郑州大学姚武等团队研究阐明石墨烯诱导肺纤维化铁死亡及响应性生物标志物m1A

2025-12-04

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iNature

石墨烯作为一种新型二维碳基材料，已成为风能和光伏能源领域能量捕获与存储设备的核心组成部分。其广泛应用加剧了人们对职业吸入暴露风险的担忧，亟需明确相关健康危害及预防策略。关于纳米石墨烯诱导肺纤维化的研究结果存在分歧，值得关注的是，铁死亡等多种程序性细胞死亡模式在此病理过程中发挥关键调控作用，但其与石墨烯暴露及所致毒性效应的关联尚未明确。

2025年11月29日，郑州大学姚武、ZhaoYouliang、许群共同通讯在Small在线发表题为“Unveiling Novel Biomarkers: Ferroptosis and m1A in the Progression of Nanographene-Induced Lung Fibrosis”的研究论文。该研究证实，随着石墨烯暴露时间延长和剂量增加，会引发组织特异性器官损伤，且损伤主要集中在肺脏和免疫系统。

值得注意的是，细胞铁死亡与肺组织纤维化相伴发生，这一发现通过代谢组学分析得到进一步验证。此外，该研究鉴定出1-甲基腺苷（m1A）是石墨烯暴露的响应性生物标志物，功能验证表明其与tRNA甲基转移酶6（TRMT6）和tRNA甲基转移酶61A（TRMT61A）相关。综上，m1A在石墨烯暴露诱导的纤维化和铁死亡进程中介导关键信号通路，可作为石墨烯暴露的潜在生物标志物，靶向TRMT6/TRMT61A可能为防治石墨烯诱导的毒性损伤提供新方向。

石墨烯是一种由sp²杂化碳原子紧密堆积成六边形结构的新型单层纳米材料，具有高透光率、低电阻、优异的导电导热性和极强的化学稳定性。自2004年首次被剥离以来（这一突破荣获诺贝尔物理学奖），石墨烯已历经广泛研究与商业化应用，涵盖生物医学工程、电化学能源系统及生物传感技术等领域。随着其工业生产与使用规模的不断扩大，人体吸入暴露的潜在风险引发了人们对其生物毒性及长期健康影响的高度关注。尽管纳米石墨烯的毒理学研究已开展大量工作，但关于其危害潜力的实验结果仍存在分歧。石墨烯及其衍生物的毒性与生物相容性受多种物理化学参数影响，包括纳米结构特征（尺寸属性与表面功能化）、剂量及暴露时间等。呼吸系统是职业环境和消费产品中纳米材料对人体暴露的主要途径，建立石墨烯吸入暴露潜在毒性的预测风险分层框架，仍是纳米毒理学领域尚未解决的问题。

代谢组学已成为疾病诊断与评估的不可或缺的工具，为揭示疾病发病机制提供了关键见解。这种高通量技术能够更全面、多维度地呈现石墨烯诱导毒性的分子网络。越来越多的证据表明，石墨烯及其衍生物可引发纤维化等病变。深入了解石墨烯诱导纤维化的发病机制，对于及时准确识别和评估健康风险至关重要。铁死亡作为一种新兴的细胞死亡模式，已被证实参与多种纤维化病理过程。铁死亡于2012年被首次定义为一种新型调控性死亡机制，其分子途径与经典细胞死亡方式不同，核心特征是铁过载引发脂质过氧化产物异常积累。目前，铁死亡在肺、肝、肾等器官进行性纤维化中的致病作用已得到机制性证实。然而，铁死亡是否参与石墨烯诱导的纤维化过程，仍有待探索。

图1 石墨烯暴露后不同阶段肺组织纤维化指标及相关炎症因子的动态（摘自 Small ）

表观转录组学是一门快速发展的学科，聚焦于RNA及其相关调控分子对基因表达的影响。在已知的RNA修饰中，1-甲基腺苷（m1A）对RNA代谢具有广泛的调控作用，参与调控关键细胞进程。这种甲基化修饰处于动态平衡状态，其调控机制与DNA和蛋白质修饰的复杂性相类似。值得注意的是，m1A主要位于tRNA分子保守的58位结构位点，由tRNA甲基转移酶6（TRMT6）-tRNA甲基转移酶61A（TRMT61A）甲基转移酶复合物调控。TRMT6/TRMT61A介导的tRNAm1A58修饰可促进翻译起始与延伸。尽管取得了这些进展，m1A甲基化修饰在石墨烯诱导纤维化过程中的转录调控网络及其生物学功能，仍处于未知领域。因此，需要开展多维度机制研究，以完善纳米材料生物安全性评价体系，并开发靶向干预策略。

该研究通过梯度剂量石墨烯对小鼠进行动态暴露处理，初步揭示了各组织的组织病理学改变，以及模型小鼠肺组织中纤维化指标和相关炎症因子的水平变化。进一步阐明了小鼠的代谢谱特征，鉴定出潜在的暴露候选生物标志物及相关代谢通路。在机制层面，首次揭示了m1A表观转录组调控网络在石墨烯诱导肺纤维化和铁死亡中的作用。综上，该研究系统分析了石墨烯的潜在呼吸毒性，为开发靶向干预策略提供了创新性的理论框架和实验基础。

参考消息：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202508818

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