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本研究针对毒性评价中跨物种可预测性不足的问题，系统探究了钙钛矿材料在啮齿类与兔类动物中的毒性差异。研究人员通过整合宏观生理指标与转录组学分析，发现物种转换（从小鼠到兔）引发的毒性变化远大于材料成分改变（从铅到锡）的影响，且锡基钙钛矿对物种差异更为敏感，导致铅、锡钙钛矿的毒性排序在小鼠和兔之间发生逆转。该工作揭示了物种依赖的生物分子响应是决定毒性比较结果的关键因素，为材料安全评价提供了新的视角。
在追求高性能光电材料如钙钛矿太阳能电池、LED和探测器的同时，其生物安全性评估一直是制约其实际应用的关键瓶颈。传统上，毒性比较研究通常默认不同材料在不同生物模型中的毒性排序是一致的，即若A材料在小鼠中比B材料毒性更高，那么在其它物种（如兔）中也会呈现相同的趋势。然而，这种跨物种外推的可靠性如何？物种间的生物学差异究竟会在多大程度上影响毒性评价的结果？这一问题在环境健康与材料安全领域尚未得到充分解答。
针对这一科学问题，研究人员在《Advanced Science》上发表了一项创新性研究，系统探究了铅基钙钛矿(MAPbI3)与锡基钙钛矿(MASnI3)在小鼠和兔两种动物模型中的毒性响应。该研究不仅量化了从宏观生理指标到分子转录水平的毒性变化，更揭示了一个反常现象：两种钙钛矿的毒性排序会随着实验物种的改变而发生逆转——在小鼠中，铅基钙钛矿毒性更高；但在兔中，锡基钙钛矿反而表现出更强的毒性。这一发现挑战了毒性比较的常规认知，凸显了物种特异性生物响应在安全评价中的核心作用。
为开展此项研究，作者主要采用了以下几项关键技术方法：首先，建立标准化动物实验模型，使用雌性BALB/c小鼠和雌性新西兰兔，分别设置对照组、铅基钙钛矿处理组和锡基钙钛矿处理组，通过口服给药进行暴露实验。其次，进行多维度毒性表型分析，包括监测体重变化、计算器官指数（心、肾、肝、肺、脾）、检测血液生化指标（如ALT、AST、UREA、UA）和血细胞计数。最后，利用高通量转录组学技术（RNA sequencing，RNA测序）对肾组织进行全基因组表达谱分析，通过生物信息学方法识别差异表达基因（Differentially Expressed Genes, DEGs）并进行通路富集分析（Gene Set Enrichment Analysis, GSEA），以揭示毒性作用的分子机制。
2.1 毒性及毒性变化的定义
为量化比较，研究者将毒性定义为多个归一化参数的综合体现，所有观测指标（体重、器官指数、血液生化等）均相对于对照组进行归一化处理，并引入无量纲参数?T来表征毒性变化。以小鼠铅基组为参照，分别计算材料成分改变（铅→锡）和物种改变（小鼠→兔）引发的毒性变化值，从而在统一框架下比较二者的相对影响。
2.2 小鼠中的毒性比较
在小鼠模型中，铅基钙钛矿在所有检测指标上均表现出比锡基钙钛矿更强的毒性。具体表现为：铅基组小鼠体重增长显著受抑，肝、肾、肺等器官指数发生显著变化，血液生化指标（如ALT、AST升高，TP降低）显示更严重的肝肾功能损伤，免疫细胞计数全面下降，且肾组织转录组分析显示铅基处理引发的差异表达基因数量是锡基处理的2.2倍。这些结果一致表明，在小鼠中，铅基钙钛矿的毒性高于锡基钙钛矿。
2.3 不同动物物种和材料成分间的毒性响应变化
通过比较毒性变化值?T，研究发现物种改变（小鼠→兔，?T(mice, rabbit), lead）所引起的毒性变化，远大于材料成分改变（铅→锡，?Tmice, (lead, tin)）所引起的变化。例如，体重变化上前者为11%，后者仅为5%；器官指数和差异表达基因数量的变化也呈现相同趋势。更重要的是，锡基钙钛矿对物种变化的敏感性显著高于铅基钙钛矿，其因物种改变引发的各项毒性变化值（?T(mice, rabbit), tin）均大幅超过铅基钙钛矿的对应值。
2.4 转录组学分析
分子机制研究表明，铅基和锡基钙钛矿在小鼠与兔中引发的基因表达和通路改变存在巨大差异。两者在两种物种间共同受影响的差异表达基因和生物通路重叠度极低（小于1%），且许多通路在物种间呈现相反的调控方向。例如，铅基钙钛矿在小鼠中上调了金属离子响应等通路，在兔中却下调了相同通路。锡基钙钛矿引发的相反调控通路数量更多。这种物种间极低的分子响应重叠度，以及锡基材料更高的物种敏感性，从机制上解释了为何毒性排序会发生逆转。
3 结论
该研究揭示了一种独特的毒性比较现象：两种钙钛矿材料的毒性排序会因实验物种不同而发生逆转。物种改变（从小鼠到兔）所引起的毒性变异，大于材料成分改变（从铅到锡）所引起的变化。锡基钙钛矿对物种差异的敏感性高于铅基钙钛矿。其根本原因在于，不同物种对相同材料暴露产生了截然不同的分子响应，受损基因和通路的重叠度极低。
4 讨论与意义
这项工作突破了毒性比较研究中的常规思路，首次在实验上证明物种差异本身可以成为决定材料相对毒性的主导因素，甚至超过材料化学成分的影响。它强调了在材料安全评价和环境健康风险评估中，跨物种外推需要极为审慎，必须考虑物种特异的生物分子响应网络。研究建立的多参数归一化与定量比较框架，为系统评估不同因素（如材料、物种、剂量）对毒性的相对贡献提供了方法论工具。论文指出，除物种外，性别、年龄、健康状况等生物变量也可能显著影响毒性结果，未来需要更全面的研究来阐明材料的安全谱图。这些发现对发展更精准的毒理学预测模型、设计更安全的先进功能材料具有重要的科学意义和应用价值。
