酸化グラフェンナノ粒子は、ゼブラフィッシュ（ダニオレリオ）の自然免疫シグナル伝達の調節により肝機能障害を誘発します

酸化グラフェン（GO）は、バイオノテクノロジーとナノビオメディシンの分野で大きな期待を示すますます重要なナノ材料です。しかし、脊椎動物の発達システムに対するGOの毒性効果はまだよく理解されていません。ここでは、幼虫および成体のゼブラフィッシュにおけるGO暴露の毒性効果と分子メカニズムを調査することを目指しました。結果は、ゼブラフィッシュ胚でGOによって誘導される主要な肝毒性表現型が肝臓領域の有意な減少であり、肝細胞の用量依存性の減少であることを示した。さらに、ゼブラフィッシュ胚のマクロファージと好中球の数は減少しましたが、GO治療後に炎症誘発性サイトカインの発現が増加しました。高いスルーパットRNA-seqは、192のアップレギュレートおよび122のダウンレギュレートを含む、GO誘導ゼブラフィッシュ胚で314の差次的に発現した遺伝子（deg）を同定しました。KeggおよびGO機能分析により、ステロイドホルモン生合成、リポタンパク質代謝プロセス、およびPPARシグナル伝達経路が有意に濃縮されたことが明らかになりました。脂質代謝遺伝子のほとんどはダウンレギュレートされ、免疫遺伝子の大部分はGO治療後にアップレギュレートされました。さらに、GOはNF-κBP65を核に誘導し、成人のゼブラフィッシュ肝臓でNF-κBP65、JAK2、STAT3、およびBCL2のタンパク質レベルを増加させました。さらに、薬理学的実験では、ROSの阻害とMAPKシグナル伝達のブロックが、GO曝露によって誘発される肝毒性表現型を救助できることが示されました。それどころか、PPAR-α発現の薬理学的活性化は、GO誘発性幼虫および成体のゼブラフィッシュの肝毒性効果を増加させました。まとめると、これらの情報は、GOが主にゼブラフィッシュのROSおよびPPAR-α媒介の自然免疫シグナル伝達を介して肝機能障害を誘発することを実証しました。

Graphene oxide (GO) is an increasingly important nanomaterial that exhibits great promise in the area of bionanotechnology and nanobiomedicine. However, the toxic effects of GO on the vertebrate developmental system are still poorly understood. Here, we aimed to investigate the toxic effects and molecular mechanisms of GO exposure in larval and adult zebrafish. The results showed that the major hepatotoxic phenotype induced by GO in zebrafish embryos was a significant decrease in liver area and a dose-dependent decrease in the hepatocytes. Moreover, the number of macrophages and neutrophils in zebrafish embryos were reduced but the expressions of pro-inflammatory cytokines were increased after GO treatment. High through-put RNA-Seq identified 314 differentially expressed genes (DEGs) in GO-induced zebrafish embryos including 192 up-regulated and 122 down-regulated. KEGG and GO functional analysis revealed that steroid hormone biosynthesis, lipoprotein metabolic process, and PPAR signaling pathway were significantly enriched. Most of the lipid metabolism genes were down-regulated while majority of the immune genes were up-regulated after GO treatment. Moreover, GO induced NF-κB p65 into the nucleus and increased the protein levels of NF-κB p65, JAK2, STAT3, and Bcl2 in adult zebrafish liver. In addition, pharmacological experiments showed that inhibition of ROS and blocking the MAPK signaling could rescue the hepatotoxic phenotypes induced by GO exposure. On the contrary, pharmacological activation of PPAR-α expression have increased the hepatotoxic effects in GO-induced larval and adult zebrafish. Taken together, these informations demonstrated that GO induced hepatic dysfunction mainly through the ROS and PPAR-α mediated innate immune signaling in zebrafish.