石墨烯量子点（GQDs）是一类重要的工程纳米材料。由于其水溶性、化学 稳定性、电子性质和光致发光特性，GQDs 在生物传感、细胞和分子标记与跟 踪、能量存储、癌症靶向、疾病诊断和治疗等生物医学领域具有巨大的应用潜 力，引起了广泛关注。GQDs 的广泛应用使其不可避免地释放到土壤、水体等 环境中，并在环境条件下发生迁移转化，对环境生物与人体产生不同程度的暴 露，造成不可预期的潜在影响，因此，亟需对 GQDs 的毒理学效应与作用机制 开展广泛深入的研究。越来越多的证据表明，暴露于 GQDs 可以引发体内和体 外多种不良生物反应，然而关于 GQDs 是否具有潜在发育毒性效应尚不明确。

       胚胎干细胞（ESCs）以其分化的全能性和无限增殖能力成为临床治疗的潜 在种子细胞来源。由于 ESCs 能在体外无限扩增，通过定向分化结合细胞纯化 技术，可以获得大量的特定神经干细胞或神经细胞类群，为探索生命体早期发 育过程和生物学调控机制提供了重要的研究窗口。目前针对 GQDs 作用于胚胎 干细胞的生物安全性研究数据依然很少，缺乏量子点对干细胞分化影响及作用 机理的相关研究。基于以上研究背景，本文选取化学稳定性强和应用范围广的 GQDs 为研究对象，探究量子点对小鼠胚胎干细胞（mESCs）分化的影响及其 作用机理。

       为解析 GQDs 在 mESCs 中的内吞及外排行为，研究利用流式细胞仪和激 光共聚焦检测了 GQDs 在 mESCs 内的摄取情况。结果发现 mESCs 对 GQDs 的 摄取具有时间和剂量依赖效应。结合多种内吞作用抑制剂的实验表明，GQDs 主要通过吞噬作用进入细胞。此外，针对细胞培养基质的分析发现，GQDs 能 够外排到细胞外，然而在结束暴露 48 h 后，细胞内仍有 GQDs 检出。

        关于 GQDs 对 mESCs 分化的影响及甲基化调控机制研究方面，在不引起 显著细胞毒性的情况下进行 GQDs 暴露，发现暴露组 mESCs 分化形成拟胚体 （EB）的过程受到显著抑制。基于 RT-PCR 及免疫荧光染色实验发现，EB 三 胚层特异性标志物表达显著降低。EB 多能性因子表达水平检测结果表明， GQDs 暴露诱导拟胚体多能性因子 Sox2、Oct4 表达显著升高。由于分化过程中 关键转录因子的甲基化和去甲基化对 mESC 分化具有重要调控作用，因此针对甲基化转移酶的研究发现，GQDs 暴露 mESCs 后形成的 EB 中甲基转移酶表达 显著降低，去甲基转移酶表达明显升高。进一步针对 Sox2、Oct4 的启动子区甲 基化情况进行分析表明，GQDs 暴露诱导 Sox2 启动子区甲基化降低，从而引起 Sox2 表达升高。通过去甲基化酶抑制剂共孵育的实验发现，可明显回调 EB 中 Sox2 的表达。以上研究结果证实 GQDs 可以通过抑制 Sox2 甲基化，显著延迟 mESCs 向拟胚体的分化过程。

      针对不同表面修饰石墨烯量子点对神经分化的影响研究显示，在无明显细 胞毒性剂量下，OH-GQDs 与 NH2-GQDs 会干扰 mESCs 离体分化形成的 EB 中 外胚层的形成。通过进一步针对 EB 进行定向诱导神经元分化，发现 OH-GQDs 会干扰神经祖细胞标志物及神经发生标志物的表达。BMP 信号通路在在神经干 细胞的增殖、分化以及神经系统各亚型细胞的形成过程中起着关键的调控作 用。针对这一信号通路的研究发现，OH-GQDs 会干扰该信号通路中关键因子的 正常表达。进一步的分子机制研究表明，OH-GQDs 暴露后 BMP 信号关键因子 Smad6 基因启动子区域的 H3K27me3 富集增加，最终导致神经元分化异 常。此外，与 OH-GQDs 相比，NH2-GQDs 暴露诱导的神经发育毒性相对较 小，因此不同量子点对神经分化过程的调控影响并不相同。

       本文以 mESCs 为实验模型，在无毒性作用剂量下，分析了 GQDs 的细 胞摄入及外排规律。通过体外诱导拟胚体分化及神经分化模型，进一步解析 了 GQDs 的发育毒性效应及分子作用机制，研究数据为 GQDs 的生物安全 性评价提供了新的毒理学证据。