石墨烯是一种新型的二维碳基材料，已成为风能和光伏能源收集和存储设施的重要组成部分。其广泛的应用引发了人们对其职业吸入暴露的日益关注，亟需确定相关的健康风险并制定预防策略。关于纳米石墨烯诱导的肺纤维化，研究报道的结果存在分歧。有趣的是，包括铁死亡在内的多种程序性细胞死亡模式被发现在这一病理过程中起着关键的调节作用。然而，它们与石墨烯暴露以及由此产生的毒性效应之间的关系仍然未知。在这项研究中，我们发现石墨烯暴露的时间和剂量增加导致了组织特异性的器官损伤，主要集中于肺和免疫系统。值得注意的是，细胞铁死亡伴随着肺组织纤维化，这一发现通过代谢组学得到了进一步证实。此外，1-甲基腺苷（m1A）被鉴定为石墨烯暴露的响应性生物标志物，功能验证表明其涉及tRNA甲基转移酶6（TRMT6）和tRNA甲基转移酶61A（TRMT61A）。总的来说，研究结果表明，m1A介导了石墨烯暴露诱导的纤维化和铁死亡进展过程中的关键信号传导，并可以作为一个潜在的石墨烯暴露生物标志物。针对TRMT6/TRMT61A可能为石墨烯诱导的毒性提供治疗途径。

 
图1. 石墨烯的结构与形态表征‌
A) 拉曼光谱显示石墨烯的D带（1350 cm⁻¹）、G带（1580 cm⁻¹）和2D带（2700 cm⁻¹）。B) 石墨烯的TEM图像（28 500×, 15 000×）。C) DLS图谱显示的水动力直径分布。D, E) 石墨烯的AFM形貌图。
‌解析：‌
这段文字描述了石墨烯材料的四种关键表征技术：拉曼光谱（Raman）、透射电子显微镜（TEM）、动态光散射（DLS）和原子力显微镜（AFM），分别用于分析其化学键合、微观结构、溶液中的粒径分布及表面形貌特征。这些技术是纳米材料表征的标准流程，用于确认材料的纯度、层数、尺寸等关键参数。
图中的D带（缺陷峰）和G带（石墨特征峰）强度比（ID/IG=0.17）表明所用石墨烯缺陷密度低，2D峰特征则进一步表明其为少层石墨烯（4-5层）。TEM图像直观展示了石墨烯的皱褶层状结构，而AFM测量其厚度约为1.5纳米，与理论层间距计算的结果一致。DLS结果显示其水动力直径分布主要集中在400-600纳米范围内，与AFM测得的横向尺寸相符。这些数据共同证明了所使用材料为低缺陷密度的少层石墨烯纳米片，并确认了其纳米级尺寸特征。
  
 
图2. 石墨烯暴露导致小鼠肺组织和免疫器官损伤。‌
A) 暴露或未暴露于石墨烯的小鼠肺组织H&E染色（200×）。
B) 硅暴露后小鼠脾脏组织的H&E染色代表性图像（200×）。
C) 小鼠胸腺组织的H&E染色（100×）。
D) 肝组织（100×）、E) 肾组织（200×）、F) 心脏组织（200×）H&E染色显示的组织病理学改变。
‌解析：‌
这张图通过H&E染色（苏木精-伊红染色）直观展示了石墨烯暴露对小鼠多器官的毒性效应。
² ‌肺组织（A）‌：石墨烯暴露组可能出现炎症细胞浸润、肺泡结构破坏等病理变化，与文献中“石墨烯暴露导致肺纤维化”的结论相呼应。
² ‌免疫器官（B、C）‌：脾脏和胸腺是重要的免疫器官，其结构损伤（如淋巴细胞减少、滤泡结构紊乱）提示石墨烯可能抑制免疫功能。
² ‌其他器官（D-F）‌：肝、肾、心脏的病理变化（如肝细胞变性、肾小管损伤、心肌纤维化）表明石墨烯的毒性具有全身性，可能通过血液循环影响多个系统。
该图与前文“石墨烯暴露导致组织特异性器官损伤，主要集中于肺和免疫系统”的结论一致，为石墨烯的全身毒性提供了直接的形态学证据。
 
 
图3. 石墨烯暴露后不同阶段肺组织纤维化指标及相关炎性因子的动态变化。‌
A) Masson染色显示小鼠肺组织胶原沉积（200×）。B–E) 暴露或未暴露于石墨烯的小鼠肺组织中纤维化指标的RT-qPCR分析。F–J) 纤维化指标的Western blot分析。K) 石墨烯暴露后小鼠肺组织中α-SMA的IHC染色。M–P) 石墨烯暴露后炎性因子的RT-qPCR分析。误差条表示均值±标准差。*p < 0.05 vs 盐水组，#p < 0.05 vs 石墨烯-L组，&p < 0.05 vs 石墨烯-M组。

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‌解析：‌
这张图通过多种分子生物学技术（Masson染色、RT-qPCR、Western blot、IHC）系统展示了石墨烯暴露后肺纤维化进程中的关键分子事件。
² ‌胶原沉积（A）‌：Masson染色直接可视化纤维化特征性病理改变，即细胞外基质（胶原）的异常积累。
² ‌纤维化指标（B–J）‌：RT-qPCR和Western blot检测了纤维化相关基因/蛋白（如TGF-β、α-SMA、Col1a1等）的表达水平，其动态变化揭示了石墨烯如何激活成纤维细胞并驱动纤维化进程。
² ‌炎性因子（M–P）‌：检测了IL-6、TNF-α等促炎因子的表达，说明石墨烯暴露引发了持续的炎症反应，而炎症与纤维化之间存在密切的相互作用。
² ‌统计学差异‌：通过*、#、&符号标记的显著性差异，明确了石墨烯暴露剂量（L、M）与时间对纤维化/炎症指标的剂量-效应关系。
该图与前文“石墨烯暴露导致肺纤维化并伴随铁死亡”的结论相呼应，为理解其毒性机制提供了分子层面的证据链。
石墨烯毒性研究关键指标速查表

器官/系统	病理变化	潜在机制	关键检测指标
呼吸系统	肺组织炎症、纤维化、肺泡结构破坏、血栓形成风险增加	氧化应激、细胞膜损伤、血小板激活、红细胞膜损伤	- 活性氧(ROS)水平- 炎症因子（TNF-α, IL-6, IL-1β）- 胶原沉积（Masson染色）- 血小板活化标志物（如P-selectin）
免疫系统	脾脏/胸腺结构损伤（淋巴细胞减少、滤泡紊乱）、免疫功能抑制	免疫细胞功能抑制、网状内皮系统清除障碍	- 免疫细胞计数（T/B细胞亚群）- 细胞因子谱（IFN-γ, IL-4）- 脾脏/胸腺指数（器官重量/体重比）
心血管系统	心肌纤维化、心脏功能异常、血管内皮损伤	氧化应激、线粒体功能障碍、血管收缩异常	- 心肌酶谱（CK-MB, LDH）- 心电图（ECG）- 血管内皮功能标志物（eNOS, vWF）
肝脏	肝细胞变性、脂肪变性、代谢和解毒功能受损	细胞摄取、氧化应激、线粒体损伤	- 肝功能指标（ALT, AST, ALP）- 抗氧化酶（SOD, CAT）- 肝组织病理（H&E染色
肾脏	肾小管损伤、滤过功能下降、蛋白尿	氧化应激、肾小管堵塞、炎症浸润	- 肾功能指标（BUN, Cr）- 尿蛋白定量- 肾组织病理（PAS染色）
神经系统	认知和行为异常、神经细胞凋亡、血脑屏障通透性增加	血脑屏障穿透、神经信号干扰、氧化应激	- 神经递质水平（多巴胺、5-HT）- 血脑屏障完整性标志物（ZO-1, Claudin-5）- 行为学测试（Morris水迷宫）
全身毒性	体重下降、器官系数异常、全身炎症反应	系统性氧化应激、免疫激活、代谢紊乱	- 体重变化曲线- 器官系数（肝/肾/脾重量/体重）- 全身炎症因子（CRP, IL-6）
分子机制	铁死亡、m1A修饰异常、细胞周期紊乱、DNA损伤	铁代谢失衡、tRNA甲基转移酶（TRMT6/TRMT61A）功能异常、氧化应激诱导的DNA断裂	- 铁死亡标志物（GPX4, ACSL4）- m1A修饰水平（m1A-seq）- DNA损伤标志物（γ-H2AX）
暴露途径相关	吸入暴露（肺沉积）、经皮吸收（皮肤炎症）、口服暴露（胃肠道损伤）	纳米颗粒穿透屏障、局部炎症反应、全身分布	- 肺沉积量（吸入暴露）- 皮肤渗透性（体外渗透模型）- 胃肠道病理（H&E染色）

补充说明
1. 检测方法：
² 组织病理：H&E染色（炎症/纤维化）、Masson染色（胶原沉积）、PAS染色（肾小管损伤）。
² 分子生物学：RT-qPCR（基因表达）、Western blot（蛋白水平）、IHC（蛋白定位）。
² 生化指标：ELISA（细胞因子）、比色法（酶活性）、流式细胞术（细胞亚群）。
2. 统计学差异：显著性标记（*p < 0.05 vs 对照组）需结合具体实验设计。
3. 应用场景：适用于石墨烯暴露的毒性评估、机制研究及预防策略制定。如需进一步细化某类指标（如特定基因/蛋白的检测方法），可提供具体方向进行补充！
 
 
图4. 石墨烯驱动的肺纤维化病理过程伴随线粒体和铁死亡标志物的变化。‌
A) 石墨烯暴露后肺组织细胞中线粒体改变的代表性TEM图像（20 000×）。B–E) 暴露或未暴露于石墨烯的小鼠肺组织中铁死亡指标的RT-qPCR分析。F–J) 铁死亡指标的Western blot分析。K) 小鼠肺组织中SLC7A11的IHC染色。误差条表示均值±标准差。*p < 0.05 vs 盐水组，#p < 0.05 vs 石墨烯-L组，&p < 0.05 vs 石墨烯-M组。

‌解析：‌
这张图通过透射电镜（TEM）、RT-qPCR、Western blot和免疫组化（IHC）等技术，系统展示了石墨烯如何通过影响线粒体功能和铁死亡通路来驱动肺纤维化。
² ‌线粒体损伤（A）‌：TEM图像直观显示了石墨烯暴露后线粒体结构的异常变化，如嵴断裂、肿胀等，这与线粒体功能紊乱和能量代谢障碍密切相关。
² ‌铁死亡指标（B–J）‌：RT-qPCR和Western blot检测了铁死亡相关基因/蛋白（如GPX4、SLC7A11、ACSL4等）的表达水平，其动态变化揭示了石墨烯如何通过抑制谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的活性，导致脂质过氧化物积累，从而触发铁死亡。
² ‌SLC7A11表达（K）‌：IHC染色显示SLC7A11（胱氨酸/谷氨酸转运蛋白）的表达变化，进一步证实了石墨烯通过抑制胱氨酸摄取，加剧氧化应激和铁死亡。
² ‌统计学差异‌：通过*、#、&符号标记的显著性差异，明确了石墨烯暴露剂量（L、M）与时间对铁死亡/纤维化指标的剂量-效应关系。
该图与前文“石墨烯暴露导致肺纤维化并伴随铁死亡”的结论相呼应，为理解其毒性机制提供了分子层面的证据链。
 
 
图5. 石墨烯驱动的肺纤维化病理过程伴随亚铁和脂质过氧化的变化。‌
A) 石墨烯暴露后小鼠肺组织的普鲁士蓝染色。B, C) 使用试剂盒检测石墨烯暴露后不同时间点肺组织中总亚铁和亚铁离子水平。D–F) 使用特定试剂盒检测肺组织中脂质过氧化（MDA、GSH、H2O2）水平。误差条表示均值±标准差。*p < 0.05 vs 盐水组，#p < 0.05 vs 石墨烯-L组，&p < 0.05 vs 石墨烯-M组。
‌解析：‌
这张图通过普鲁士蓝染色、试剂盒检测等方法，系统展示了石墨烯如何通过影响亚铁水平和脂质过氧化来驱动肺纤维化。
² ‌亚铁水平（B、C）‌：试剂盒检测总亚铁和亚铁离子水平，揭示石墨烯暴露后亚铁的动态变化，亚铁与铁死亡密切相关。
² ‌脂质过氧化（D–F）‌：检测MDA、GSH、H2O2水平，说明石墨烯暴露引发持续氧化应激，加剧肺纤维化。
² ‌统计学差异‌：通过*、#、&符号标记的显著性差异，明确了石墨烯暴露剂量（L、M）与时间对亚铁和脂质过氧化指标的剂量-效应关系。
该图与前文“石墨烯驱动肺纤维化伴随铁死亡”的结论相呼应，为理解其毒性机制提供了氧化应激层面的证据链。
 
 
图6. 代谢组学鉴定石墨烯暴露后肺组织中的多种差异代谢物（DMs）。‌
A) LC-MS-seq样本的主成分分析（PCA）得分图。
B) 火山图显示石墨烯处理组与对照组之间的差异代谢物（DMs）分布概况。
C) 不同组别间差异代谢物的韦恩图。
D) 石墨烯暴露后最后4或5个时间点的共同差异代谢物。
‌解析：‌
这张图通过代谢组学技术（LC-MS-seq）系统分析了石墨烯暴露后肺组织中的代谢物变化，揭示了其毒性作用的代谢基础。
² ‌PCA图（A）‌：展示了样本间的整体代谢差异，石墨烯处理组与对照组明显分离，说明石墨烯暴露显著改变了肺组织的代谢谱。
² ‌火山图（B）‌：直观呈现了差异代谢物的数量及其显著性（p值）和变化倍数（Fold Change），筛选出显著上调或下调的代谢物。
² ‌韦恩图（C）‌：比较了不同处理组（如不同剂量或时间点）间的共同和特有差异代谢物，揭示了石墨烯暴露的剂量-时间依赖性代谢响应。
² ‌共同差异代谢物（D）‌：聚焦于石墨烯暴露后期（最后4或5个时间点）持续存在的代谢物，这些代谢物可能参与了纤维化的关键病理过程。
该图与前文“石墨烯暴露导致肺纤维化并伴随铁死亡”的结论相呼应，为理解其毒性机制提供了代谢层面的证据链。
 
 
图7. 测序分析推断m1A可能是影响石墨烯导致纤维化和铁死亡的关键因素。‌
A) 时间序列的KEGG通路分析。
B) 石墨烯暴露后0.5、3、7、14和28天小鼠肺中排名前10的差异代谢物（DMs）。
C) 根据物质分类统计石墨烯暴露后每个时间点的差异代谢物数量。
D–G) 基于时间序列分析的差异代谢物聚类。
‌解析：‌
这张图通过KEGG通路分析和时间序列代谢组学，揭示了m1A修饰在石墨烯诱导的肺纤维化和铁死亡中的核心调控作用。
² ‌KEGG通路分析（A）‌：展示了随时间变化的显著富集通路，提示石墨烯毒性涉及铁死亡、纤维化及m1A相关代谢通路。
² ‌差异代谢物（B, C）‌：筛选出各时间点显著变化的代谢物，并按其化学类别（如脂质、氨基酸）分类统计，反映了石墨烯暴露后肺组织的动态代谢紊乱。
² ‌时间序列聚类（D–G）‌：将差异代谢物按时间模式聚类，识别出早期、中期和晚期响应的代谢物群，为理解m1A如何逐步驱动病理进程提供了时序证据。
该图与前文“m1A是石墨烯暴露的响应性生物标志物”的结论相呼应，为m1A介导石墨烯毒性提供了系统的代谢组学证据链。
 
 
图8. m1A水平主要由甲基化酶TRMT6和TRMT61A调控。‌
A–E) 通过Dot blot检测石墨烯暴露后不同时间点小鼠肺组织中m1A的水平。
F–H) 采用RT-qPCR定量TRMT6、TRMT61A和ALKBH3的表达水平。
I–M) 通过Western blot分析TRMT6/TRMT61A的蛋白表达。误差条表示均值±标准差。*p < 0.05 vs 盐水组，#p < 0.05 vs 石墨烯-L组，&p < 0.05 vs 石墨烯-M组。
‌解析：‌
这张图通过Dot blot、RT-qPCR和Western blot等技术，系统展示了石墨烯如何通过调控TRMT6/TRMT61A甲基化酶来影响m1A修饰水平，进而驱动肺纤维化。
² ‌m1A水平动态（A–E）‌：Dot blot定量显示，石墨烯暴露后肺组织中m1A修饰水平随时间显著变化，提示其与纤维化进程密切相关。
² ‌酶表达分析（F–M）‌：RT-qPCR和Western blot证实，TRMT6和TRMT61A（m1A的“书写者”）表达上调，而ALKBH3（m1A的“擦除者”）表达下调，导致m1A净水平升高。这种甲基化酶/去甲基化酶的失衡是m1A修饰异常的关键机制。
² ‌统计学差异‌：通过*、#、&符号标记的显著性差异，明确了石墨烯暴露剂量（L、M）与时间对m1A及相关酶表达的剂量-效应关系。
该图与前文“m1A是石墨烯暴露的响应性生物标志物”的结论相呼应，为m1A介导石墨烯毒性提供了分子层面的证据链。
       这项研究揭示了纳米石墨烯材料在暴露后对肺部组织和免疫器官造成的损伤，并确认了其诱导的肺纤维化过程伴随着细胞铁死亡的发生。通过代谢组学分析，研究发现了15种持续差异表达的代谢物，并鉴定1-甲基腺苷（m1A）为关键的响应性生物标志物。机制上，m1A通过其甲基转移酶TRMT6/TRMT61A发挥重要功能，调控石墨烯诱导的纤维化和铁死亡。这些发现为理解石墨烯的毒性效应提供了新的理论框架，并提示靶向m1A修饰系统可能成为预防或治疗石墨烯相关健康风险的新策略。DOI: 10.1002/smll.202508818
       这篇文献的创新点在于首次揭示了m1A修饰（一种tRNA甲基化修饰）在石墨烯诱导的肺纤维化中扮演关键调控角色，并发现其甲基转移酶TRMT6/TRMT61A是石墨烯毒性的核心靶点。研究通过多组学分析，系统解析了石墨烯通过m1A修饰触发铁死亡和纤维化的分子机制，为纳米材料毒性评估提供了全新视角。此外，研究还鉴定出血清m1A水平可作为石墨烯暴露的生物标志物，并提出了靶向TRMT6/TRMT61A的治疗策略，为石墨烯的安全应用和毒性干预提供了理论依据。

转自《石墨烯研究》公众号