由于其独特的物理化学特性，二维（Two-dimensional，2D）纳米材料已在多 个领域得到广泛的应用。作为两种重要的 2D 纳米材料，氧化石墨烯纳米片 （Graphene oxide nanosheets，GONS）和黑磷纳米片（Black phosphorus nanosheets， BPNS），在生物医药、个人护理、工业阻燃等诸多领域，均有广泛的应用前景。 随着 GONS 和 BPNS 的大量生产和使用，此类纳米材料可通过多种暴露途径进 入机体，与机体发生相互作用，产生多种负面生物效应。其对人体产生的多途径 暴露风险及其潜在的健康危害不容忽视。

      免疫系统在机体抵御外源微生物、维持体内环境稳态过程中发挥着关键作用。 GONS 和 BPNS 与免疫系统的相互作用可导致一系列的免疫效应，包括激活免疫 细胞、诱导炎性反应、介导免疫细胞浸润、诱发免疫细胞损伤和死亡，甚至慢性 器官损伤等。目前，对于 GONS 和 BPNS 的免疫毒性效应及机制缺乏系统性认 知，它们与免疫系统相互作用过程中的分子机制、免疫微环境变化及病理机制等 科学问题尚待深入研究。因此，为了实现 GONS 和 BPNS 的安全应用，GONS 和 BPNS 与免疫系统在分子、细胞、组织器官和个体水平上的多界面相互作用过程， 以及所产生的免疫分子机制亟待深入研究。

       针对以上科学问题，以小鼠为动物模型，GONS 和 BPNS 为模型 2D 纳米材 料，探索其体内免疫学效应与机制，为 2D 纳米材料的安全性设计提供技术策略。

      首先，基于小鼠模型建立多脏器免疫毒性检测方法，成功制备了小鼠多个脏 器的单细胞，包括肝脏、脾脏、肺脏和骨髓单细胞。通过多色荧光流式单细胞分 析技术建立多种脏器中免疫细胞分类方法，结合免疫荧光成像及细胞因子检测等 技术，建立了全面检测小鼠免疫稳态变化特征的分析方法。以纳米氧化钆（Gd2O3） 作为免疫激活效应的代表性纳米材料，验证所建立的方法，为研究系统性免疫反 应与造血紊乱的评估奠定了基础。

       在上述方法基础上，研究了 GONS 暴露所诱导的小鼠体内的免疫效应。结 果表明，GONS 暴露对肝脏和脾脏中免疫细胞数量以及重要细胞因子表达均产生 影响。在肝脏中，GONS 主要诱导了固有巨噬细胞和单核源巨噬细胞两种典型巨 噬细胞，及血小板的变化。同时，GONS 选择性促进了脾脏的髓外造血功能，这 一现象在骨髓中并未发现。另外，GONS 对脏器中炎性因子的表达存在特异性调 控，促进促炎性因子表达，而抑制趋化因子表达。此部分工作系统性阐明了 GONS 介导的小鼠体内免疫状态变化，为 GONS 干扰肝脏和脾脏免疫稳态提供理论基 础。

       在接下来的工作中，也证实了 BPNS 在小鼠体内有致死效应。以 1 mg/kg 或 更高剂量 BPNS 经静脉注射至健康小鼠体内后，BPNS 可导致小鼠急性死亡。进 一步探究其机制，发现 BPNS 暴露引起小鼠体内发生炎性因子风暴，多脏器炎性 细胞浸润，促进小鼠造血过程向髓系细胞偏移，加剧小鼠系统性炎症发生，最终 导致小鼠死亡。分子机制探索发现，BPNS 与生物或者 BPNS 与液体界面处产生 大量活性氧簇，进而诱发的一系列不可控炎症和血小板减少症等生物学过程是小 鼠急性死亡的主要原因。同时，由于大量细胞因子由肝脏释放进入外周血，诱导 骨髓中髓系造血激活，进一步促进 BPNS 所诱导的系统性免疫反应，加剧了其免 疫毒性效应。

        基于以上机制的探究，利用铈配体对 BPNS 进行修饰，降低 BPNS 表面固有 的表面化学活性，提高其环境稳定性。通过细胞实验和体内暴露实验，证明铈配 体修饰不仅提高了 BPNS 的稳定性，而且也减少了 BPNS 在降解过程中活性氧的 生成，显著降低了 BPNS 诱发的炎性反应，并完全缓解了 BPNS 导致的小鼠炎性 因子风暴与死亡。此部分工作表明，通过表面活性基团修饰可有效提高 BPNS 的 生物安全性。此项设计为基于 BPNS 生物医用材料的安全性设计提供了理论依据 和新思路。

       综上所述，本论文建立了小鼠多脏器免疫毒性分析方法，在此方法的基础上， 围绕 2D 纳米材料诱导机体免疫响应与干扰造血稳态进行了系统性探究，对两种 典型的 2D 纳米材料与免疫细胞之间的相互作用中炎症微环境相应的病理改变过 程进行阐述。GONS 和 BPNS 是分别由碳和磷组成的两种典型 2D 纳米材料。与 BPNS 活跃的化学性质相比，GONS 性质相对稳定，正是由于两者自身化学活性 的不同，导致它们的免疫毒性效应存在巨大差异。结果表明，GONS 具有特异性 调控免疫的功能，为今后其在生物医学领域的应用提供启示。而 BPNS 对生命健 康存在威胁，但通过表面修饰，可成功缓解 BPNS 的体内毒性。本论文的研究成 果将为评价 2D 纳米材料人体环境毒性、健康风险、促进纳米材料与技术的安全 应用奠定基础。