氧化石墨烯量子点(GOQDs)是一种零维的纳米材料,结构与石墨烯相似,但是横径小于100nm。与石墨烯相比,GOQDs表现出更强的量子限域效应和边界效应,具有更多独特的性能,包括更好的表面可塑性、可调节的荧光发射、稳定的光致发光等。所以,GOQDs在多个领域都有着广泛的应用前景,包括生物成像、药物递送、DNA切割系统、传感器和光催化等。由于其广泛的应用,GOQDs的安全性问题也越来越受到重视。一些研究表明GOQDs在体内、外都是低毒的,但是也有研究发现GOQDs能够显著增加细胞内活性氧的产生,导致细胞凋亡和自噬性细胞死亡,以及细胞DNA损伤。纳米材料由于尺径较小且易造成炎症反应,所以容易穿过血睾屏障,对雄性生殖细胞造成损害作用。纳米材料还易造成细胞自噬流紊乱,而细胞自噬对精子存活具有重要作用且与细胞代谢密切相关。然而,目前尚无GOQDs对雄性生殖系统影响的相关研究报道。GC-2细胞系、TM4细胞系分别是小鼠精母细胞和小鼠睾丸支持细胞永生化的细胞系,是研究外源性化学物雄性生殖毒性及机制的良好模型。本研究中,我们首次评估了 GOQDs对这两种雄性生殖细胞系的毒性作用,并从细胞自噬和细胞代谢的角度对相关机制进行了深入探讨。第一部分氧化石墨烯量子点对GC-2/TM4细胞自噬的影响及机制氧化石墨烯量子点(GOQDs)在许多领域都有着广泛的应用前景,所以其生物安全性问题也越来越受到重视。但是目前关于GOQDs的雄性生殖毒性研究仍然缺乏。本研究采用小鼠精母细胞系(GC-2)和小鼠睾丸支持细胞系(TM4)两个细胞模型,探讨GOQDs对雄性生殖细胞的影响及分子机制。研究发现,100μg/mL的GOQDs作用于GC-2和TM4细胞24h后,不影响细胞活力,但导致了细胞凋亡。电镜结果显示,与对照组相比100 μg/mL的GOQDs处理组的细胞自噬体显著增多,Westernblot结果也显示LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值显著增加。然而,自噬性底物p62的水平也显著增加,并且氯喹和GOQDs共同处理组与氯喹单独处理组相比,LC3-Ⅱ的表达水平没有明显改变,说明GOQDs导致细胞自噬流受阻。进一步研究发现自噬体和溶酶体的融合正常,但溶酶体的降解能力减弱,组织蛋白酶B的表达和活性均降低。综上所述,本研究提示,GOQDs可以通过降低GC-2和TM4细胞的组织蛋白酶B的表达量和的酶活性,抑制溶酶体的降解能力,导致自噬流受阻,对雄性生殖细胞造成损伤。第二部分氧化石墨烯量子点对GC-2/TM4细胞代谢的影响代谢组学是新近发明的一种高通量组学分析方法,可以检测健康或疾病状态下代谢小分子和代谢通路的变化,有助于预测化学物的毒性,阐明外源性化学物的生物学机制。本研究采用代谢组学的分析方法进一步研究了 GOQDs染毒对GC-2、TM4细胞代谢的影响及其机制。结果表明,GOQDs作用于GC-2、TM4两种细胞后,多种代谢小分子发生改变。通路富集分析结果显示,两种细胞的蛋白合成通路均发生显著改变,支链脂肪酸的氧化、极长链脂肪酸的β-氧化、嘌呤代谢等代谢通路中也有多个小分子发生改变。此外,我们还发现GOQDs染毒后细胞内ATP水平显著下降。已有研究表明,自噬与细胞代谢密切相关,所以我们推测蛋白合成通路的改变很可能是由于GOQDs阻塞了细胞自噬流,抑制了细胞对蛋白聚集体的降解,从而导致了细胞内氨基酸水平紊乱,影响蛋白质的合成。而支链脂肪酸的氧化、极长链脂肪酸的β-氧化代谢通路的激活,可能是细胞ATP水平下降后产生的反馈调节作用。本研究首次应用代谢组学分析方法,阐述GOQDs对GC-2、TM4两种细胞代谢的影响,为GOQDs的雄性生殖毒性的机制研究提供了新的线索和理论依据