大气颗粒物是现阶段影响我国城市空气质量的主要污染物,颗粒物的浓度高低和尺寸大小会直接影响到城市居民的发病率、死亡率,颗粒物的尺寸越小对健康的影响越大。超细颗粒物的颗粒数量浓度在大气颗粒物中占有重要的分额。大气中的超细颗粒物可以引发肺部的炎症反应和呼吸道疾病,同时能够穿透肺的较深区域进入血液循环,并且最终导致其他组织器官的炎症反应等不利健康效应。超细颗粒物的粒径小、比表面积大,容易吸附多种污染物质比如重金属等,是一种成分复杂的环境污染物。超细颗粒物进入生物体后,所产生的毒性效应是各组分联合作用的结果,而目前关于超细颗粒物及其各组分毒性效应与机理的研究相对较少。超细炭黑成分单一、与超细颗粒物形态结构相似,可以作为超细颗粒物毒理学效应与机理研究的替代物。重金属铅是一种常见的污染物且容易被超细颗粒物吸附,铅随超细颗粒物一起进入生物体的现象十分常见,而其产生的毒性效应与机理目前仍不明确。因此,我们在细胞和分子水平上系统地研究并对比分析了超细炭黑载铅前后对小鼠原代肾细胞氧化应激效应的影响和对血清白蛋白(HSA)、血红蛋白(BHb)两种血液转运蛋白结构的影响。本文的主要研究内容涉及了以下几个部分:(1)利用臭氧氧化的方法对超细炭黑(PU 25 nm)进行改性修饰,提升超细炭黑在溶液中分散稳定性,进而得到改性后超细炭黑(UFCB)。将改性后的超细炭黑应用于重金属铅的吸附实验,制备得到载铅量为0.65 mg/mg的载铅超细炭黑(UFCB-Pb)。(2)选择小鼠原代肾细胞作为靶细胞,在细胞水平上探究并对比分析了UFCB、UFCB-Pb和Pb(Ac)2三种污染物诱发小鼠原代肾细胞的氧化应激效应。结果显示:三种污染物的暴露明显降低了小鼠原代肾细胞的细胞活力,当污染物浓度达到8 mg/L时,小鼠肾细胞的细胞活力下降幅度均超过了 30%。三种污染物的存在明显提升了细胞内活性氧(ROS)的产生量,污染物浓度达到8 mg/L时,细胞内ROS的相对产生水平分别达到了 141%(UFCB)、175%(UFCB-Pb)和227%(Pb(Ac)2)。随着三种污染物浓度从0 mg/L到8 mg/L的增加,细胞内MDA含量呈现显著的上升趋势,分别可达到125%(UFCB)、134%(UFCB-Pb)和167%(Pb(Ac)2);细胞内过氧化氢酶(CAT)相对水平升高,其相对活性水平均超过了 130%;超氧化物歧化酶(SOD)相对活性降低,其相对水平均低于85%。综合得出UFCB、UFCB-Pb和Pb(Ac)2三种污染物诱发了小鼠原代肾细胞的氧化应激效应并造成了一定的氧化损伤。通过对比,在相同实验质量浓度下Pb(Ac)2对小鼠原代肾细胞产生的氧化应激毒性效应最为明显,UFCB-Pb相比于UFCB更易诱发小鼠原代肾细胞的氧化应激效应。(3)选择人血清白蛋白和牛血红蛋白为靶分子,在分子水平上利用紫外可见吸收光谱、荧光光谱、圆二色光谱等技术从不同角度研究了 UFCB、UFCB-Pb和Pb(Ac)2三种污染物与蛋白质的相互作用。结果显示:针对HSA而言,随着三种污染物暴露浓度从0 mg/L到8 mg/L的逐步增加,HSA骨架结构变得紧缩。三种污染物与HSA作用形成复合物使得实验体系粒径增大。UFCB对HSA产生了荧光猝灭的效应,而UFCB-Pb和Pb(Ac)2对HSA产生了荧光敏化的效应。UFCB-Pb的存在轻微地改变了 HSA的二级结构,α-螺旋含量降低了 2.6%,β-折叠含量增加了 2.2%,UFCB和Pb(Ac)2对HSA二级结构的变化并没有产生明显的影响。针对BHb而言,三种污染物的暴露使BHb骨架结构紧缩,BHb发生了荧光敏化效应,降低了 BHb二级结构中α-螺旋的含量。当污染物浓度达到8 mg/L时,BHb 中 α-螺旋的含量分别降低了 3.6%(UFCB)、7.3%(UFCB-Pb)和 2.8%(Pb(Ac)2)。UFCB和UFCB-Pb的暴露增加了污染物与BHb实验体系的粒径,而Pb(Ac)2的暴露降低了污染物与BHb实验体系的粒径。通过对比发现UFCB、UFCB-Pb和Pb(Ac)2三种污染物与蛋白质的相互作用的影响并不相同,其中UFCB-Pb的影响差异应该部分归因于UFCB吸附的Pb。本文建立了超细炭黑的表面改性和吸附重金属铅的方法,并从细胞和分子两个层面研究并对比分析了 UFCB、UFCB-Pb和Pb(Ac)2三种污染物对机体的毒性效应,结果表明相对于UFCB而言,UFCB-Pb无论在分子层面还是细胞层面对生物体的毒性效应更为明显。本文提供了 UFCB-Pb的生物学安全信息,并为评估成分复杂的超细颗粒物的毒性效应提供了科学的参考依据和研究方法。