呕吐毒素,亦称脱氧雪腐镰刀菌烯醇（deoxynivanenol,DON）,是由镰刀菌属霉菌产生的一种单端孢霉烯族毒素,基于该类毒素对全球谷物粮食污染的广泛性,其毒性研究一直受到专家学者的重视。真菌毒素的体外毒性评价多采用依赖于平皿培养的细胞毒理学方法,相较于二维细胞培养,三维的细胞培养条件已被许多研究证实能够更好地模拟体内环境,从而更有效地评估毒物对个体的真实毒性。此外,目前对单端孢霉烯族毒素的毒性研究大多集中于单一毒素,仍缺乏全面阐述该类毒素的联合毒性及机制的研究。本论文以DON及其乙酰化衍生物3-ADON、15-ADON为研究对象,从细胞和基因水平研究了三者单独及共存下的细胞毒性效应;进一步通过生物打印技术构建基于电化学方法的细胞毒性评价模型,实现了在三维细胞培养体系中对DON、3-ADON及15-ADON的单独/联合毒性评价;最后,运用代谢组学技术从细胞代谢变化水平阐释了所选毒素对细胞产生的毒性效应及损伤机制。主要内容如下:1.探究不同细胞系、毒素作用时间、毒素剂量及毒素组合对DON、3-ADON及15-ADON联合毒性效应的影响。实验结果表明,三种毒素对A549和Caco-2细胞活性均有抑制作用。相较于Caco-2细胞,A549细胞对三种毒素的毒性更为敏感。三种毒素对两种细胞均需作用48 h以上毒性作用更为明显。DON+3-ADON与3-ADON+15-ADON的组合对A549和Caco-2细胞产生几乎完全拮抗的细胞毒性(IC10～IC90),而DON+15-ADON和DON+3-ADON+15-ADON的组合则在中低细胞抑制水平产生协同作用,在中高细胞抑制水平又会发挥拮抗作用。2.基于碳纳米纤维/甲基丙烯酰化明胶（Gel MA）复合水凝胶构建了电化学细胞毒性评价模型,用于DON、3-ADON及15-ADON的联合毒性评估。为探究细胞培养模式对细胞毒性响应的影响,实验采用生物打印技术开发了一种8通道三维“蜂巢”型细胞传感模型,并以电化学阻抗谱法（EIS）进行三种毒素的细胞毒性评估。具有优异生物相容性的碳纳米纤维被掺入Gel MA水凝胶中以提高传感模型的导电性能。在此评价方法下,DON、3-ADON和15-ADON的检测限（LOD）分别为0.07、0.10和0.06μg/mL。构建的电化学方法所得结果与CCK-8方法测定结果具有良好的一致性。3.采用主成分分析、聚类热图分析与通路分析对DON、3-ADON及15-ADON单独与联合作用于细胞后的胞内代谢轮廓变化加以分析,探索三者共存对机体的毒性效应及作用机制。基于前期实验,可以发现细胞系、作用剂量和毒素组合的差异对毒性效应有着较大的影响,因此本章选择这三个维度继续开展细胞代谢组学研究。实验结果显示,随毒素浓度增加,细胞显著差异代谢物的数量增多,说明毒素剂量的增加会加剧细胞正常代谢稳态的扰动。此外,毒素联合作用相较单独作用并没有明显增加显著差异代谢物的数量,这可能与毒素共存时产生拮抗作用相关。代谢通路分析结果表明,DON及其乙酰化衍生物主要通过扰乱细胞的苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、牛磺酸和低牛磺酸代谢通路,从而影响氨基酸和蛋白质的合成,产生细胞毒性。综上可知,不同细胞系、作用时间、作用剂量及毒素组合均会影响DON、3-ADON及15-ADON的细胞联合毒性效应。在三维细胞培养体系中,利用电化学方法测得的毒素与细胞活性之间具有剂量-效应关系,基于生物打印的毒性评价模型构建方法为统一、批量化地生产毒素毒性评价工具提供了新的可能。毒素引起的细胞代谢紊乱表明,该类毒素主要是通过扰乱细胞能量代谢途径而影响细胞正常生长的。本论文评价了DON、3-ADON及15-ADON的联合暴露风险及相关机制,可为科学地制定单端孢霉烯族毒素的限量标准提供一定的理论基础。