城市大气颗粒物中有大量来自化工生产行业及机动车尾气排放的超细炭黑颗粒(UFCB),而铅暴露一直是广受关注的危害人体健康的重要因素。超细炭黑具有强吸附性,可吸附大气气溶胶中的铅等重金属和有机物,造成复合污染。研究表明UFCB可经呼吸及皮肤接触进入人体,在肺泡内沉积并造成肺组织损伤,小粒径的超细炭黑粒子可穿过肺间质通过血液循环到达脾、肾、肝、淋巴等多个器官诱发毒性效应,乃至多种疾病。另外,UFCB进入机体组织和细胞后,可与其中的生物大分子发生相互作用,进而诱发细胞的毒性。因此,超细炭黑及其负载污染物后对机体各器官和组织的毒性效应和机理研究,对加强大气颗粒物污染的防治和保护人体健康具有重要意义。然而,目前对于UFCB的毒性效应研究多集中于其对肺组织和肺泡巨噬细胞等肺部细胞的影响,对于它对机体功能蛋白和其他器官的细胞毒性研究较少,对于它吸附不同污染物之后对细胞的毒性效应及作用机理也尚未被阐明。另外,UFCB在工业生产及空气中长期老化后会发生变性,因此实验室中常对UFCB进行修饰以模拟大气中的状态。UFCB的粒径、表面积、表明电荷、修饰方法、聚集程度及表面自由基等理化性质都会影响其生物学毒性,但目前很多对UFCB安全性评价的实验中缺乏对UFCB的全面表征。针对以上问题,本研究对UFCB(31 nm)进行了修饰、载铅及表征,并从分子和细胞层面研究了 UFCB载铅前后对溶菌酶及脾细胞的毒性效应和机理,主要包括以下五部分:第一章简要介绍了 UFCB的来源、性质及其生物毒性研究进展,概述了铅暴露的途径及铅对人体的危害,总结了 UFCB与大气中其他污染物所造成的的复合污染。通过文献综述,讲明了本研究的科学价值,提出了本领域尚待完善和解决的问题,并针对这些科学问题确定了研究方案。第二章经过对比酸功能化和臭氧氧化的修饰效果,选用臭氧氧化法对UFCB进行修饰。采用超声法负载醋酸铅,通过原子分光光度法和二甲酚橙分光光度法分别测定负载后和超声后上清液的铅离子浓度。采用粒度分析仪、扫描电子显微镜、ZETA电位仪、傅里叶红外变换光谱仪对载铅前后UFCB进行全面表征。结果表明,本实验所用浓度条件下,UFCB对铅的负载量可达到93.2%,且载铅后UFCB(UFCB-Pb)在超声后没有铅离子解离出来。表征实验的结果显示,UFCB和UFCB-Pb表面均带负电,UFCB-Pb在水溶液中的聚集程度要高于UFCB,但二者的分散体系都处于稳定状态,这种稳定与其表面自由基COO-相关。第三章以重要的免疫蛋白溶菌酶(LYZ)为研究对象,采用多种光谱法研究了 UFCB及UFCB-Pb对LYZ分子结构的影响,结合酶活性检测研究了 UFCB及UFCB-Pb暴露对于LYZ功能的影响,并根据上述实验结果探讨了 UFCB及UFCB-Pb相互作用的机制。结果表明,UFCB和UFCB-Pb均可与LYZ发生相互作用,使LYZ发生荧光增敏,并主要通过改变色氨酸残基周围的微环境来影响蛋白质的疏水性。相较于UFCB,随着UFCB-Pb浓度的增大LYZ酶活性降低程度更加显著,这是由于UFCB-Pb对LYZ二级结构的改变造成的。载铅前后超细炭黑与LYZ的相互作用力为疏水力,UFCB-Pb或可进入LYZ的活性空腔对LYZ产生毒性。第四章以机体重要的免疫细胞脾细胞为研究对象,经UFCB及UFCB-Pb染毒后,采用CCK-8细胞活力、caspase-3酶活力、线粒体膜电位、活性氧(ROS)等指标的变化规律,研究了 UFCB和UFCB-Pb对小鼠原代脾细胞细胞活力、细胞凋亡的影响及其毒性效应机制。结果表明,UFCB和UFCB-Pb对脾细胞产生了细胞毒性,使得脾细胞活力下降并诱发细胞凋亡。但UFCB-Pb对脾细胞的毒性效应更为显著,其诱发细胞损伤和凋亡的机制之一为UFCB及UFCB-Pb诱导脾细胞产生ROS,ROS的产生导致线粒体膜的损伤进而激活caspase,最终导致了细胞损伤及细胞凋亡。第五章总结了论文的研究结果,归纳了研究的创新点,并针对研究过程中发现的、未解决的问题展开分析,提出对策。本研究选用科学的方法对UFCB进行修饰及铅的负载,并对实验材料进行了全面表征,从分子层面研究了载铅前后超细炭黑对溶菌酶的分子结构和功能的影响,从细胞层面研究了载铅前后超细炭黑对脾细胞活力、细胞凋亡的影响以及其凋亡的具体通路,为以UFCB为模型研究大气细颗粒物负载污染物前后对机体功能蛋白及细胞的毒性提供方法学参考,为载铅前后超细炭黑对免疫相关蛋白及细胞的毒性提供了基础数据,为超细炭黑的安全应用和大气超细颗粒物的防控提供了科学依据。