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碳納米管具有獨特的理化性質，在電子、環境和納米醫藥等領域的應用潛力巨大，而隨之帶來的潛在環境與健康危害也越來越受到關注。碳納米管與細胞的相互作用始于物理接觸，隨后被細胞攝入、外排或者降解，這些生物過程決定了碳納米管實際的細胞內暴露量，因而對碳納米管后續的毒性/生物效應至關重要。全面深入了解這個復雜過程中涉及到的分子機制及后續生物效應，有利于揭示和調控碳納米管的生物活性，促進碳納米管技術的可持續發展。

研發人員近年來一直致力于碳納米管的細胞毒代動力學和熱力學過程及其毒理機制的研究。研究組從分子水平、細胞功能和細胞自噬等角度，對碳納米管的免疫毒性機制進行了系統的研究。其工作中采用基因芯片技術研究了碳納米管對巨噬細胞全基因組基因表達的影響，通過生物信息學分析，解析出碳納米管在轉錄組水平對細胞的線粒體、蛋白酶體等細胞器以及細胞周期/凋亡等多個信號通路的基因表達的調控作用（Nanotoxicology, 2012）。以此為線索，研究組以原代小鼠腹腔巨噬細胞（PMQ）和純化CD4+ T淋巴細胞為模型，評價了碳納米管對PMQ吞噬功能、輔助細胞功能以及分泌細胞因子功能的干擾效應，揭示了碳納米管在非毒性劑量水平，對免疫細胞功能的影響（Nanotoxicology, 2013）。

研究組近期在碳納米管的細胞內吞、外排動力學過程研究中取得一系列新進展。研究定量分析了細胞累積碳納米管隨時間變化的趨勢，發現每個巨噬細胞最大能累積皮克級的碳納米管，巨胞飲在碳納米管內吞過程中起主導作用，并存在明顯的細胞外排現象(Scientific Reports, 2017)。碳納米管進入細胞后定位于溶酶體，阻礙了細胞自噬體的消解，細胞自噬流被阻斷，引起自噬體過度累積，導致細胞毒性。另一方面，通過調控細胞的呼吸爆發能有效控制其在溶酶體中的降解（Toxicology Letters, 2013; International Journal of Molecular Sciences, 2016）。研

究首次發現一種特殊的嘌呤受體-P2X7參與介導了碳納米管的外排過程: 碳納米管暴露導致細胞外ATP（eATP）濃度上升，激活了P2X7受體及其后續的一系列信號傳導，并引起溶酶體堿化后沿著細胞骨架導軌排出細胞，碳納米管隨溶酶體一起排出（Small, 2016）。重金屬離子Ni2+能通過抑制P2X7受體活性阻礙碳納米管的正常外排，造成過量的碳納米管在細胞內累積，引起碳納米管毒性的顯著上升 (Environmental Science & Technology, 2016)。以上工作明確了碳納米管細胞外排機制，不僅有利于深入了解碳納米管的毒性機制及提供可能的控制方法，還提出了一個納米材料與化合物協同毒性效應的新機制，為研究環境中碳納米管與其他污染物共存狀態下的安全性評價提供了新的思路。