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多壁碳纳米管(MWCNTs)作为一种比表面积大、尺寸小、生物毒性较低的纳米材料,被广泛应用于生物、医学领域。大量实验研究都证实MWCNTs具有引起细胞毒性的潜力,但不同研究者之间往往得出不一致甚至是矛盾的结果。ABC转运蛋白对多重耐药性的形成以及保护细胞不受外源污染物的毒害中起着重要的作用。本研究以人肝癌细胞HepG2和人结肠腺癌细胞Caco2为研究对象,选取六种不同长度(0.5-2 μm和10-30 μm)和功能化(不加修饰、羟基化和羧基化)的MWCNTs,简写为M-L-COOH、M-S-COOH、M-L-OH、M-S-OH、M-L和M-S,通过细胞存活率、细胞内活性氧和线粒体膜电位等指标系统地比较了六种MWCNTs对细胞毒性效应的大小及其可能的毒性机制。在此基础上,进一步研究了不产生细胞毒性的低浓度(<2 μg/mL)下MWCNTs对ABC转运蛋白的抑制效应并从蛋白损伤、膜损伤等角度等分析了其可能的毒性机制及其对外源性污染物As的增敏效应。要研究结果如下：1.通过对六种不同长度和功能化MWCNTs细胞毒性指标的测定以及比较结果发现,随着暴露浓度的增加,细胞毒性在不断地增加。M-L-COOH和M-L-OH均在2μg/mL以及更高的浓度下引起细胞活力显著下降。M-L, M-S-COOH和M-S是在5μg/mL,然而,M-S-OH是在10μg/mL才能引起细胞活力显著下降。M-S比M-L引起更高的细胞毒性,是因为M-S更容易进入细胞引起毒性。功能化能够增加较长MWCNTs的细胞毒性,但是降低了较短MWCNTs的细胞毒性。这可能是因为功能化可以增加较长MWCNTs的水溶性,并且降低它们的聚集,因此导致细胞毒性的增加,而较短MWCNTs功能化之后可以更加容易进入细胞并增加生物相容性导致其细胞毒性降低。2.通过选取对细胞不产生毒性效应的低浓度MWCNTs(浓度梯度设置为0.01,0.05,0.2,0.5,2和5 μg/mL)对HepG2细胞进行暴露之后发现,六种MWCNTs能够显著抑制ABC转运蛋白的活性,因此即使在非毒性浓度下,仍具有一定的环境风险。MWCNTs对ABC转运蛋白活性的抑制效应,在低至 0.01 μg/mL浓度条件下仍能观测到,与引起细胞毒性效应的最低浓度相比,产生抑制效应的浓度会低至其1/1000-1/40。膜流动性TMA-DPH实验发现,引起膜流动性改变的最低效应浓度和CAM积累的最低效应浓度很相似说明膜流动性的改变可能是ABC转运蛋白受到抑制的原因。3.运用两种细胞HepG2和Caco2测定了低暴露下MWCNTs对毒性和生物有效性的增敏效应。As和MWCNTs联合暴露于HepG2 的结果发现,MWCNTs能够显著增加As的细胞毒性,这表明MWCNTs能够通过对ABC转运蛋白的抑制从而引起毒性增敏效应。MWCNTs和As共同暴露于Caco2细胞的结果发现ABC转运蛋白增加了As的透过率。综上,本研究发现不同长度和功能化MWCNTs的细胞毒性存在着差异并且毒性随着浓度的增加而增加,同时也发现在不产生细胞毒性的低浓度条件下,MWCNTs仍然能够抑制ABC转运蛋白的活性从而具有毒性增敏效应,从而为环境中低浓度MWCNTs安全性评价提供了新的角度。