當(dāng)石墨烯釋放到環(huán)境中時(shí)，它可以被官能團(tuán)修飾。然而，對(duì)不同表面官能團(tuán)的石墨烯納米材料誘導(dǎo)慢性水生毒性的分子機(jī)制知之甚少。通過RNA測(cè)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(duì)大水蚤的毒性機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，“礦物質(zhì)吸收”信號(hào)通路中鐵蛋白轉(zhuǎn)錄水平的改變是u-G誘導(dǎo)大水蚤氧化應(yīng)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(jìn)一步影響了蛋白質(zhì)的功能和正常的生命活動(dòng)。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(dá)以及角質(zhì)層結(jié)構(gòu)成分來促進(jìn)的。這些發(fā)現(xiàn)揭示了重要的機(jī)理見解，可以潛在地用于石墨烯納米材料的安全性評(píng)估。
圖1. 石墨烯及其表面功能化衍生物對(duì)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(shí)間;(c)新生水蚤數(shù)目。
圖2. 五種石墨烯納米顆粒誘導(dǎo)的差異表達(dá)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(gè)橢圓相交，相交部分表示兩個(gè)集合的公共項(xiàng)的個(gè)數(shù)。如果兩個(gè)橢圓不相交，則表示這兩個(gè)集合沒有公共項(xiàng)。
圖3. 氧化石墨烯富集項(xiàng)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(gè)橢圓相交，相交部分表示兩個(gè)集合的公共項(xiàng)的個(gè)數(shù)。如果兩個(gè)橢圓不相交，則表示這兩個(gè)集合沒有公共項(xiàng)。
圖4. 差異表達(dá)基因的前20個(gè)GO富集項(xiàng)(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(dá)基因的前20個(gè)GO富集項(xiàng)(下調(diào))。(a)G-NH
2;(b) G-OH。
圖6. 功能化石墨烯納米材料誘導(dǎo)大水蚤的信號(hào)通路。
相關(guān)研究成果由大連理工大學(xué)環(huán)境學(xué)院、工業(yè)生態(tài)與環(huán)境工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(hào)
