第七届青年地学论坛

氧化石墨烯（Graphene oxide, GO）因其优异的物理性能和稳定的化学性质而被广泛的应用于电子、能源、环保、生物医疗等领域，因此可能被排放进入水生生态系统对水生生物造成威胁。研究发现，GO可以诱导鱼类组织，器官或者胚胎发生氧化应激和细胞凋亡，但是关于GO造成鱼类细胞凋亡的研究非常有限，细胞凋亡的机制尚不明确。本研究通过对斑马鱼（Zebrafish, Danio rerio）胚胎和斑马鱼胚胎成纤维细胞（ZF4）进行体内和体外毒性研究来探究GO造成斑马鱼胚胎发育及细胞凋亡的作用机制。
体内实验主要探究了GO在斑马鱼胚胎体内的吸收及分布，造成的胚胎发育毒性、氧化应激，细胞凋亡以及细胞凋亡通路的分析。实验表明，GO可以吸附到斑马鱼胚胎卵壳表面并透过卵壳进入胚胎体内，主要积累在卵黄。随暴露时间增加和胚胎发育，GO主要积累在头部，腹部和卵黄囊。进入胚胎体内的GO可以引起斑马鱼胚胎发育毒性，包括孵化延迟、心跳加快、发育迟缓、畸形率和死亡率增加。另外，GO诱导斑马鱼胚胎体内生成大量的活性氧自由基ROS，激活CAT和SOD 酶活性，同时降低GSH含量，引起氧化应激，并引发胚胎细胞凋亡。RT-q-PCR实验发现，GO通过抑制抗凋亡的bcl-2，促进促凋亡的bax，最终激活caspase-3，从而触发线粒体途径细胞凋亡，引起斑马鱼胚胎体内细胞凋亡，对斑马鱼胚胎发育造成负面影响。
体外实验结果表明，GO可以进入ZF4细胞，并且主要积累在溶酶体中。进入细胞后的GO会引起ZF4细胞内ROS水平大幅度升高，造成亚细胞结构损伤和功能紊乱，如溶酶体膜通透性增加，线粒体膜电位下降，影响细胞正常运行，最终导致细胞凋亡。进一步分析ZF4细胞凋亡相关基因的表达水平发现，GO通过影响线粒体膜上促凋亡的bax和抗凋亡的bcl-2之间的平衡来改变线粒体通透性，造成线粒体膜电位下降，激活caspase-3最后触发细胞凋亡。
综上所述，GO对斑马鱼胚胎和ZF4细胞均具有毒性效应，且体内体外实验的实验结果相符，体内实验表明GO通过引发氧化应激和细胞凋亡造成胚胎发育毒性，体外实验从亚细胞和分子层面证实了GO通过线粒体途径造成斑马鱼胚胎细胞凋亡。这一研究补充了GO造成鱼类细胞凋亡的路径信息，为GO的生态毒理研究提供参考。
 

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