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(huán)境污染物的毒性效應，一直是環(huán)境毒理與健康領域關注的焦點。憑借著優(yōu)異的理化特性，氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)在環(huán)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(huán)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(huán)境中污染物方面擁有廣闊的應用前景。因此，充分發(fā)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(huán)境保護及環(huán)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(yè)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(huán)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(fā)現，GO可與AL細胞發(fā)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(huán)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(fā)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(fā)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(fā)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(huán)境中GO與污染物復合暴露的機制奠定基礎，也為環(huán)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(fā)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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