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随着纳米技术的发展和纳米材料的广泛应用,纳米材料的生物安全性问题引起人们高度关注。纳米二氧化钛（titanium dioxide nanoparticles,nano-TiO2）是一类重要的纳米材料,广泛应用于化妆品、食品、医药、环境治理、建材以及涂料等领域。大规模的生产与应用使得nano-TiO2的安全性关注日益增加,尤其是在长波紫外线（UVA,320～400 nm）的催化下,具有光化学活性的nano-TiO2潜在的光毒性危害尤其值得关注。目前,关于nano-TiO2光毒性研究大多聚焦于环境生态系统,缺乏从细胞和分子水平对其光毒性开展系统深入的研究。本文开展了UVA照射下nano-TiO2对细胞唾液酸和基因表达的影响研究,采用糖链特异性识别、转录组学和三维（three-dimensional,3D）细胞模型等技术手段从不同角度探究了UVA诱导下nano-TiO2细胞光毒性及其作用机制。本文开展的主要研究内容及结果如下:（1）唾液酸化是一种重要的糖基化修饰过程,参与多种关键的生理过程。本文研究了三种不同晶型的nano-TiO2（金红石型R25、锐钛矿型A25和混合晶型P25）在UVA照射下对人角质形成细胞（human keratinocytes,HaCaT）唾液酸水平的影响及其作用机制。结果表明,在UVA照射下,混合晶型nano-TiO2P25显著降低HaCaT细胞活性,光毒性最强;锐钛矿型nano-TiO2A25次之,金红石型nano-TiO2R25光毒性较弱。凝集素染色检测发现,UVA照射下,50μg/m L nano-TiO2 P25会导致HaCaT细胞α-2,6唾液酸化水平发生变化,而nano-TiO2A25和nano-TiO2R25不改变细胞唾液酸化水平。UVA照射下nano-TiO2 P25诱导HaCaT细胞产生活性氧自由基（reactive oxygen species,ROS）,打破胞内Ca2+平衡,破坏线粒体膜电位稳定,导致HaCaT细胞死亡。研究发现,ROS导致α-2,6唾液酸化水平增加,抗氧化剂维生素C可清除ROS,逆转细胞α-2,6唾液酸化水平的异常变化,减少HaCaT细胞死亡。蛋白免疫印迹结果表明,UVA照射下,nano-TiO2 P25可能通过提高α-2,6唾液酸转移酶（ST6Gal-Ⅰ）表达影响α-2,6唾液酸化水平。该研究工作从nano-TiO2对细胞唾液酸的影响探究了纳米材料的光毒性作用机制。（2）采用转录组学量化细胞基因表达水平变化,探究UVA诱导nano-TiO2的光毒性作用机制。结果表明,与对照组比较,UVA照射下nano-TiO2处理组的HaCaT细胞有841个差异表达基因,其中499个基因上调,342个基因下调;而单独nano-TiO2处理组和单独UVA处理组各有169个和114个差异表达基因。KEGG Pathway分析结果显示,UVA照射下nano-TiO2导致信号转导通路基因表达差异明显,参与受体相互作用、细胞粘附过程以及Fox O和TGF-β信号通路的差异表达基因富集水平最显著。GO功能分析表明,UVA照射下nano-TiO2导致细胞进程、代谢过程、生物学调控过程、分子结合以及催化功能相关的差异表达基因显著富集。实时荧光定量PCR实验结果证实,nano-TiO2和UVA显著上调与炎症、肿瘤和细胞存活相关基因（IL1A、MYC、CDKN1A、JUN和THBS1）的表达,带来潜在的健康风险。转录组学分析结果为nano-TiO2光毒性作用机制进一步研究提供依据。（3）采用3D纤维蛋白凝胶细胞培养技术研究nano-TiO2光毒性作用机制。结果表明,UVA照射下100μg/m L nano-TiO2处理的小鼠肝癌细胞（H22细胞）在3D纤维蛋白凝胶中培养7天后,形成的细胞球直径减小约25%;而单独的nano-TiO2或UVA处理并不会对3D细胞球的尺寸有明显影响。细胞衰老和凋亡检测发现,细胞球尺寸减小不是细胞衰老和凋亡造成的,而是细胞周期停滞在G0/G1期。采用蛋白免疫印迹和实时荧光定量PCR研究发现,UVA照射下nano-TiO2激活了TGF-β/Smad信号通路,在m RNA和蛋白水平提高TGF-β1、Smad3、Cdkn1a以及Cdkn2b基因的表达,从而导致细胞周期停滞在G0/G1期。DCFH-DA探针和H2O2检测发现,UVA照射下nano-TiO2产生的ROS通过诱导TGF-β1表达参与细胞周期的调控。本研究工作揭示了nano-TiO2光毒性的影响及其作用机制,对指导nano-TiO2安全应用具有重要意义,为光化学活性纳米材料的毒理学研究提供理论和实验依据。