當石墨烯釋放到環(huán)境中時，它可以被官能團修飾。然而，對不同表面官能團的石墨烯納米材料誘導慢性水生毒性的分子機制知之甚少。通過RNA測序，我們研究了未功能化石墨烯(u-G)、羧化石墨烯(G-COOH)、胺化石墨烯(G-NH
2)、羥基化石墨烯(G-OH)和硫醇化石墨烯(G-SH)在21天暴露期間對大水蚤的毒性機制。研究發(fā)現(xiàn)，“礦物質(zhì)吸收”信號通路中鐵蛋白轉(zhuǎn)錄水平的改變是u-G誘導大水蚤氧化應激的分子起始事件，而四種功能化石墨烯的毒性作用與“蛋白質(zhì)消化吸收”途徑和“碳水化合物消化吸收”途徑等代謝途徑有關(guān)。G-NH
2和G-OH抑制了轉(zhuǎn)錄和翻譯相關(guān)通路，進一步影響了蛋白質(zhì)的功能和正常的生命活動。值得注意的是，石墨烯及其表面功能衍生物的解毒作用是通過增加與幾丁質(zhì)和葡萄糖代謝相關(guān)的基因表達以及角質(zhì)層結(jié)構(gòu)成分來促進的。這些發(fā)現(xiàn)揭示了重要的機理見解，可以潛在地用于石墨烯納米材料的安全性評估。
圖1. 石墨烯及其表面功能化衍生物對水蚤繁殖發(fā)育的影響。(a)大水蚤成蟲大小;(b)新生水蚤第一次孵化的時間;(c)新生水蚤數(shù)目。
圖2. 五種石墨烯納米顆粒誘導的差異表達基因的維恩圖。重疊區(qū)域表示在不同暴露條件下受調(diào)控的共同基因的數(shù)量和百分比。如果兩個橢圓相交，相交部分表示兩個集合的公共項的個數(shù)。如果兩個橢圓不相交，則表示這兩個集合沒有公共項。
圖3. 氧化石墨烯富集項的維恩圖。重疊區(qū)域表示在不同暴露條件下受調(diào)控的共同基因的數(shù)量和百分比。如果兩個橢圓相交，相交部分表示兩個集合的公共項的個數(shù)。如果兩個橢圓不相交，則表示這兩個集合沒有公共項。
圖4. 差異表達基因的前20個GO富集項(上調(diào))。(a)u-G;(b) G-COOH;(c) G-NH
2;(d) G-OH;(e)G-SH 。
圖5. 差異表達基因的前20個GO富集項(下調(diào))。(a)G-NH
2;(b) G-OH。
圖6. 功能化石墨烯納米材料誘導大水蚤的信號通路。
相關(guān)研究成果由大連理工大學環(huán)境學院、工業(yè)生態(tài)與環(huán)境工程教育部重點實驗室Yang Huang等人于2023年發(fā)表在Science of the Total Environment (http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.162735)上。原文：Differences of functionalized graphene materials on inducing chronic aquatic toxicity through the regulation of DNA damage, metabolism and oxidative stress in Daphnia magna。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
