The Effect of 1800 MHz Radio Frequency Electromagnetic Field Exposure on the Expression of GFAP，NCAM and GABA Receptors in Hippocampus of Rats
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摘要:
目的 探究 1800 MHz射频电磁场对大鼠的体重和海马体胶原纤维酸性蛋白（GFAP）、神经细胞黏附分子（NCBA）和γ-氨基丁酸（GABA）受体表达的影响。方法 购买SD大鼠14只，分为暴露组和对照组，暴露组雌雄比例3∶4，对照组雌雄比例4∶3。暴露频率 1800 MHz，强度0.5 mW/cm2。全身暴露3周，每天12 h（20:00～08:00）。暴露结束后，对2组老鼠分别称重。应用免疫组织化学技术对大鼠海马组织切片GFAP、NCBA、GABA受体进行染色，并测定GFAP、NCBA和GABA受体在海马CA1、CA3和DG区的表达变化。结果 暴露组与对照组体重指标无明显不同（P > 0.05）；暴露组海马CA1区、DG区GFAP的表达下降（ P < 0.05），其他各组比较无明显不同（ P > 0.05）。 结论 在 1800 MHz，0.5 mW/cm2射频电磁场使SD大鼠暴露3周，大鼠海马CA1和DG区GFAP表达下降，可能对某些脑部疾病有所影响。Abstract:Objective To explore the effects of 1800 MHz radio frequency electromagnetic fields on the body weight and expression of Glial fibrillary acidic protein （GFAP）, Neural Cell Adhesion Molecule （NCAM） and Gamma-Amino Butyric Acid （GABA） receptors in hippocampus of rats.Methods 14 SD rats were divided into the exposure group and the control group and the ratio of male to female was 3∶4 in the exposure group and 4∶3 in the control group. Exposure frequency 1800 MHz, intensity of 0.5 mW/cm2 RF field. Systemic exposure to three weeks, 12 hours a day （20:00-08:00）. After the exposure, the rats in the two groups were weighed respectively. Immunohistochemical techniques hippocampus GFAP stained sections, and GFAP NCAM and GABA receptors expression was measured in the hippocampus CA1, CA3 and DG （dentate gyrus）regions.Results The exposure group and the control group showed no significant difference in the body weight （P > 0.05）; the expression of GFAP in the CA1 and DG areas of the hippocampus decreased （ P < 0.05）, and there was no statistical significance in the other groups （ P > 0.05）. Conclusion At a frequency of 1800 MHz, an intensity of 0.5 mW/cm2 RF electromagnetic field SD rats are exposed for 3 weeks in rat hippocampal CA1 region and DG GFAP expression decreased, which may affect certain brain diseases.-
Key words:
- Radiofrequency electromagnetic field /
- Physiological growth /
- Hippocampus
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射频电磁场（radiofrequency electromagnetic field，RF）是指频率在100 kHz～300 GHz的电磁场，主要由手机、基站等通信设备产生[1]。相关研究报道，长期的射频电磁场暴露可能对生物体的神经系统、消化系统、血液系统、生殖系统等方面均有不同程度的影响[2]。机体大脑是对射频电磁场敏感的器官之一[3]，脑组织受到射频电磁场后，会出现学习和记忆功能的改变，这是射频电磁场生物学效应的重点研究领域之一。胶原纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）是星形胶质细胞中特异性的中间丝蛋白，随着生长发育过程发生变化，并在神经退行性病变过程中发生相应改变[4]。神经细胞黏附分子（neural cell adhesion molecule，NCAM）是成人神经可塑性的主要贡献者，可能参与中枢神经系统损伤修复、神经发育以及与年龄相关的认知功能下降等过程[5-6]。γ-氨基丁酸（gamma-amino butyric acid，GABA）是中枢神经系统内重要的抑制性神经递质，许多研究都已经证实GABA与认知、学习记忆密切相关[7-8]。本研究通过观察SD大鼠暴露后的体重及其海马内的GFAP、NCAM和GABA受体的变化，评估射频电磁场对大鼠的生理发育指标和海马体的影响。
1. 材料与方法
1.1 动物分组
14只7周龄SPF级SD大鼠，雄鼠体重均在250～270 g，雌鼠体重均在200～220 g，由上海斯莱克实验动物公司提供［动物许可证号：SCXK（沪）2017-0005］。适应环境1周后，分为暴露组和对照组，每组7只。暴露组雌雄比例3∶4，对照组雌雄比例4∶3。每天暴露时间固定12 h（20:00～8:00），持续3周。
1.2 暴露装置
射频电磁场暴露装置如之前研究所描述[9]，由惠普公司生产的信号发生装置（8614A Signal Generator 0.8～2.4 GHz）连接1个放大器（SCD Amplificateur Lineaire 1.3～2.6 GHz Made France）产生频率
1800 MHz微波，功率密度为0.5 mW/cm2。1.3 主要仪器与试剂
兔抗鼠GFAP多克隆抗体（武汉博士德公司），山羊抗兔SP免疫组化试剂盒和DAB染色剂（福州迈新公司），多聚甲醛、明胶等免疫组化实验常规试剂均为分析纯，8592C频谱分析仪（惠普，美国），Model7620微波辐射测试仪（Narda，美国），8614A信号发生装置、信号放大器（惠普，美国），TX-B8H WiFi
2400 MHz 发射装置（深圳市特信电子有限公司，中国），CM1900冰冻切片机（德国莱卡公司），90i摄影生物显微镜（日本尼康公司），Image Pro Plus 6.0病理图像分析系统（美国 Media Cybernetics 公司）。1.4 大鼠海马组织CA1区、CA3区、DG区GFAP表达的测定
1.4.1 取材
大鼠用戊巴比妥钠溶液腹腔注射麻醉，解剖后经主动脉插管，用4%多聚甲醇溶液（pH = 7.4）灌流固定，断头取脑，浸入装有多聚甲醇溶液的容器中，放在4 ℃冰箱中后固定
1.4.2 组织切片
将固定好的脑组织块应用梯度蔗糖溶液脱水至脑组织沉底，随后将大鼠海马组织从脑组织中分离，再用冰冻切片机将海马组织沿长轴方向行20 μm厚的连续冠状切片，每个海马组织取20～30张切片，将切片放入0.01 ml/L磷酸盐缓冲液中孵育保存并尽快测定。
1.4.3 免疫组化染色
使用免疫组化反应链霉菌抗生物素蛋白-过氧化物酶法（streptavidin-peroxidase method，SP法）进行染色，按说明书操作。用PBS冲洗，加一抗（1∶
4000 ）4 ℃过夜。再次用PBS冲洗，二抗37 ℃ 2 h。常规脱水，透明，封片。1.4.4 图像及分折
每张切片分别在海马CA1区、CA3区、DG区随机选取2个视野摄片，每张切片拍摄6次。拍片时均使用研究级显微镜，预实验找到最佳拍摄条件后，所有标本均按此条件进行拍片。拍摄完成后用IPP6.0图像分析软件进行图片分析，测定GFAP、NCAM、GABA阳性染色平均光密度值（mean optical density，MOD），然后求6个视野所测MOD值的平均值，此平均值即为该区域的最终MOD值。
1.5 统计学处理
应用SPSS17.0录入数据进行分析，对数据进行正态性检验。如数据符合正态分布，采用独立样本t检验进行比较，数据采用均数±标准差（ $ \bar x \pm s $）表示，P < 0.05差异有统计学意义。
2. 结果
2.1 一般结果
各组未发现老鼠出现死亡和其他异常情况，外观正常。各组体重指标经统计分析，差异无统计学意义（p > 0.05），2组大鼠的体重无明显不同，见 表1。
表 1 大鼠一般情况分析（ $ \bar x \pm s $）Table 1. General situation analysis of rat （ $ \bar x \pm s $）分组 动物数（n） 性别（雌/雄） 体重（g） t/P 暴露组 7 3/4 223.50 ± 35.94 t= −0.49 对照组 7 4/3 215.57 ± 34.51 P= 0.633 2.2 GFAP在大鼠海马各区的表达
GAFP在大鼠海马CA1区、CA3区和DG区均有表达，阳性免疫组化染色结果呈褐色或棕褐色，形似蜘蛛，见图1。
图 1 GFAP在大鼠海马各区的表达（SP法染色，×400）A：GFAP在暴露组大鼠海马CA1区表达；B：GFAP在暴露组大鼠海马CA3区表达；C：GFAP在暴露组大鼠海马DG区表达；D：GFAP在对照组大鼠海马CA1区表达；E：GFAP在对照组大鼠海马CA3区表达；F：GFAP在对照组大鼠海马DG区表达。Figure 1. Expression of GFAP in rat hippocampus（SP，×400）2.2.1 GFAP在大鼠海马各区MOD结果比较
海马各区GFAP经统计分析，与对照组相比，CA1区、DG区差异有统计学意义（P < 0.05），CA3区无统计学意义（ P > 0.05）。经射频电磁辐射21 d，暴露组大鼠海马CA1区、DG区GFAP的表达下降，见 表2。
表 2 大鼠海马不同区域的GFAP表达MOD值（ $ \bar x \pm s $）Table 2. MOD value of GFAP expression in different regions of rat hippocampus （ $ \bar x \pm s $）分组 动物数（n） CA1区 CA3 DG区 暴露组 7 0.07 ± 0.06* 0.11 ± 0.05 0.07 ± 0.06* 对照组 7 1.50 ± 0.52 0.05 ± 0.06 1.50 ± 0.51 t = −3.349 t = −1.894 t = −3.809 P = 0.006 P = 0.083 P = 0.002 与对照组相比，*P < 0.05。 2.3 NCAM在大鼠海马各区的表达
NCAM受体在海马CA1区、CA3区及DG区均有表达，阳性表达免疫组化呈棕色或棕褐色，形状为颗粒状，见图2。
图 2 NCAM在大鼠海马各区的表达（免疫组化SP法染色，×400）A：NCAM在暴露组大鼠海马CA1区表达；B：NCAM在暴露组大鼠海马CA3区表达；C：NCAM在暴露组大鼠海马DG区表达；D：NCAM在对照组大鼠海马CA1区表达；E：NCAM在对照组大鼠海马CA3区表达；F：NCAM在对照组大鼠海马DG区表达。Figure 2. The expression of NCAM in rat hippocampus（SP，×400）2.3.1 NCAM免疫组织MOD结果比较
NCAM表达的海马各区MOD值经统计分析分析，差异无统计学意义（P > 0.05）。经射频电磁辐射21 d，暴露组大鼠海马各区NCAM的表达无改变，见 表3。
表 3 大鼠海马不同区域的NCAM表达MOD值（ $ \bar x \pm s $）Table 3. MOD value of NCAM expression in different regions of rat hippocampus（ $ \bar x \pm s $）分组 动物数（n） CA1区 CA3 DG区 暴露组 7 0.05 ± 0.03 0.03 ± 0.02 0.05 ± 0.02 对照组 7 0.04 ± 0.03 1.50 ± 0.52 0.06 ± 0.03 t = 0.591 t = −0.200 t = −1.100 P = 0.565 P = 0.854 P = 0.293 2.4 GABA在海马各区的表达
GABA 受体在海马CA1区、CA3区及DG区均有表达，阳性表达免疫组化呈棕色或棕褐色，形状为颗粒状，见图3。
图 3 GABA在大鼠海马各区表达（免疫组化SP法染色，×400）A：GABA在暴露组大鼠海马CA1区表达；B：GABA在暴露组大鼠海马CA3区表达；C：GABA在暴露组大鼠海马DG区表达；D：GABA在对照组大鼠海马CA1区表达；E：GABA在对照组大鼠海马CA3区表达；F：GABA在对照组大鼠海马DG区表达。Figure 3. The expression of GABA in rat hippocampus（SP，×400）2.4.1 GABA免疫组织MOD值比较结果
GABA表达的海马各区MOD值经统计分析结果如下，差异无统计学意义（P > 0.05）。经射频电磁辐射21 d，暴露组大鼠海马各区NCAM的表达无改变，见 表4。
表 4 大鼠海马不同区域的GABA表达MOD值（ $ \bar x \pm s $）Table 4. MOD value of GABA expression in different regions of rat hippocampus （ $ \bar x \pm s $）分组 动物数（n） CA1区 CA3 DG区 暴露组 7 0.07 ± 0.04 0.07 ± 0.03 0.03 ± 0.02 对照组 7 0.05 ± 0.04 0.04 ± 0.02 0.05 ± 0.05 t = 0.550
t = 1.662 t = −0.870 P = 0.593 P = 0.131 P = 0.402 3. 讨论
本次实验选择的GFAP、NCAM、GABA受体变化可反应RF-EMF对脑部的损伤程度暴露条件，模拟人群所处的
1800 MHz射频电磁场环境，进行全身暴露。经过3周，12 h/d的暴露后，2组大鼠的形态学未发现改变，大鼠海马CA1区、DG区GFAP的表达下降。海马体是哺乳动物中枢神经系统的重要组成部分，是学习记忆功能的结构基础[10-14]。Maskey等[15]将大鼠暴露于835 MHz射频电磁场中，暴露1个月后，海马CA1区神经变性。在Altum等[16]的报告中，在射频电磁场暴露15 d，海马CA1区和CA2区神经元明显减少，而CA3区无明显差异。有报道，每天通过手机产生的900 MHz射频电磁场，动物暴露此环境15 d后，在海马CA1、CA3和齿状回亚区出现神经变性[17]。由此，笔者推测射频电磁场可能海马的CA1、CA3和DG区有所影响。
星形胶质细胞能够调节脑内的离子和神经递质的稳态，具有代谢功能，并在脑损伤时做出反应[18]。GFAP与阿尔茨海默病（alzheimer’s disease，AD）、抑郁症、中风和脑缺血等脑部疾病有关[19-21]。相关研究发现，将大鼠暴露于高强度射频电磁场后发现，脑内GFAP含量增加并对记忆功能有所影响[22]。国内研究发现，将50只雄性大鼠暴露在高功率的射频电磁场后发现，大鼠的学习记忆明显降低，星形胶质细胞中的GFAP含量增加[23]。因此，GFAP含量的增多可能会导致学习和记忆功能下降。NCAM与胶质细胞瘤、一氧化碳中毒后迟发性脑病和痴呆等疾病有关[24-26]，同时也参与了学习记忆的过程。研究发现，
1800 MHz电磁波，度值为0.5 m W/cm2的暴露下可致出生后SD大鼠海马NCAM表达下调，并且NCAM的下调可能是低剂量电磁波影响学习记忆的原因之一[27-28]。γ-氨基丁酸是一种天然存在的非蛋白组成氨基酸，具有极重要的功能，与认知功能存在一定的关系。早期便有研究者证明了在一定条件的电磁辐射暴露下，GABA受体表达较对照组增高进而可能影响人的神经行为[29]。另外，在强度为2450 MHz，功率密度为为5.0、10.0 mW/cm2的条件下，研究者发现昆明小鼠的GABA含量增高，学习记忆损伤逐渐加重[30]。在其他领域也证实，低功率密度微波辐射可以通过增加GABA、降低谷氨酸对小鼠的学习记忆产生损害[31]。本研究结果表明，大鼠暴露于射频电磁场21 d后，大鼠海马CA1区、DG区GFAP的表达下降。根据相关的研究，笔者认为，在本实验条件下，
1800 MHz射频电磁场暴露可对海马CA1和DG区的GFAP表达有影响，本实验只进行了初步探索，在同样条件是否对海马CA1区、CA3区以及DG区的GFAP、NCAM和GABA受体表达产生影响，还需要进一步的研究。 -
图 1 GFAP在大鼠海马各区的表达（SP法染色，×400）
A：GFAP在暴露组大鼠海马CA1区表达；B：GFAP在暴露组大鼠海马CA3区表达；C：GFAP在暴露组大鼠海马DG区表达；D：GFAP在对照组大鼠海马CA1区表达；E：GFAP在对照组大鼠海马CA3区表达；F：GFAP在对照组大鼠海马DG区表达。
Figure 1. Expression of GFAP in rat hippocampus（SP，×400）
图 2 NCAM在大鼠海马各区的表达（免疫组化SP法染色，×400）
A：NCAM在暴露组大鼠海马CA1区表达；B：NCAM在暴露组大鼠海马CA3区表达；C：NCAM在暴露组大鼠海马DG区表达；D：NCAM在对照组大鼠海马CA1区表达；E：NCAM在对照组大鼠海马CA3区表达；F：NCAM在对照组大鼠海马DG区表达。
Figure 2. The expression of NCAM in rat hippocampus（SP，×400）
图 3 GABA在大鼠海马各区表达（免疫组化SP法染色，×400）
A：GABA在暴露组大鼠海马CA1区表达；B：GABA在暴露组大鼠海马CA3区表达；C：GABA在暴露组大鼠海马DG区表达；D：GABA在对照组大鼠海马CA1区表达；E：GABA在对照组大鼠海马CA3区表达；F：GABA在对照组大鼠海马DG区表达。
Figure 3. The expression of GABA in rat hippocampus（SP，×400）
表 1 大鼠一般情况分析（ $ \bar x \pm s $）
Table 1. General situation analysis of rat （ $ \bar x \pm s $）
分组 动物数（n） 性别（雌/雄） 体重（g） t/P 暴露组 7 3/4 223.50 ± 35.94 t= −0.49 对照组 7 4/3 215.57 ± 34.51 P= 0.633 
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表 2 大鼠海马不同区域的GFAP表达MOD值（ $ \bar x \pm s $）
Table 2. MOD value of GFAP expression in different regions of rat hippocampus （ $ \bar x \pm s $）
分组 动物数（n） CA1区 CA3 DG区 暴露组 7 0.07 ± 0.06* 0.11 ± 0.05 0.07 ± 0.06* 对照组 7 1.50 ± 0.52 0.05 ± 0.06 1.50 ± 0.51 t = −3.349 t = −1.894 t = −3.809 P = 0.006 P = 0.083 P = 0.002 与对照组相比，*P < 0.05。
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表 3 大鼠海马不同区域的NCAM表达MOD值（ $ \bar x \pm s $）
Table 3. MOD value of NCAM expression in different regions of rat hippocampus（ $ \bar x \pm s $）
分组 动物数（n） CA1区 CA3 DG区 暴露组 7 0.05 ± 0.03 0.03 ± 0.02 0.05 ± 0.02 对照组 7 0.04 ± 0.03 1.50 ± 0.52 0.06 ± 0.03 t = 0.591 t = −0.200 t = −1.100 P = 0.565 P = 0.854 P = 0.293
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表 4 大鼠海马不同区域的GABA表达MOD值（ $ \bar x \pm s $）
Table 4. MOD value of GABA expression in different regions of rat hippocampus （ $ \bar x \pm s $）
分组 动物数（n） CA1区 CA3 DG区 暴露组 7 0.07 ± 0.04 0.07 ± 0.03 0.03 ± 0.02 对照组 7 0.05 ± 0.04 0.04 ± 0.02 0.05 ± 0.05 t = 0.550
t = 1.662 t = −0.870 P = 0.593 P = 0.131 P = 0.402
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