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随着经济的发展，我国的环境污染问题愈显突出，其中大气污染已经成为影响居民健康的主要环境因素之一。大量的流行病学研究证实大气颗粒物浓度的上升与心肺系统疾病发病率和死亡率增加显著相关，颗粒物成为大气中对人体健康影响最大的污染物。柴油尾气颗粒物、城市空气颗粒物及交通源颗粒物毒性大，主要与其表面含有大量的有毒有害物质有关，如过渡金属、有机物等。醌类是细颗粒中含氧多环芳烃（oxy-PAHs）的重要组成，在交通源颗粒中其浓度甚至要高于苯并[a]芘等多环芳烃（PAHs）。醌类化合物可通过自身氧化还原产生活性氧自由基（Reactive Oxygen Species, ROS），从而在颗粒物致病过程中起重要作用。醌类化合物不仅在大气颗粒物中被检出，汽车尾气、木材燃烧烟气颗粒物及大气气体样品中同样有检出。醌类化合物具有急性毒性、免疫毒性和致癌毒性，在大气环境中广泛存在，具有潜在的健康风险。本研究利用人肺上皮细胞A549模拟醌类化合物进入呼吸系统的早期接触，探索五种醌类化合物对A549的细胞毒理作用及其致毒机制，进一步明确醌类化合物对人体的有害影响，明确醌类化合物在大气颗粒物生物毒性方面的重要作用。在控制大气污染物排放时，重视醌类化合物和其前体PAHs的控制。本研究首先以五种大气中典型的醌类化合物，包括1,2-萘醌（1,2-NQ）、9,10-菲醌（PQ）、2-甲基蒽醌（MAQ）、苊醌（ACQ）和2-甲基-1,4-萘醌（MNQ）的氧化还原性质作为切入点，研究五种醌类化合物在细胞体系和非细胞体系的氧化还原能力。对参与氧化应激的超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase, SOD）活性的变化及ROS的产生规律进行了探讨。结果表明其中三种醌类化合物（1,2-NQ、MNQ和PQ）可与二硫苏糖醇（DTT）在非细胞体系发生反应。五种醌类化合物均可在细胞内通过氧化还原循环促进ROS的生成，增加SOD活性，导致细胞内氧化应激的产生。然后分别通过细胞增殖实验、胞外乳酸脱氢酶（LDH）检测、彗星实验、线粒体膜电位检测、胞内钙离子（Ca2+）浓度变化检测，系统地检测五种醌类化合物在一定剂量范围内对细胞生长、细胞膜通透性、DNA损伤、线粒体损伤、胞内Ca2+平衡等的影响，确定剂量-效应及时间-效应关系，初步确定可产生毒性效应的剂量范围。然后在确定的剂量范围内，通过加入氧化应激抑制剂N-乙酰基-L-半胱氨酸（NAC）来研究ROS在细胞增殖、细胞膜通透性、DNA损伤、线粒体损伤、胞内Ca2+平衡等生物学效应中的作用。结果表明五种醌类化合物均可不同程度的造成细胞死亡、细胞膜和线粒体损伤，1,2-NQ和MNQ可导致DNA损伤，而只有1,2-NQ可造成Ca2+浓度升高。加入NAC抑制ROS后，醌类化合物造成的生物学效应有显著的降低，说明ROS可能是醌类化合物诱导细胞毒性的重要作用机制之一。最后通过检测炎症因子（IL-6、IL-8、TNF-α、MCP-1）、细胞色素P450酶（Cyp1a1、Cyp1b1）和血红素加氧酶（HO-1）的mRNA表达情况，来进一步讨论醌类化合物的生物毒性作用。结果表明醌类化合物可促进炎症因子、细胞色素P450酶和血红素加氧酶mRNA的表达。除PQ外的四种醌类化合物至少可诱导一种炎症因子，除PQ外的四种醌类化合物均可诱导细胞色素P450酶的表达，1,2-NQ、MNQ和PQ可诱导HO-1的表达。MAQ和ACQ可大量诱导炎症因子和Cyp1a1的表达。本论文的研究结果表明醌类化合物可对细胞功能产生有害影响。不仅可以导致细胞死亡、细胞膜通透性改变，还能对线粒体、DNA和Ca2+浓度等细胞内重要的细胞器和信号转导系统产生影响，可产生大量的ROS和炎症因子。表明醌类化合物在大气颗粒物及污染气体对人体健康影响中不可忽视的作用。在评估大气颗粒物对人体健康影响的过程中，除了大气颗粒物的粒径和浓度，还应注意化学物质组成的重要影响。