本相似。结论 电磁辐射对心脏损伤过程中, 心肌细胞凋亡起着重要的作用, 并与凋亡蛋白Bax和Bcl-2表达改变有关, 且高功率微波作用较电磁脉冲明显, 而X的作用又较S明显。
关键词：电磁辐射    心肌细胞    Bcl-2    Bax    
A Study of the Expression of Bcl-2 and Bax in Rat Hearts Induced by Electromagnetic Radiations
DOU Yan 1, WANG De-wen 2, ZHANG Min-feng 1     
1. The 175th hospital of PLA, Zhangzhou 363000 China;
2. Institute of Radiation Medicine, Academy of Military Medical Sciences, Beijing 100850 China
Abstract: Objective To study contrastly the variation of the expression of Bcl-2 and Bax protein in rat hearts induced by three kinds of Band Electromagnetic Radiations [X-band、S-band and Electromagnetic pluse (EMP)]and investigate the possible mechanism of apoptosis. Methods 180 healthy Wistar rats were randomly divided into four groups:a control group (n=36) and three experimental groups (n=48) respectively treated with X-band、S-band high power microwave and EMP.At different time points (6 hours, 1、3、7、14、28 days, 6 months, 12 months), the rats were killed after irradiated.We observed the pathological changes, examined the expression of Bcl-2 and Bax protein by using immunohistochemical technique and study the rule of change quantitatively by using imagine analysis technique. Results The injury of rat hearts was more and more serious at 6 hours-7 days:cardiomyofilaments were deranged; Glycogen were dicreased; Purkinje cells lysis; martix swelling and exudative serous.The expression of Bax and Bcl-2 protein was both stronger than the control group's (P < 0.05).It means apotosis increase.The injured hearts showed resumptive at 14-28 days, and returned to normal progressively at 6-12 months. Conclusion Apoptosis might play an important role in the process of hearts injury induced by electromagnetic radiations and was relative to the expression of Bcl-2 and Bax protein.The injury grades are X > S > EMP.
Key words: Electromagnetic Radiations    Heart    Bcl-2    Bax    

心脏是对微波辐射敏感的靶器官之一, 微波辐射可造成心脏组织的结构和功能损伤。近年来的研究表明, 许多病理情况造成的心肌损伤均存在心肌细胞的凋亡[1]。随着通讯、电器设备的应用及功率和频率的日益增高, 辐射强度也随之增强, 已成为损伤人类健康的重要物理因素之一。不同波段微波的生物效应可能不同, 本研究旨在探讨具有代表性的3种波段电磁辐射后大鼠心肌细胞Bcl-2和Bax的表达变化, 拟探讨电磁辐射对心脏心肌细胞损伤的分子机制。

1 材料与方法 1.1 实验动物分组及处理

二级Wistar大鼠180只, 雄性, 体质量(200 ±20) g, 由军事医学科学院实验动物中心提供, 电脑随机分为对照组(36只)、EMP辐照组(48只)、S波段辐照组(48只)、X波段辐照组(48只), 分别于辐照后6h、1d、3d、7d、14d、28d、6及12个月活杀动物, 每次每组4~6只, 矢状位切取大鼠心脏组织标本, 经10%中性甲醛固定。

1.2 方法 1.2.1 辐照条件

E场强6 ×104V· m-1; S平均功率密度100mW· cm-2; X平均功率密度100mW· cm-2; 全身辐照。

1.2.2 主要试剂

小鼠抗大鼠Bcl-2单克隆抗体、小鼠抗大鼠Bax单克隆抗体(武汉博士德公司); SP免疫组织化学试剂盒、DAB显色试剂盒(福州迈新公司)。

1.2.3 免疫组织化学检测观察

大鼠心脏组织取材标本经常规梯度乙醇脱水, 二甲苯透明, 石蜡包埋, 切片厚度4μm, 行3种电磁辐射辐照后心脏标本的Bcl-2和Bax表达。Bcl-2、Bax以胞浆及胞膜内侧出现棕黄色颗粒为阳性。

1.2.4 图像分析及定量检测

在光镜切片10 ×40倍视野下, 应用MIAS410病理图像扫描分析系统对心肌细胞组化染色结果进行积分光密度(IOD)测定。

1.3 统计分析

数据以x±s表示, 用SPSS11.0分析软件进行t检验。

2 结果

3种波段辐照后6h~7d大鼠心脏组织损伤呈加重趋势, 心肌纤维排列紊乱, 糖原颗粒减少, 核染色质浓缩, 蒲肯野纤维溶解, 间质水肿, 心肌间有浆液渗出; 14~28d后心脏呈修复恢复期; 6~12个月心脏组织与对照组基本相似(图 1~2)。辐射对大鼠心脏损伤发生速度和损伤程度比较, X波段>S波段>电磁脉冲(EMP)。免疫组化显示对照组可见心肌细胞Bcl-2和Bax表达呈弱阳性, 3种电磁辐射辐照后心脏标本的Bcl-2和Bax表达均呈动态变化照后6h~7d, 各组Bcl-2和Bax蛋白表达均增强, 但Bax促凋亡表达强于Bcl-2的表达强度, 均较对照组表达增强; 14-28d后各组Bcl-2和Bax蛋白表达比6h- 7d有所减弱, Bcl-2表达强于Bax表达强度, 但仍较对照组表达强(表 1); 照后6m-12m辐射损伤已基本恢复, Bcl-2和Bax蛋白表达强弱均与对照组相似(图 3~6)。Bcl-2和Bax蛋白参与了细胞损伤及修复也体现在电磁辐射对心脏损伤病理过程中, 根据细胞损伤程度不同, 其表达也不一样, 其表达规律近似, 同一时间点Bcl-2和Bax表达以X组最强, S次之、EMP组最弱; 14和28d表达强度逐渐减弱, 6m~12m表达强度和对照组相似; 表达的规律和常规光镜检查基本一致。6~12m损伤HE示基本恢复, 组化结果支持, 没作统计学处理。

图 1 对照组心肌组织HE×100

图 2 S波段辐照6h心肌变性HE×100

表 1 照射后各组Bcl-2和Bax表达图像分析积分光密度(IOD)变化(x±s)

图 3 对照组心肌组织Bax×100

图 4 X波段辐照12m心肌组织Bax×100

图 5 X波段辐照6h心肌细胞Bax表达SP×1000

图 6 X波段辐照6h心肌细胞Bcl-2表达SP×100
3 讨论

国内外流行病学调查和动物实验证明, 心脏是电磁辐射损伤的靶器官之一。既往研究发现:用X波段、S波段HPM微波照射大鼠后, 发现各组心脏组织均出现不同程度的改变[2-4]; EMP对心肌辐照后使心肌细胞自律性搏动减慢、细胞肿胀、部分细胞死亡等改变[5]; 但其发生机制仍需进一步阐明。

在生理条件下, 细胞有序而协调地激活凋亡诱导基因和凋亡抑制基因共同控制着细胞代谢功能, 维持细胞内环境的动态平衡。细胞凋亡作为区别于坏死的另一种形式, 随着线粒体膨胀、外膜裂解和一系列前凋亡因子的释放, 最终激活Caspase家族蛋白酶, 介导了一系列和细胞骨架、细胞膜、细胞核有关的蛋白质切割水解, 在细胞凋亡中起着重要的作用[6]。对于心肌细胞, 胞浆Ca2+是其兴奋-收缩偶联的关键因素, Ca2+浓度必须处于严格的调控之中, 一旦钙稳态失调将导致细胞功能异常, 严重时可诱导细胞损伤或凋亡[7]。Bcl-2是一种凋亡抑制基因, Bcl-2蛋白主要位于线粒体外膜、内质网膜和核膜, 它可保护膜的稳定性, 减少细胞内Ca2+浓度的改变, 从而阻止凋亡信号的传导, Bcl-2基因的表达及其蛋白增加可抑制细胞凋亡。而Bax基因与Bcl-2基因具有高度同源的序列, 但其作用与Bcl-2基因相反, 属于促凋亡基因, Bax可以和Bcl-2形成多聚体来调节线粒体膜的通透性, 最终调节细胞的凋亡或存活, 两者间相互作用调控细胞凋亡[8]。Bcl-2和Bax的比率可决定细胞对凋亡信号的敏感性, Bcl-2蛋白表达超过Bax蛋白时抑制凋亡, Bax蛋白表达超过Bcl-2蛋白时就会促进凋亡[9, 10]。本实验对3种波段(X、S、EMP)电磁辐射不同时段心脏标本进行常规HE光镜观察:3种波段辐照后6h~7d大鼠心脏组织损伤呈加重趋势, 心肌纤维排列紊乱, 糖原颗粒减少, 核染色质浓缩, 间质水肿等变化; 14~28d后心脏呈修复恢复期; 6 ~12m心脏组织与对照组基本相似。并进行了心脏标本的Bcl -2和Bax检测分析, 3种电磁辐射辐照后心脏标本的Bcl-2和Bax表达均呈动态变化, 实验组和对照组在损伤较严重的6h ~7d中Bcl-2和Bax蛋白表达均增强(P < 0.05), 心肌细胞受到照射后细胞内的Bax蛋白增加, 从而促进细胞凋亡, Bcl-2蛋白也随之增加来抑制细胞凋亡, 但是细胞产生的促凋亡因子速率大于自身凋亡抑制速度, 出现细胞损伤和凋亡, Bax蛋白表达强于Bcl-2的表达强度; 机体自身有一种修复功能, 在辐射终止到一定时期后, 达到一种损伤和修复的平衡, 进而14~ 28d进入细胞的修复期, 14~28d后各组Bcl-2和Bax蛋白表达比6h~7d有所减弱, Bcl-2表达稍强于Bax表达强度, 但仍较对照组表达强, 提示心肌细胞进入修复恢复期, 但仍较对照组表达强; 照后6m~12m辐射损伤已基本恢复, Bcl-2和Bax蛋白表达强弱均与对照组相似。

综上所述, 辐射组所致的心肌细胞损伤、凋亡和恢复, 这可能是心肌被辐射后恢复过程中损伤和抗损伤相互拮抗的一种表现, 其机制可能与其抗自由基损伤、上调Bcl-2和下调Bax蛋白表达有关, 至于其他分子机制尚需进一步研究。

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