电离辐射对大鼠海马区神经发生及TrkA和TrkB表达的影响

目的 探讨电离辐射对大鼠海马区神经发生以及TrkA、TrkB蛋白表达的影响。方法 将56只SD大鼠按随机数字表法分为照射组（28只）和健康对照组（28只）,照射组给予单次10 Gy全脑照射。分别于照后1、3 d,2周以及1个月取海马组织,应用免疫荧光染色观察神经元增殖变化,Golgi染色观察海马树突棘形态变化,Western blot及RT-PCR分别检测TrkA、TrkB蛋白及RNA水平变化。结果 与健康对照组比较,免疫荧光染色显示照射组双皮质素（DCX）数量明显减少（t=6.49,P<0.05）。照射组海马树突棘明显减少,且树突棘的形态变化明显。与健康对照组相比,照后不同时间照射组TrkA蛋白表达明显升高（t=2.64、3.06、4.80、2.64, P<0.05）,而TrkB的表达则显著下降（t=4.59、3.06、2.81、2.57, P<0.05）;TrkA mRNA表达水平明显升高（t=4.57、3.06、5.39、5.86, P<0.05）,TrkB的表达显著下降（t=14.87、11.69、4.98,P<0.05）。结论 作为神经生长因子、脑源性神经因子重要的下游信号通路分子,全脑照射后TrkA、TrkB的表达变化,可能在电离辐射所致海马神经发生损伤中发挥重要作用。     

低剂量电离辐射对大鼠海马新生神经元树突生长发育的抑制作用

目的 观察电离辐射对幼年大鼠海马齿状回新生神经元树突生长发育的影响。方法 SD大鼠按随机数字表法分为照射组(20只)和健康对照组(20只),照射组给予单次2 Gy全脑照射。所有大鼠均予海马区立体定向注射反转录病毒标记新生神经元,免疫荧光染色观察照射后不同时间新生神经元树突形态的变化。结果 与健康对照组相比,照射组在照射后2周和4周新生神经元树突总长度、最长树突的长度均显著减少(t=3.10、2.07、2.94、4.02,P<0.05),神经元分支数在照射后2周显著减少(t=2.23,P<0.05)。照射后4周,海马区新生神经元数量显著降低(t=8.43,P<0.05)。结论 低剂量电离辐射可抑制幼年大鼠海马齿状回新生神经元的生长发育,这可能是射线致海马依赖的认知功能障碍发生的机制之一。     

5.8 GHz射频辐射对大鼠学习记忆和海马神经元突触可塑性的影响

目的 探讨5.8 GHz射频辐射（radiofrequency,RF）暴露对大鼠学习记忆和海马神经元突触可塑性的影响,为科学评价5.8 GHz RF的潜在健康危害提供理论和实验参考。方法 56只健康成年雄性Sprague-Dawley大鼠按随机数表法分为假暴露组（Sham）和射频暴露组（RF）,每组28只,RF组每天暴露1 h,连续暴露15 d或30 d,频率为5.8 GHz,全身比吸收率为1.15 W/kg。采用Morris水迷宫检测大鼠学习记忆能力;Nissl染色观察大鼠海马组织结构及神经元数量;Golgi染色观察大鼠海马CA1区树突棘密度;Western blot检测海马组织内突触后致密蛋白PSD95、突触小泡蛋白Synaptophysin的水平;液相色谱-质谱联用仪检测海马组织内神经递质含量。结果 Morris水迷宫实验中,RF暴露15和30 d,Sham组与RF组大鼠的逃逸潜伏期、穿越平台次数、目标象限停留时间百分比及首次到达平台的潜伏期差异均无统计学意义（P>0.05）;Sham组和RF组海马区组织结构与神经元数量、CA1区树突棘密度（顶树突棘密度：15 d分别为5.10±0.20、4.89±0.24,30 d分别为4.58±0.27、4.49±0.24;基树突棘密度：15 d分别为4.81±0.17、4.79±0.34,30 d分别为4.20±0.27、4.22±0.17）、海马组织内PSD95及Synaptophysin表达水平及海马组织内多种神经递质含量均无明显变化（P>0.05）。结论 本实验条件下的5.8 GHz RF暴露对雄性大鼠空间学习记忆及海马神经元突触可塑性无影响。     

模拟太阳粒子事件对脑的生物效应研究

目的 通过模拟太阳粒子事件辐射,探究其脑损伤效应,为载人深空探测所致辐射健康风险评估提供依据。方法 根据太阳粒子事件主要特征,利用90 MeV的质子全身照射小鼠,照射剂量分别为0、0.1、0.3、0.5、1和2 Gy,照射后3、7 d,采用平衡木测试、转棒测试和新物体识别进行小鼠行为学检测,采用高尔基体染色和尼氏染色法检测海马树突棘密度和尼氏小体数量;采用WST-8法、TBA法和高压液相法检测脑组织超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量和神经递质含量;采用TUNEL法检测细胞凋亡;采用线性和线性平方拟合方法分析剂量与损伤指标变化的量效关系;根据所有脑损伤指标的显著变化的最小剂量点确定脑损伤阈值。结果 与对照组相比,1 Gy质子照射后3和7 d出现丝状伪足树突棘密度显著减小(t=1.82、2.30,P＜0.05)、CA1区异常尼氏小体显著增加(t=2.44、3.77,P＜0.05),照射后7 d即可出现DA含量显著增加(t=2.52,P＜0.05)、Glu含量显著增加(t=4.04,P＜0.05);2 Gy质子照射后3 d出现SOD活力下降(t=3.44,P＜0.05),照射后3、7 d出现MDA含量增加(t=1.90、2.14,P＜0.05)、转棒上攀爬时间减少(t=2.85、2.64,P＜0.05)、新物体识别倾向性下降(t=2.87、2.84,P＜0.05)、海马细胞凋亡增加(t=3.91、3.54,P＜0.05)、5-HT水平增加(t=2.81、2.69,P＜0.05),且在0.1~2 Gy剂量范围内具有剂量-效应关系(R²=0.74~0.99)。结论 90 MeV质子导致小鼠脑损伤的剂量阈值为1 Gy,获得14种量效关系模型,为短期深空飞行乘员的器官剂量限值制定和风险评估提供了生物学依据。     

丰富环境对辐射诱导小鼠认知障碍的保护作用及可能机制

目的 研究丰富环境对辐射诱导小鼠认知功能障碍的保护作用及其可能机制。方法 将45只2月龄雌性昆明小鼠采用随机数表法分为对照组、照射组和照射丰富环境组,每组15只。照射组和照射丰富环境组予以单次4 Gy全身¹³⁷Cs γ射线照射,照射丰富环境组辐射后连续35 d给予丰富环境刺激。新旧事物识别实验检测小鼠认知功能;免疫组织化学方法检测小鼠海马区小胶质细胞标记物IBA-1的表达;Western blot方法检测小胶质细胞激活标记物CD68及突触囊泡素（SYP）的表达。结果 与对照组相比,照射组小鼠在新旧事物识别实验中新事物分辨率降低,海马区IBA-1阳性细胞数目增加,CD68蛋白表达升高,SYP蛋白表达降低（t=3.66、6.83、5.79、6.84,P<0.05）。与照射组相比,照射丰富环境组小鼠新事物分辨率升高,海马区IBA-1阳性细胞数目减少,CD68蛋白表达降低,SYP蛋白表达增加（t=3.56、7.69、4.59、4.06,P<0.05）。结论 4 Gy单次全身¹³⁷Cs γ射线照射可构建放射性认知功能障碍模型,丰富环境可改善模型小鼠认知功能,其机制可能与抑制海马区小胶质细胞激活以及减少神经元突触丢失有关。     

X射线照射对原代培养海马神经元突起生长的作用

目的 探讨X射线照射对离体培养原代海马神经元突起生长的作用。方法 采用离体的方式培养原代海马神经元,分别给予0、2、4、8、10和12 Gy剂量照射,在照射后第1天和第3天,采用MTT法检测电离辐射对原代海马神经元死亡的影响,免疫荧光染色检测电离辐射对原代海马神经元神经突起的影响。结果 在照射后第1天和第3天,随着剂量的增加,海马神经元细胞死亡增多,差异有统计学意义(F=123.068、43.370,P<0.05),但4、8、10和12 Gy照射组间差异无统计学意义(P>0.05)。不同剂量照射后第1天,神经突起长度、总树突分支长度(TDBL)差异均有统计学意义(F=9.169、7.856,P<0.05),照后第3天神经突起长度、TDBL和总树突分支点数(TDBTN)差异均有统计学意义(F=23.797、6.565、6.021,P<0.05)。结论 X射线照射对离体培养的原代海马神经元突起的生长具有抑制作用。     

微波辐射对小鼠联合型学习记忆功能及海马组织结构的影响

目的 探讨微波辐射对联合型学习记忆功能及海马组织结构的影响。方法 将小鼠按随机数表法分为假辐射组和微波辐射组,各27只。采用2.856 GHz、8 mW/cm²微波辐射C57BL/6N小鼠15 min,建立微波辐射动物模型。采用Morris水迷宫和穿梭箱行为学实验,研究微波辐射对小鼠空间学习记忆和联合型学习记忆功能的影响。观察海马组织病理学变化,研究微波辐射后海马组织超微结构改变。结果 Morris水迷宫结果表明,微波辐射后小鼠反向空间探索实验跨越平台次数减少,由(3.60±0.79)次降至(2.55±0.47)次(t = 2.21,P= 0.046);穿梭箱实验结果表明,辐射后小鼠平均主动逃避率显著下降(t = 2.70,P<0.05),平均主动潜伏期和总电击时间显著延长(t = -3.09、-3.02,P < 0.05)。辐射后8 d,海马CA3和DG区部分神经元核固缩,海马CA3区神经元凋亡、突触间隙模糊、胶质细胞肿胀、血管周隙增宽。结论 微波辐射可引起小鼠空间参考记忆能力及联合型学习记忆能力下降,海马组织形态学病理改变是其功能障碍的结构基础。     

NLRP3炎性小体抑制剂MCC950对辐射所致认知障碍的保护作用

目的 探讨MCC950对辐射所致小鼠认知障碍的影响及可能机制。方法 小鼠按随机数表法分为健康对照（NS）组、全身照射（IR）组和照射后MCC950干预（IR+MCC950）组,每组15只。IR组和IR+MCC950组小鼠给予¹³⁷Cs单次4.0 Gy照射,吸收剂量率为1.118 Gy/min,NS组不接受照射。IR+MCC950组小鼠从照射后3周开始腹腔注射MCC950,每日1次,每次10 mg/kg。新旧事物识别等方法检测小鼠认知功能;免疫组织化学法检测小鼠海马CA3区NeuN蛋白的表达;PCR及Western blot检测NLRP3炎性小体相关蛋白的表达。结果 与NS组相比,IR组小鼠短时及长期新旧事物识别指数显著降低（t=4.321、5.473,P<0.01）,IR组小鼠社会认知识别指数显著降低（t=2.097,P<0.05）。MCC950治疗逆转以上改变（短时及长期新旧事物识别测验：t=5.860、4.598,P<0.05;新旧位置识别测验：t=3.040,P<0.05;社会认知测验：t=4.021,P<0.01）。IR组小鼠海马NLRP3、Caspase-1、IL-1β和IL-18的表达明显高于NS组（t=2.699、8.515、3.340、3.950,P<0.05）;与NS组相比,辐射显著上调了海马BAX、Caspase-3和PARP1的表达（t=3.887、2.742、3.287,P<0.05）,而MCC950显著降低了其表达（t=2.852、4.090、9.614,P<0.05）。结论 NLRP3炎性小体抑制剂MCC950可能是通过降低辐射所致的海马炎症反应及神经元凋亡,从而减轻辐射所致认知损伤。     

电离辐射对皮肤细胞铁死亡的影响及其抑制剂Ferrostatin-1的防护作用研究

目的 探讨电离辐射对皮肤细胞铁死亡的影响以及铁死亡抑制剂Ferrostatin-1（Fer-1）对受照射皮肤细胞的保护作用及机制。方法 为检测Fer-1对人永生化角质形成细胞（HaCaT）辐照后的影响,按照射与给药方式分为对照组、Fer-1组、单纯照射组、照射+Fer-1组。采用CCK-8法和乳酸脱氢酶（LDH）释放检测X射线照射以及Fer-1处理对HaCaT细胞存活和细胞死亡的影响。采用流式细胞术检测X射线照射以及Fer-1处理后对HaCaT细胞脂质过氧化水平的影响。利用结晶紫染色法检测X射线照射以及Fer-1处理对HaCaT细胞克隆形成能力的影响。Western blot检测X射线照射以及Fer-1处理对铁死亡相关蛋白ACSL4和GPX4表达的影响。结果 单纯照射组经不同剂量的X射线照射后细胞存活率明显降低（t=5.63、8.74,P<0.05）,LDH的释放明显增加（t=3.98、5.08、9.27,P<0.05）,Fer-1能够提高受照射皮肤细胞存活率（t=5.79,P<0.05）,降低LDH的释放量（t=12.36、11.96、18.13、9.96,P<0.05）。单纯照射组经10 Gy的X射线照射后细胞的脂质过氧化水平明显升高（t=9.59,P<0.05）,克隆存活能力明显减弱（t=4.26,P<0.05）,而Fer-1能够降低X射线照射引起的脂质过氧化水平的升高（t=6.48、17.04,P<0.05）,增加受照射皮肤细胞的克隆存活能力（t=3.96,P<0.05）。10 Gy的X射线照射会导致ACSL4表达水平的升高和GPX4的表达水平的降低,而Fer-1的治疗能促进ACSL4和GPX4的表达水平恢复正常（t=5.23、7.16、4.78、8.29、6.43,P<0.05）。结论 铁死亡抑制剂Fer-1在细胞水平上能够通过抑制电离辐射后铁死亡的发生而保护皮肤细胞,为放射性皮肤损伤的防护提供了一种新的策略。     

动物双歧杆菌BB-12改善全脑照射后小鼠海马神经炎症和认知功能障碍的研究

目的 探讨动物双歧杆菌BB-12对全脑照射后小鼠海马神经炎症和认知功能的影响。方法 选取60只7~8周龄雄性C57BL/6J小鼠,采用完全随机法分为5组,每组12只,即健康对照组(Con组)、益生菌组(BB-12组)、单纯照射组(IR组)、照射+美金刚组(IR+Memantine组)、照射+益生菌组(IR+BB-12组)。采用医用直线加速器对小鼠行10 Gy电子线全脑照射建立放射性脑损伤模型。Y-迷宫实验评估小鼠认知功能;免疫荧光染色检测海马小胶质细胞和星形胶质细胞激活水平;实时荧光定量PCR技术(QRT-PCR)和蛋白免疫印迹(Western blot)检测海马炎症因子白介素1β(IL-1β)、IL-6和肿瘤坏死因子α(TNF-α)的表达水平。结果 Y-迷宫实验显示,与Con组相比,IR组小鼠到达新异臂的次数占3个臂总次数的百分比明显降低(t= 5.04,P<0.05);BB-12可以改善放射性脑损伤后小鼠认知障碍(t=4.72,P<0.05)。与Con组相比,IR组小鼠海马区Iba1、GFAP阳性细胞数量显著增多(t=3.05、7.18,P <0.05),圆形度指数显著升高(t=6.23、2.52,P<0.05),小胶质细胞和星形胶质细胞被激活;与IR组相比,IR+BB-12组小鼠海马区Iba1、GFAP阳性细胞数量减少(t=4.80、2.90,P<0.05),圆形度指数降低(t=6.22、2.63,P<0.05),BB-12可以抑制小胶质细胞和星形胶质细胞激活。IR组小鼠海马区炎症因子IL-1β、IL-6、TNF-α mRNA和蛋白表达水平显著升高(与Con组相比:t_mRNA=4.10、3.04、4.18,P<0.05;t_蛋白=11.49、7.04、8.42,P<0.05);BB-12可以降低受照后IL-1β、IL-6、TNF-α mRNA和蛋白的表达水平(与IR组相比:t_mRNA=4.19、3.40、2.84,P<0.05;t_蛋白=6.36、4.03、3.75,P<0.05)。结论 动物双歧杆菌BB-12可抑制照射后小鼠海马区小胶质细胞、星形胶质细胞介导的神经炎症,并改善放射性认知功能障碍,具有缓解放射性脑损伤的应用潜力。     

18F-FDG micro-PET代谢显像评估大鼠放射性认知功能障碍的实验研究

目的 研究大鼠放射性脑损伤模型中葡萄糖代谢与神经元活性的相关性,探讨2-¹⁸F-2-脱氧-D-葡萄糖（¹⁸F-FDG）micro-PET用于放射性认知功能障碍评估的潜在价值。方法 将3周龄雄性SD大鼠按照随机数表法分成对照组以及全脑照射组,每组10只,脑照射组利用小动物精确放疗仪给予10 Gy X射线照射,对照组不予照射。通过Morris水迷宫（MWM）实验评估大鼠认知功能,对两组大鼠脑部micro-PET图像数据进行对比分析,免疫组织化学染色检测神经元活性标记物c-Fos蛋白在脑内的表达变化,免疫荧光染色检测幼稚神经元标志物DCX及新生成熟神经元标志物BrdU/NeuN阳性细胞数的变化。结果 照射3个月后,与对照组相比,全脑照射的大鼠在MWM定向航行实验中第2至4天的潜伏期均显著延长（t=2.179、3.393、3.219,P<0.05）,MWM空间探索实验中的目标象限的探索时间百分比减少（t=3.857,P<0.01）,提示全脑照射可引起海马依赖性认知能力下降;SPM分析micro-PET图像显示全脑照射组海马区域葡萄糖代谢显著降低（t=5.12,P<0.05）;此外,全脑照射组海马区域神经元活性标记蛋白c-Fos的表达显著减少（t=14.22,P<0.01）,幼稚神经元标志物DCX及新生成熟神经元标志物BrdU/NeuN阳性细胞数均较对照组减少（t=18.77、9.304,P<0.01）。结论 全脑放疗后海马区域的葡萄糖代谢减低,与海马神经元活性下降及神经发生减少相一致,表明¹⁸F-FDG micro-PET可以作为评估放射性认知功能障碍的有效方法。     

大鼠全脑照射后早期海马区磁共振波谱研究

目的 探讨放射性脑损伤模型大鼠海马区代谢变化与认知功能障碍及早期病理演变的关系。方法雌性SD大鼠65只,随机分为对照组5只和10、20、30 Gy单次照射组各20只,于照射后2及4周、2及6个月(各5只)Y迷宫法测定大鼠的学习、记忆能力,定量分析照射后2及4周海马区N-乙酰天门冬氨酸/肌酸(NAA/ Cr)、胆碱复合物/肌酸(Cho/ Cr)的参数变化,电子显微镜观察海马区的超微结构改变。结果照射后2及4周、2及6个月大鼠学习、记忆能力较对照组下降,照射剂量越大,学习记忆力下降越明显。10 Gy照射组2及4周NAA/Cr与Cho/Cr比值低于对照组(t＝2.345、 2.578与2.503、3.025, P<0.05),20 Gy照射组(t=5.755、4.700与4.606、4.658, P<0.01),30 Gy照射组(t=10.956、6.766与9.571、6.377, P<0.01)显著低于对照组。电镜观察显示:照射后4周海马区神经元有不同程度的线粒体肿胀、毛细血管内皮水肿及髓鞘板层解离。结论 ¹H-MRS能无创性动态监测放射性脑损伤海马区生化代谢改变,对早期海马异常的检测比MRI更敏感,¹H-MRS变化可在一定程度上反映脑损伤严重程度。     

丁苯酞对大鼠脑组织放射性损伤的保护作用

目的 探讨丁苯酞对大鼠单次全脑照射后的防护作用机制.方法 120只SD大鼠采用随机数字法分为假照射组、照射组和丁苯酞组.采用10 Gy单次全脑照射模型,制模后丁苯酞组大鼠分别按剂量0.3、1.0和3.0 mg/kg丁苯酞腹腔注射;测定脑组织中丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性,采用免疫组织化学法检测海马凋亡相关基因蛋白表达的变化,并在电镜下观察组织学超微结构.结果 与假照射组比较,照射后大鼠脑组织中MDA含量升高、SOD活性降低,促凋亡基因bax表达增高(t=-3.78～ ～1.89;2.69 ～3.48,P＜0.05)、抑凋亡基因bcl-2表达下降,电镜下照射组大鼠海马CA1区神经元呈明显的凋亡超微结构形态;与照射组比较,丁苯酞组大鼠脑组织中MDA含量降低、SOD活性升高,Bcl-2蛋白表达显著增加、Bax蛋白表达明显降低(t=2.94 ～3.76,-3,89～ -1.96,P ＜0.05),神经细胞结构损伤明显轻于照射组.结论 丁苯酞通过降低大鼠全脑照射后脑组织中MDA含量、升高SOD活性,有效抑制凋亡,对放射性脑损伤的保护作用呈现剂量依赖性.     

低频脉冲磁场对大鼠海马血脑屏障通透性的影响

目的 探讨不同磁场强度脉冲磁辐射对Sprague-Dawley大鼠海马组织血脑屏障（blood brain barrier,BBB）通透性的影响。方法 选取72只成年雄性SD大鼠,完全随机分组法分为假暴露对照组、阳性对照组（肾上腺素,100 μg/kg）和4个不同磁场强度处理组（100、400、800、1 200 mT,每组脉冲次数为30个）。动物辐射后3 h取材,采用HE染色观察海马组织形态学结构;免疫组织化学法检测大鼠海马组织内微血管周围白蛋白渗出;伊文斯蓝（Evans blue,EB）荧光法观察微血管周围EB渗出情况;Western blot法检测脉冲磁场辐射后BBB紧密连接（tight junction,TJ）相关蛋白ZO-1和Occludin的表达变化。结果 与假暴露对照组相比,不同磁场强度脉冲磁辐射组大鼠大脑海马组织结构无明显变化,脑微血管周围未见白蛋白和EB明显渗出,ZO-1蛋白水平在1 200 mT暴露组与假暴露对照组相比显著降低（t=14.26,P<0.05）,Occludin蛋白水平及其他磁场强度暴露组的ZO-1水平未见明显变化（P>0.05）。结论 低频脉冲磁场暴露对白蛋白通过BBB的通透性无明显影响,但是ZO-1蛋白水平的降低提示BBB完整性受到损伤。     

Lesion evolution after gamma knife irradiation observed by magnetic resonance imaging

Purpose: Our study is focused on the magnetic resonance imaging (MRI) observation of lesion development and hippocampus related functional impairments in rats after irradiation with a Leksell Gamma knife (LGK).

Materials and methods: We exposed 32 three-month-old Long-Evans rats to various radiation doses (25 Gy, 50 Gy or 75 Gy). The rats were scanned by a 4.7 T magnetic resonance (MR) spectrometer at several timepoints (1 – 18 months) after irradiation. The lesion size was evaluated by manual segmentation; the animals were behaviorally tested in a Morris water maze and examined histologically.

Results: We found that a dose of 25 Gy induced no edema, necrosis or behavioral change. The response of the rats to higher doses was not uniform; the first occurrence of lesions in the rat brains irradiated with 50 and 75 Gy was detected six months post-irradiation. Functional impairment correlated well with the lesion size and histology.

Conclusions: Rat brains showed the development of expanding delayed lesions after 50 or 75 Gy doses from the LGK during the first year after irradiation.