石墨烯纳米材料由于其独特的物理化学性质,迅速成为生物医学领域很有前途的材料,在生物传感器、组织工程、生物成像、药物传递和光热治疗等领域有广泛应用。尽管石墨烯纳米材料在纳米医学中有广泛应用,但大量的研究表明其会引起各种免疫反应,导致免疫系统紊乱。因此有必要充分了解石墨烯纳米材料和免疫系统之间的相互作用及分子作用机制。石墨烯量子点（graphene quantum dots,GQDs）是石墨烯纳米材料中一类最新的材料,结合了石墨烯和量子点的优点,是一种理想的纳米医学工具。为了更好地将GQDs应用于生物医学领域,有必要全面研究其生物安全性,尤其是其在免疫系统上的安全性值得深入研究。通过对单个细胞的高分辨率成像,可以清楚地捕捉到GQDs诱导吞噬作用以及细胞超微结构的变化,出现细胞线粒体变小,线粒体膜密度增加,嵴减少或消失。GQDs以剂量和时间依赖性的方式诱导RAW264.7巨噬细胞死亡以及脂质活性氧（reactive oxygen species,ROS）的水平增加,而且众多的证据表明ROS在石墨烯纳米材料分子机制中起关键作用。评价纳米材料毒性的传统方法分析细胞内微小变化的能力有限,且不能揭示毒性分子机制,本文使用蛋白质组学联合代谢组学的方法首次较为全面地研究了GQDs导致免疫细胞死亡的分子机制,为GQDs复杂的毒性机制提供了更为全面的系统性概述。基于质谱的蛋白质组学以一种全面和无偏的方式识别和量化蛋白质,可以突出这些在不同实验条件之间发生改变的细胞过程及分子机制。蛋白质组学数据分析显示,在GQDs处理的RAW264.7巨噬细胞中,一些与铁死亡相关标志蛋白质的表达发生了显著改变。谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione Peroxidase 4,GPX4）作为铁死亡的关键调控因子,其蛋白表达水平被下调。此外,核因子E2（红系衍生2）相关因子-2（Nuclear factor（erythroid-derived 2）-like 2,NRF2）通过上游调节谷胱甘肽稳态、线粒体功能和脂质代谢,与铁死亡许多的分子机制密切相关,蛋白免疫印迹结果显示NRF2表达在GQDs处理的RAW264.7巨噬细胞中下调。代谢组学提供绝对或相对的细胞内或细胞外代谢物水平分析,是一种广泛而敏感的方法来检测不同条件下的代谢状态差异。通过对GQDs处理后细胞代谢物的变化研究,发现RAW264.7巨噬细胞出现铁死亡特征的代谢组学图谱。铁死亡的关键前体花生四烯酸的代谢途径明显受到干扰。胱氨酸代谢上调,磷脂代谢上调包括（磷脂酰胆碱,磷脂酸,溶血磷脂酰肌醇,磷脂酰乙醇胺,磷脂酰甘油,磷脂酰肌醇等）均代表明显的铁死亡特征。因此推测GQDs可能导致铁死亡。铁死亡作为一种新的程序性细胞死亡,为一种铁依赖形式调节细胞死亡,其特点是细胞内脂质过氧化物大量积累和氧化还原状态失衡。铁死亡通常伴有GPX4失活功能障碍、大量铁积累和多不饱和脂肪酸脂质过氧化。当谷胱甘肽依赖的脂质过氧化修复系统被破坏时,ROS的积累发生导致细胞的铁死亡。实验结果证明GQDs暴露导致谷胱甘肽水平降低和脂质过氧化增加。在加入铁死亡抑制剂（ferrostatin-1,Fer-1）后,细胞死亡率显著降低,脂质过氧化明显缓解。接下来构建了GPX4过表达RAW264.7巨噬细胞系,同样降低了GQDs暴露导致的细胞死亡率和脂质过氧化程度。在骨髓来源的巨噬细胞上,获得了相同结果。认为GQDs导致了巨噬细胞铁死亡的发生。综上所述,研究结果表明,GQDs暴露可诱导RAW264.7巨噬细胞发生铁死亡,为GQDs的生物安全性评价提供了必要的数据。组学分析提供多因素生物系统的分子谱,组学方法深入分析分子变化,并弥补了高通量技术在实际纳米毒性和传统细胞毒性评估结果之间的差异。为GQDs的生物安全性评价提供了必要的数据。通过定义高度生物和免疫相容材料的关键特性,这可能为安全开发石墨烯技术奠定基础。