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柴油机尾气颗粒(Diesel Exhaust Particles,DEP)对PM2.5有重要贡献,已有研究发现其与暴露人群的肺癌、慢性支气管疾病、心血管疾病等密切相关。由于碳核表面稀松多孔,燃烧尾气及空气中的可溶性有机物、重金属、过渡金属和硫酸盐等物质可吸附在颗粒物内,其中90%的可溶性有机物如多环芳烃等都具有致癌、致畸、致突变性,对人类身体健康危害极大。虽然目前对于DEP健康效应的研究已取得了一定进展,但大多数还停留在DEP单一毒性病理学、毒理学现象的研究,对机制的研究局限于体外细胞实验,难以模拟真实准确的DEP暴露对机体的体内毒性损伤。因此,本研究选用秀丽隐杆线虫和人支气管上皮BEAS-2B细胞分别作为体内、体外研究模型,采用DEP标准参考物质SRM2975作为暴毒物质,进行DEP的体内富集、神经毒性、遗传毒性、氧化应激效应等多方面的体内外毒性综合研究,同时基于Aerolysin纳米孔道单分子传感技术进行了表观遗传学中组蛋白甲基化检测的探究。主要研究结果如下:1.基于秀丽隐杆线虫探究DEP诱导的慢性毒性效应:经过DEP慢性暴露10 d后,可以观察到1 mg·L-1浓度组的DEP明显富集在线虫的咽部和肠道,中低浓度(0.001 mg·L-1、0.01 mg·L-1、0.1 mg·L-1)的DEP未出现明显的体内富集现象。随着浓度的增加线虫的头部摆动频率、体长和体宽均呈先上升后降低的趋势,差异具有统计学意义(P<0.01)。中浓度组(0.1 mg·L-1)线虫体内活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)水平和细胞凋亡水平较对照组均有所降低,而高浓度(1 mg·L-1)的DEP显著提高了线虫体内的ROS水平和细胞凋亡水平(P<0.05)。中高浓度的DEP均能使线虫肠道脂褐素积累升高(P<0.05),诱导肠道老化。2.采取只暴露亲代F0的暴露方式探究DEP的世代遗传毒性及其传递机制:DEP实验浓度暴露72 h后,亲代F0线虫的头部摆动频率、成虫的体长和体宽随着DEP浓度的增加而减小,表现出显著的浓度依赖效应。F1代的头部摆动频率降低、成虫的体长和体宽减小,呈明显的剂量效应关系,最高浓度组三个指标较空白对照组均显著下降,子代F1的神经缺陷和发育缺陷较亲代更为显著,F2代各指标较对照组变化不大。此结果表明DEP具有世代毒性效应,DEP能通过亲代F0对子代F1产生毒性,但随后在F2代中逐渐恢复。3.利用不同转基因品系线虫探究DEP对特定神经元的损伤情况:DEP暴露后的转基因品系线虫BZ555的荧光强度较对照组明显降低,出现神经元萎缩变形、树突结构断裂、部分缺失以及轮廓模糊的现象,尤其是PDE神经元和CEP神经元,表现出严重丢失和断裂。结果表明DEP会抑制4对多巴胺神经元的表达,诱导线虫多巴胺神经元不同程度的退变损伤,暗示DEP的特异性神经毒性。4.利用不同转基因品系线虫探究DEP对相关蛋白表达的表达:DEP暴露后的转基因品系线虫TJ375的荧光强度显著上升,且具有剂量效应关系,相比之下,对转基因品系线虫CF1553的荧光强度没有明显影响。此结果表明DEP可以诱导线虫hsp-16.2蛋白的过量表达,而对sod-3的表达没有明显影响,暗示DEP可通过诱导秀丽隐杆线虫体内的氧化应激反应,从而产生多重毒性效应。5.基于人支气管上皮细胞(BEAS-2B)探究DEP暴露的细胞毒性效应:经DEP暴露24 h后发现,BEAS-2B细胞能够通过内吞行为摄入DEP,进入细胞的颗粒物围绕核仁有规律的排列;细胞形态发生改变,明显皱缩,且DEP浓度越高,这些现象越明显。随着DEP浓度的增加,BEAS-2B细胞增殖活力逐渐降低,而细胞的乳酸脱氢酶(LDH)释放量逐渐增大,表明细胞膜的损伤加重。同时胞内ROS水平升高,产生氧化应激反应,DNA损伤程度升高,细胞晚期凋亡率升高,具有剂量相关的毒性效应和潜在的遗传毒性。6.基于Aerolysin纳米孔道单分子传感技术进行表观遗传学中组蛋白甲基化检测的探究,研究发现单甲基化精氨酸和未甲基化精氨酸肽链可以通过Aerolysin生物纳米孔道技术快速灵敏地被识别。综上所述,本研究通过体内外实验研究揭示了 DEP具有在生物组织体内富集的特点,具有剂量相关的发育毒性、神经毒性效应和潜在的遗传毒性等多重生物毒性,并基于Aerolysin生物纳米孔道技术实现了单甲基化精氨酸和未甲基化精氨酸肽链的快速灵敏识别。该结果为DEP的毒性综合评估提供更完整全面的科学依据,为生化分析、临床诊断及表观遗传学的研究提供了新的思路。