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近年来，碳纳米管(CNTs)在生物医学和工业生产中均承担着重要的角色。已有研究表明，碳纳米管对环境和生物系统都可产生不利影响，而我们对环境相关剂量下碳纳米管对环境生物的不利影响和作用机制仍然知之甚少。本研究利用模式动物秀丽线虫为研究对象，评价了多壁碳纳米管(MWCNTs)和羧基修饰多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)的毒性效应及作用机制。 将L1幼虫暴露于环境相关剂量（0.001-1000μ g/L）的MWCNTs和MWCNTs-COOH中，使用致死率、运动行为、生殖、肠道自发荧光、活性氧(ROS)产生等评价终点进行毒性评价，并进而分析MwCNTs诱导的microRNAs(miRNAs)表达谱的改变，解析候选靶点miRNAs对MWCNTs毒性的分子调控。 研究结果显示:当暴露浓度高于0.1μg/L时，MWCNTs可对秀丽线虫的肠道（初级靶器官）产生毒害，而暴露浓度高于0.001μg/L时可对秀丽线虫的神经元与生殖器官（次级靶器官）功能产生毒害。MWCNTs-COOH对秀丽线虫初级和次级靶器官毒害的浓度高于100μ/L，表明羧基表面修饰可以有效地降低环境相关剂量下MWCNTs的毒副作用。100μg/LMWCNTs-COOH暴露后，材料可通过初级靶器官进入受精囊和胚胎中;而低浓度（10μg/L）MWCNTs-COOH暴露后，在受精囊和胚胎中却只能检测到痕量或检测不到MWCNTs-COOH。此外，相对高浓度的MWCNTs-COOH暴露可导致秀丽线虫肠道屏障出现高渗透性，而环境相关剂量下MWCNTs-COOH则不会对肠道正常的生物屏障产生影响。 进而通过SOLiD测序技术分析评估了miRNAs在MWCNTs毒效应中的调控功能。通过将MWCNTs暴露秀丽线虫与对照组的SOLID测序结果对比，共找出了55个异常表达的miRNAs（21个表达上调，34个表达下调）。对这些候选miRNAs的测序结果进行qRT-PCR验证发现候选miRNAs的表达量与MWCNTs呈剂量依赖性。运用www.mirbase.org，http://www.targetscan.org等软件对表达量异常的miRNA进行了靶基因预测，并在此基础上运用基因本体论(http://www.pantherdb.org/)和KEGG pathway(http://david.abcc.ncifcrf.gov/home.jsp，http://www.genome.jp/kegg/)等生物信息学手段进行可能功能分析。结果显示这些候选miRNAs可能参与多种生物学功能。进一步利用相应miRNAs突变体进行功能研究，发现了相应针对MWCNTs的敏感和抗性miRNAs突变体。而且，MWCNTs在这些miRNAs突变体中的分布与有所不同，暗示miRNA通过控制MWCNTs在初级（肠道）和次级靶器官（神经元和生殖器官）中的分布与转运来调控其毒性效应形成。 总之，本研究提供证据证明了初级靶器官和次级靶器官生物屏障在MWCNTs毒性效应形成中的重要调控功能，其为预防与控制MWCNTs毒副作用提供了重要的理论根基。同时，本研究还分析了MWCNTs诱导的差异miRNAs表达谱，并解析了miRNAs在MWCNTs毒性效应形成中的重要分子调控功能。