C60纳米颗粒物对Daphnia Magna的hormesis效应及分子机制研究

Ecological environmental implications of manufactured nanomaterials have received.increasing attentions with their wide applications in various fields. Current.evaluation approaches measure mortality and reproductive or growth effects at the.endpoint. Since concentration of nanomaterials is higher than environmentally.relevant concentration, it is difficult to evaluate the long-term biological effect of nanomaterials at low concentration, and their inability to provide information on modes of toxicity, and also the ignorance of potential hormesis. Under such a circumstance, this research project will work on the hormesis of aqueous C60 nanoparticles on Daphnia Magna and its molecular mechanisms. The 3 main modules include: first for the characterization of the hormesis by the weight, length, reproduction, life span of Daphnia magna;second for the establishment of metabolomics methodology based on GC-TOF and LC-Q-TOF to detect exogenous metabolites and endogeneous metabolites, and combination with some key enzymes to identify the molecular mechanism of hormesis; third for the development of multi-parameter statistic analysis model to identify the biomarker of hormesis. This project is of significance for distinguishing hormetic mode of action, discovering the biomarker, and risk assessments of nanomaterials at low concentrations.

随着纳米材料的广泛应用，其对生态环境的负效应日益受到关注。传统毒性评价方法集中在作用末期评价毒性，纳米颗粒作用浓度高，难以评估纳米颗粒物在低剂量长期赋存条件下对生物的作用，尤其忽视了可能存在的hormesis效应。本研究将研究不同水介质中C60纳米颗粒物对Daphnia的hormesis效应及分子机制。研究首先通过Daphnia magna的体重、体长、繁殖和寿命识别hormesis特征，建立剂量/效应模型；基于GC-TOF和LC-Q-TOF的检测技术平台建立代谢组学研究方法体系，通过外源性及内源性代谢产物的检测，并结合关键酶活性探究C60纳米颗粒物对Daphnia magna产生hormesis效应的分子作用机制；建立多参数统计分析模型，寻找识别hormesis效应的特征代谢标志物。研究对纳米颗粒物在低剂量、长期暴露条件下hormesis分子机制识别及对水生生物的风险评估具有重要意义.

随着纳米材料的广泛应用，其对生态环境的负效应日益受到关注。传统毒性评价方法集中在作用末期评价毒性，纳米颗粒作用浓度高，难以评估纳米颗粒物在低剂量长期赋存条件下对生物的作用，尤其忽视了可能存在的hormesis效应。本课题研究了水介质中C60纳米颗粒物和纳米银颗粒物对Daphnia的hormesis效应及分子机制。研究首先通过Daphnia的抗氧化应激系统和体重、体长、繁殖和寿命识别hormesis特征，建立剂量/效应模型；基于GC-TOF和LC-Q-TOF 的检测技术平台建立代谢组学研究方法体系，通过外源性及内源性代谢产物的检测，并结合转录组学探究了C60纳米颗粒物和纳米银颗粒对Daphnia 产生hormesis效应的分子作用机制；建立了多参数统计分析模型，寻找识别hormesis效应的特征代谢标志物。研究结果表明，①大型溞在低剂量的 nC60和纳米银作用后都具有毒物兴奋效应。具体表现在抗氧化应激酶的响应和进食能力的增加，平均体长、平均干重的增加。②综合转录组学和代谢组学的分析，nC60暴露激活了大型溞的氧化应激防御机制。代谢组学结果显示丙酮酸盐和D-葡萄糖的变化趋势具有hormesis特征。差异表达的转录基因和显著变化的代谢产物参与能量代谢和氧化应激的四条途径，揭示了低剂量nC60的暴露情况下抗氧化系统兴奋的分子机制。③在低剂量纳米银作用下，大型溞的代谢产物动力学模式经历了一个从第0天到第21天逐渐循环的周期。通过代谢组学分析，鉴定出42种代谢产物。与对照组相比，在低浓度AgNPs长期暴露试验组样品中，其中27种代谢产物发生了显著差异变化。氨基酸（如丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸）、糖类（如D-阿洛糖）和脂肪酸（如花生四烯酸）发生了显著差异变化，这些化合物变化为大型溞应对AgNPs的长期暴露压力提供了新的见解。研究对纳米颗粒物在低剂量、长期暴露条件下hormesis分子机制识别及对水生生物的风险评估具有重要意义。