背景:镉是一种毒性很强的重金属污染物,近年来,我国相当一部分的耕地受到了镉污染,其中大米产区受污染状况尤为严重,因此导致了严重的镉大米问题。目前,针对于大米中镉的健康风险评估通常以大米中镉的总量作为评价依据,且仅考虑离子态镉的毒性作用,但考虑到生物利用率与不同形态镉可能会造成不同的毒性差异,现行的评价方式往往不能真实反映大米中镉暴露所带来的健康风险。因此,本课题拟选取多种不同污染水平的大米为对象,以研究大米中镉的体外生物利用率,然后以人正常肝细胞为染毒对象,通过m RNA测序,确定更为准确的大米中镉-肝脏中毒的毒性作用机制,为完善更为合理的大米中镉暴露健康风险评估方式提供参考,最终为我国粮食中镉限量标准修订提供理论依据。方法:1.采用体外模拟消化模型RIVM法结合Caco-2细胞单层模型。通过对Caco-2细胞之间的紧密连接蛋白进行免疫组化,验证细胞单层的表观结构,通过测定细胞单层的各项功能指标分别验证细胞单层的完整性、分化程度及通透性,模型验证完成后进行体外吸收转运实验,研究多种不同污染水平的大米中镉的体外生物利用率。2.收集Caco-2细胞单层模型转运后的下室液体,以模拟大米中进入血液循环的镉,以氯化镉为阳性对照,未染毒细胞为空白对照,对人正常肝细胞HL-7702进行染毒,使用m RNA测序技术对HL-7702细胞进行整体基因表达水平分析,筛选出毒性作用相关的关键通路及基因进行后续分析。3.根据m RNA测序结果筛选出的相关通路及关键基因,提取染毒后HL-7702细胞的RNA,最后采用实时荧光定量PCR技术进行验证,探讨大米中镉对肝脏的细胞毒性作用机制。结果:1.大米中镉的体外生物利用率研究（1）本实验共收集了102种镉含量不同的大米,其中,大米中镉含量小于0.2mg/kg的样本占54.9%,0.2～0.4mg/kg样本占27.5%,大于0.4mg/kg样本占17.6%,总体上,大米中镉含量范围为0.0123-2.4710mg/kg,样本平均含量为0.2840mg/kg,中位数为0.1771mg/kg;采用Caco-2细胞模型分析检测了96个大米样品的体外生物利用率,三个含量区间的大米中镉的体外生物利用率的中位数分别是21.1%,25.5%和28.74%;均值分别是23.22%,24.41%和25.58%;总体上,大米中镉的体外生物利用率的范围为7.47-39.73%,平均水平为23.94%±6.91%,中位数为22.67%。按照大米样品中镉所在的含量区间划分并分组后发现,大米镉最高浓度组的体外生物利用率显著高于最低组（P<0.05）。在一定范围内（镉含量为0.05-0.4549mg/kg）,大米中镉含量与其体外生物利用率存在显著的正相关性,相关系数r=0.4289（p<0.0001）。（3）大米中镉的健康风险评估结果显示,以现行方式直接计算所得到的摄入大米的THQ值（目标危害商值）远高于使用体外生物利用率换算后的值,说明传统风险评估方法在一定程度上高估了污染物的潜在危害。2.大米中镉对HL-7702细胞m RNA测序结果经分析后,m RNA测序结果显示,不同剂量下,分别与Control组对比,随着镉浓度升高,Rice-Cd组、Cd Cl2的DEGs数量均明显随之增多;同剂量下,Rice-Cd组的DEGs的个数多于Cd Cl2组,且主要富集在与细胞周期改变和细胞内外基质改变有关的信号通路上,如Hippo通路、p53通路等,而Cd Cl2组中DEGs则主要富集在与细胞吸收金属离子能力有关的信号通路,如MAPK通路等。3.大米中镉造成HL-7702细胞毒性损伤机制研究实时荧光RT-PCR结果显示,与Control组相比,低剂量的Rice-Cd组的CCND3、BBC3、TP73、WNT1和AXIN2基因表达均发生了显著性下调（P<0.05）,高剂量的Rice-Cd组的CCND3、WNT1、AXIN2基因发生了显著性下调（P<0.05）;但氯化镉组均没有显著性变化。结合差异基因的功能定位来看,镉浓度为0.5μM时,大米中的镉对肝脏细胞的毒性作用,与影响HL-7702中p53信号通路的信号反馈下降有关;镉浓度为0.5μM、1μM时,大米中的镉同时影响了p53通路、Hippo中的WNT1基因的表达,最终导致抗细胞凋亡基因AXIN2、CCND3基因表达下调。同时,氯化镉组未产生相应变化,说明在实验选取的两剂量下,大米中镉主要通过影响细胞凋亡的相关基因的表达,从而造成毒性作用。结论:（1）经研究发现,在一定含量范围内,大米中镉的生物利用率与其含量呈正相关性,传统风险评估方法在一定程度上高估了大米中镉的潜在危害。（2）m RNA测序结果显示:大米中镉和氯化镉在造成肝脏细胞毒性损伤的过程中存在的相同之处在于:均改变了炎症因子相关基因（如BCL3基因）的表达,均影响了某些细胞代谢相关的通路（如TNF通路）。不同之处在于:大米中镉造成的毒性作用偏向于改变细胞周期或导致细胞凋亡,而氯化镉偏向于改变细胞对金属离子的吸收功能。（3）经RT-PCR验证后发现,大米中镉对于人肝脏细胞发挥毒性作用的机制之一是通过改变生长因子WNT1基因的表达,最终导致抗细胞凋亡基因AXIN2和CCND3表达下调,最终导致细胞凋亡。