氧化石墨烯通过食物链暴露诱导秀丽隐杆线虫荧光标记紊乱的生物学效应研究

本研究针对氧化石墨烯(GO)的环境风险问题，通过构建大肠杆菌OP50-秀丽隐杆线虫(C. elegans)二元食物链模型，系统评估了GO经食物链传递对线虫生殖系统、氧化应激和DNA损伤的影响。研究发现GO通过激活DAF-16核转位和SKN-1过表达触发应急响应，且食物链暴露毒性显著强于直接暴露，为纳米材料生态风险评估提供了新方法。

　　

随着纳米材料的广泛应用，氧化石墨烯(GO)的环境行为和生物效应日益受到关注。这种具有独特二维结构的纳米材料虽在生物医学和工业领域展现巨大潜力，但其通过食物链传递产生的生态风险仍不明确。尤其值得注意的是，现有研究多集中于直接暴露效应，而忽视了环境介质中更真实的食物链传递过程。

针对这一科学问题，研究人员以模式生物秀丽隐杆线虫(C. elegans)为研究对象，创新性地构建了大肠杆菌OP50-线虫二元食物链系统。通过比较食物链传递与直接暴露两种途径，首次揭示了GO通过食物链放大毒性效应的现象。研究发现，GO暴露导致线虫生殖腺细胞凋亡显著增加，其中减数分裂区细胞凋亡数量在10 μg/mL暴露组达到对照组的3.2倍。更引人注目的是，食物链暴露组的毒性效应始终强于直接暴露组，这种差异在DNA损伤标志物HUS-1::GFP焦点形成实验中尤为显著。

研究采用多组荧光标记技术，系统监测了GO诱导的系列分子事件。通过DAF-16::GFP核转位实验证实，GO应激促使DAF-16蛋白从胞质向核内迁移，这种转位在食物链暴露组更为明显。同时，氧化应激响应因子SKN-1::GFP的表达呈现剂量依赖性升高，最高浓度组表达量达对照组的2.4倍。这些发现揭示了GO通过胰岛素/IGF-1信号通路激活应激响应的分子机制。

关键技术方法包括：1)建立E. coli OP50-C. elegans食物链暴露系统；2)采用AO染色和DAPI染色分别检测生殖腺细胞凋亡和有丝分裂细胞计数；3)通过HUS-1::GFP转基因株系观察DNA损伤响应；4)利用DAF-16::GFP和SKN-1::GFP报告基因系统监测应激通路激活；5)荧光显微镜定量分析脂褐素积累和ROS产生。

【3.1 GO特性鉴定】
TEM和zeta电位分析证实GO在LB培养基中保持稳定分散状态，为后续生物实验提供质量保证。

【3.2 GO诱导的生殖细胞凋亡可视化】
AO染色显示GO显著增加减数分裂区凋亡细胞，10 μg/mL食物链暴露组凋亡细胞数比对照组增加2.8倍。DAPI染色发现有丝分裂区细胞数量呈剂量依赖性减少，表明GO引起生殖细胞周期阻滞。

【3.3 GO氧化损伤可视化】
ROS检测发现25 mg/L暴露组ROS水平达对照组的3.2倍。脂褐素积累实验显示食物链暴露组的衰老标志物增加33%，显著高于直接暴露组。DAF-16核转位率和SKN-1表达量在食物链暴露中均呈现更强烈响应。

【3.4 GO诱导的DNA双链断裂响应】
HUS-1::GFP焦点形成实验证实GO造成DNA损伤，10 mM暴露组焦点数达3.68±0.18个/细胞，显著高于直接暴露组的3.27±0.15。

讨论部分深入阐释了GO的毒性机制：1)生殖毒性可能源于GO干扰细胞周期和诱导DNA损伤；2)DAF-16/SKN-1通路的激活是抵抗氧化应激的关键防御机制；3)食物链暴露增强毒性的原因可能是细菌载体促进GO的肠道吸收。这些发现不仅为纳米材料安全评估提供新思路，还建立了基于C. elegans荧光标记的快速检测平台。

该研究创新性地揭示了食物链传递在纳米材料毒性放大中的作用，对完善生态环境风险评估体系具有重要价值。特别是建立的多种荧光标记联用技术，为环境污染物生物效应研究提供了可推广的方法学范式。未来研究可进一步探索GO在不同营养级间的传递规律及其表观遗传影响。