大连理工大学Yang Huang等–功能化石墨烯材料通过调节大水蚤DNA损伤、代谢和氧化应激诱导慢性水生毒性的差异

当石墨烯释放到环境中时，它可以被官能团修饰。然而，对不同表面官能团的石墨烯纳米材料诱导慢性水生毒性的分子机制知之甚少。通过RNA测序，我们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-NH₂)、羟基化石墨烯(G-OH)和硫醇化石墨烯(G-SH)在21天暴露期间对大水蚤的毒性机制。研究发现，“矿物质吸收”信号通路中铁蛋白转录水平的改变是u-G诱导大水蚤氧化应激的分子起始事件，而四种功能化石墨烯的毒性作用与“蛋白质消化吸收”途径和“碳水化合物消化吸收”途径等代谢途径有关。G-NH₂和G-OH抑制了转录和翻译相关通路，进一步影响了蛋白质的功能和正常的生命活动。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过增加与几丁质和葡萄糖代谢相关的基因表达以及角质层结构成分来促进的。这些发现揭示了重要的机理见解，可以潜在地用于石墨烯纳米材料的安全性评估。

图1. 石墨烯及其表面功能化衍生物对水蚤繁殖发育的影响。(a)大水蚤成虫大小;(b)新生水蚤第一次孵化的时间;(c)新生水蚤数目。

图2. 五种石墨烯纳米颗粒诱导的差异表达基因的维恩图。重叠区域表示在不同暴露条件下受调控的共同基因的数量和百分比。如果两个椭圆相交，相交部分表示两个集合的公共项的个数。如果两个椭圆不相交，则表示这两个集合没有公共项。

图3. 氧化石墨烯富集项的维恩图。重叠区域表示在不同暴露条件下受调控的共同基因的数量和百分比。如果两个椭圆相交，相交部分表示两个集合的公共项的个数。如果两个椭圆不相交，则表示这两个集合没有公共项。

图4. 差异表达基因的前20个GO富集项(上调)。(a)u-G;(b) G-COOH;(c) G-NH₂;(d) G-OH;(e)G-SH 。

图5. 差异表达基因的前20个GO富集项(下调)。(a)G-NH₂;(b) G-OH。

图6. 功能化石墨烯纳米材料诱导大水蚤的信号通路。

相关研究成果由大连理工大学环境学院、工业生态与环境工程教育部重点实验室Yang Huang等人于2023年发表在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。