氧化石墨烯拮抗污染物毒性的作用机制研究

【作者】 许安； 刘赟； 代慧；

【机构】 中国科学院合肥物质科学研究院,环境毒理与污染控制技术安徽省重点实验室； 安徽大学物质科学与信息技术研究院；

【摘要】 如何高效、安全的降低环境中有机和无机污染物的毒性效应,一直是环境毒理与健康领域关注的焦点。凭借着优异的理化特性,氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)在环境保护领域展现出巨大的应用前景:一方面,GO相关的纳米材料被应用于环境中污染物的检测;另一方面,较大的比表面积和广泛分布的含氧官能团使得GO在吸附去除环境中污染物方面拥有广阔的应用前景。因此,充分发挥GO卓越的理化特性,进一步探究GO在拮抗污染物毒性方面潜在的应用价值,为拓展石墨烯类纳米材料在环境保护及环境健康领域的应用提供了理论基础和研究思路。这部分工作首先以GO和环境中典型的有机污染物多氯联苯(PCB 52)为代表,以人鼠杂交瘤A_L细胞为模型,探究不同暴露方式对于GO和PCB 52复合细胞毒性及遗传毒性的影响。研究结果显示,GO预处理可以显著拮抗PCB 52诱导的细胞毒性及CD59基因突变率。而另外两种暴露方式,包括PCB 52预处理以及GO和PCB 52共同处理,则对PCB 52的毒性效应没有显著影响。细胞自噬广泛存在于真核细胞中,是细胞利用溶酶体降解胞内受损细胞器、蛋白质、核酸以及外来入侵病原体,进而帮助细胞乃至整个生命体抵御外界恶劣环境的一种重要的自我保护机制。进一步研究显示,GO可与A_L细胞发生相互作用,粘附在细胞膜表面或部分被内吞入细胞中,诱导细胞内ROS水平显著升高,促使GO在A_L细胞中诱导完整的细胞自噬效应,这种具有保护作用的细胞自噬效应在拮抗PCB 52的细胞毒性及遗传毒性方面发挥了重要作用(图1)。除了有机污染物,GO也可以有效拮抗无机污染物砷(As)对于秀丽隐杆线虫的毒性效应。研究结果显示,GO预处理或As(Ⅲ)共同处理均可显著降低As(Ⅲ)的生殖毒性,包括As(Ⅲ)诱导的生殖腺细胞凋亡,以及线虫子代数和卵母细胞数量的显著降低,并且大粒径的GO效果更为显著。进一步研究显示,GO主要通过两方面机制发挥拮抗As(Ⅲ)毒性的作用:一方面,GO在线虫体内也可诱导具有保护作用的细胞自噬,进而降低As(Ⅲ)引发的线粒体损伤以及ROS产生;另一方面,GO可以下调线虫体内As(Ⅲ)特异性结合蛋白LEC-1的表达,降低As(Ⅲ)在线虫体内的累积,促进As(Ⅲ)排出(图2)。上述工作为深入探究环境中GO与污染物复合暴露的机制奠定基础,也为环境污染物的治理和解毒提供了新的研究思路。更多还原