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目的:利用纳米二氧化硅体外处理的BEAS-2B细胞染毒模型,分析mRNA、miRNA以及lncRNA三种表达谱数据,探讨纳米二氧化硅对人肺上皮细胞的影响,以及在毒性损伤过程中miRNA以及lncRNA的表观遗传调控机制。揭示纳米二氧化硅对BEAS-2B细胞的不良影响的新证据,为进一步研究纳米二氧化硅影响人类肺部健康提供深入的信息。方法:1、采用60nm二氧化硅BEAS-2B染毒模型,对其转录组测序结果进行分析筛选对照组和处理组中的差异表达的mRNA、miRNA和lncRNA,然后分别对显著性差异表达基因进行聚类分析。2、对具有显著差异表达的mRNA进行GO功能的显著性分析和KEGG信号通路的显著性分析;随后构建全局信号转导网络,结合功能与通路分析筛选后续研究的mRNA。3、通过搜索数据库预测差异miRNA靶向调控的所有基因,并将得到的所有靶基因与差异mRNA取交集并对mRNA与miRNA进行负相关。然后建立miRNA与靶向的mRNA的调控网络,miRNA与靶基因显著功能之间的调控网络以及miRNA与靶基因显著信号通路之间的调控网络,得到网络中枢纽位置基因的功能通路和起核心调控作用的miRNA,以此对其调控的基因与功能进行推断。4、以差异mRNA和lncRNA为研究对象构建共表达调控网络,通过表达谱的检测数据进行共表达能力计算mRNA-lncRNA之间的调控关系以及正相关的lncRNA-mRNA配对关系;根据差异lncRNA和被预测靶基因参与的显著性信号通路,分析lncRNA调控的核心通路;通过“miRNA-mRNA靶向预测”、“lncRNA-miRNA靶向预测”和“正向共表达结果”,得到与 miRNA有靶向关系的 mRNA、lncRNA。5、通过 miRNA-mRNA,lncRNA-miRNA靶向预测数据,结合共表达的mRNA和lncRNA,找到miRNA-mRNA成负相关、lncRNA-miRNA 成负相关,并且该 miRNA 能同时结合共表达关系的 mRNA-lncRNA,则这对mRNA-lncRNA互为ceRNA,进而构建ceRNA调控网络。结果:1、SiNP-60处理组与对照组相比,分析出622个差异表达mRNA,其中282个mRNA的表达量上调,340个mRNA的表达量下调（log2FC＞1.1,Padj＜0.05）;并且有19个差异表达的miRNA,其中13个miRNA的表达量上调;6个miRNA的表达量下调（log2FC＞2,Padj＜0.05）。鉴定出1643个差异表达的lncRNA,其中153个lncRNA的表达量上调,1490个lncRNA的表达量下调（log2FC＞1.1,P adj＜0.05）;2、在GO功能富集分析中282个上调mRNA与340个下调mRNA分别有146条和45条GO功能。与此相关的重要GO功能包括免疫反应、炎症反应、基因表达、信号传导、内质网应激、氧化应激、细胞代谢、细胞增殖凋亡等;显著差异表达mRNA共富集到85条KEGG通路,上调基因富集到54条通路,下调基因富集到31条通路。重要信号通路包括:与二氧化硅纳米颗粒进入细胞有关的内吞作用、溶酶体信号、IL-17信号通路,NOD样受体信号通路以及NF-κB信号通路,肿瘤坏死因子信号通路、非同源末端连接和RNA降解,与DNA损伤和基因表达有关、P53信号通路等;根据全局信号传到网络以及基因表达倍数筛选进行后续分析的基因HSP90B1、CDKN1A、AKT3、HIF1A。3、对差异基因表达得到的19个差异miRNA进行靶基因预测,共预测到10366个miRNA靶基因,与显著性差异mRNA取交集并进行负相关筛选后共获得靶基因179个,与18个miRNA分别组成284对miRNA-mRNA关系对。对功能的调控网络中在核心位置的 miRNA 包括 hsa-miR-374a-5p、hsa-miR-26b-5p、hsa-miR-4289、hsa-miR-584-3p、hsa-miR-3687。被调控的关键GO功能主要是对氧化应激的调节、调节细胞因子的产生、对自噬的调节、血管生成、信号传导等。MiRNA对信号通路的调控网络中处于核心位置的 miRNA 包括 hsa-miR-374a-5p、hsa-miR-26b-5p、hsa-miR-4289、hsa-miR-34a-3p、hsa-miR-4753-5p。被调控的部分关键信号通路主要是癌症相关信号通路、NOD样受体信号通路,NF-κB信号通路等炎症反应相关通路。4、MRNA-lncRNA共表达网络处于核心位置的lncRNA包括AC128709.3、CTD-2154B17.1、GBAP1、lincluo12、linc-MTMR9。LncRNA 对信号通路的调控网络主要影响免疫相关调节、溶酶体信号、NOD样受体信号通路、癌症相关信号通路等。利用13个miRNA为中介48个mRNA由其负靶向调控,这些miRNA与59个lncRNA具有负靶向作用关系,以此构建预测ceRNA调控网络。结论:1、纳米二氧化硅对人肺上皮细胞主要在自噬和溶酶体功能障碍、内质网应激、炎症反应、DNA损伤和基因表达以及细胞凋亡抵抗和癌症相关的通路诱导毒性效应。热休克蛋白相关基因在调节SiNPs毒性中有可能起到关键作用,热休克蛋白尤其是热休克蛋白90家族的表达与纳米二氧化硅颗粒的毒性和致癌性的关系值得进一步研究。2、非编码RNA表观遗传调控机制在纳米二氧化硅对人肺上皮细胞中可通过影响靶基因转录调控各种功能以及通路。hsa-miR-374a-5p,调控了大量的mRNA及功能和通路。还发现has-4289、hsa-26b-5p、hsa658可能靶向调控HSP90B1进而调控癌症相关通路和IL-17信号通路;has-4289、has-374a-5p可能靶向调控CDKN1A、影响P53通路,癌症相关通路,NF-κB和HIF-1α信号通路。has-4289、has-374a-5p可能靶向调控HIF1A影响癌症相关通路和HIF-1α信号通路。3、利用miRNA作为中介因子,连接lncRNA和mRNA,通过生物信息学和整合组学的方法预测了纳米二氧化硅对人肺上皮细胞影响相关的ceRNA调控网络。