氧化石墨烯拮抗砷毒性的作用機制研究

氧化石墨烯拮抗砷毒性的作用機制研究

如何高效、安全地降低環境污染物的毒性效應，一直是環境毒理與健康領域關注的焦點。憑借著優異的理化特性，氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)在環境保護領域展現出巨大的應用前景：一方面，GO相關的納米材料被應用于環境中污染物的檢測；另一方面，較大的比表面積和廣泛分布的含氧官能團使得GO在吸附去除環境中污染物方面擁有廣闊的應用前景。因此，充分發揮GO卓越的理化特性，進一步探究GO在拮抗污染物毒性方面潛在的應用價值，為拓展石墨烯類納米材料在環境保護及環境健康領域的應用提供了理論基礎和研究思路。

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2016年，中國科學院合肥物質科學研究院技術生物與農業工程研究所研究員許安課題組以人鼠雜交瘤AL細胞為模型，揭示了GO拮抗環境中典型有機污染物多氯聯苯（PCB 52）毒性效應的作用機制。研究發現，GO可與AL細胞發生相互作用，粘附在細胞膜表面或部分被內吞入細胞中，誘導細胞內ROS水平顯著升高，促使GO在AL細胞中誘導完整的細胞自噬效應。細胞自噬廣泛存在于真核細胞中，是細胞利用溶酶體降解胞內受損細胞器、蛋白質、核酸以及外來入侵病原體，進而幫助細胞乃至整個生命體抵御外界惡劣環境的一種重要的自我保護機制。GO通過誘導這種具有保護作用的細胞自噬效應，進一步拮抗PCB 52引發的細胞毒性和遺傳毒性（Environmental Science&Technology,2016）。



近期，該課題組將GO的這種解毒潛能進一步拓展延伸至重金屬污染物砷（arsenic，As），在秀麗隱桿線蟲體內揭示了GO拮抗As(III)毒性的作用機制（如圖）。研究結果顯示，在GO預處理和GO與As(III)同時處理兩種暴露方式下，GO均能降低As(III)誘導的生殖毒性。進一步的機制探究表明，除了吸附As(III)，GO同樣可以在線蟲體內通過誘導具有保護作用的細胞自噬效應來降低As(III)引發的氧化應激以及線粒體損傷。利用激光燒蝕電感耦合等離子體質譜儀（LA-ICP-MS）和線蟲的功能缺失突變體，研究人員發現，GO通過抑制線蟲體內的As(III)特異性結合蛋白（半乳糖凝集素-1，LEC-1）的表達從而加速了As(III)從線蟲體內排出。上述工作為深入探究環境中GO與污染物復合暴露的機制奠定基礎，也為環境污染物的治理和解毒提供了新的研究思路。



相關成果已被英國皇家化學會期刊接收發表（Environmental Scienc:nano，2018，DOI:10.1039/C8EN00244D)。該研究受到國家重大研究計劃“973”項目、中科院先導專項B、國家自然科學基金以及合肥研究院院長特別基金等課題的資助。

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