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背景:近年来,基于Ce的无机材料最近几十年来在工业生产、环境保护、生物医学等领域受到广泛应用,原因主要在于以下两方面:一是Ce容易获取,Ce是地壳中含量最丰富的稀土元素,其开采和提炼比其它稀土元素更容易;二是Ce原子具有独特的化学性质,Ce原子具有Ce3+和Ce4+两种价态,且两种价态之间容易实现相互转换,这使Ce的氧化物具有优异的催化活性。近年来,CeO2-x纳米颗粒（Ceria nanoparticles,CNPs）在诸多领域的应用研究在快速推进,其中CNPs在生物医学领域的研究最为引人关注。最近的研究表明,CNPs可模拟一些天然酶的催化活性,如超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase,SOD）、过氧化氢酶、氧化酶、磷酸酶等,其中SOD酶活性对推动CNPs在生物医学领域的应用有关键作用。已有大量研究显示,CNPs可利用其SOD酶活性清除细胞的内活性氧（Reactive oxygen species,ROS）,从而防止细胞受氧化应激损伤。骨是一类代谢活跃的组织,骨组织通过破骨细胞的骨吸收和成骨细胞的骨生成,实现动态平衡,该平衡如受到破坏会对骨稳态造成严重破坏。ROS在骨稳态平衡过程中发挥着重要作用,ROS不仅能调控破骨细胞的分化成熟,还能调控成骨细胞的信号转导。因此,本论文开展了以下研究:首先考察了Ce3+离子调控ROS对破骨细胞分化的影响,然后研究了CNPs调控ROS对破骨细胞分化的影响,最后初步探索了CNPs辅助成骨前体细胞应对氧化应激的可行性。方法:（1）Ce3+离子调控ROS对破骨细胞分化的影响。用Ce（NO3）3和Ce Cl3作为Ce3+来源,通过TRAP染色、FAK染色和PCR检测,评估Ce3+离子对破骨细胞分化的影响。用体外和体内噬骨实验考察Ce3+离子对破骨细胞功能的影响。用DCFH-DA试剂通过荧光显微镜和流式细胞仪检测荧光强度变化,考察Ce3+离子对破骨细胞ROS水平的影响。用PCR和WB定量检测Nox1的基因和蛋白表达水平,用JC-1试剂评价Ce3+离子对破骨细胞线粒体膜电位（Mitochondrial membrane protein,MMP）的影响。（2）CNPs调控ROS对破骨细胞分化的影响。用高温热分解法合成粒径约为42.8 nm的球形CNPs,通过CCK8、TRAP染色、FAK染色和PCR检测评估CNPs对破骨细胞分化的影响。用透射电镜（Transmission electron microscopy,TEM）观察CNPs进入细胞的情况,用电感耦合等离子发射光谱仪（Inductively coupled plasma,ICP）测定CNPs进入细胞的速率和机制。用DCFH-DA试剂盒检测胞内总ROS水平;用Mito SOX Red通过荧光显微镜和流式细胞仪检测荧光强度变化,定性和定量检测CNPs对破骨细胞线粒体ROS水平的影响;用JC-1试剂盒检测对MMP进行测试,用Mito Tracher Green FM荧光染料检测线粒体的总量。通过上述研究,综合评价CNPs通过线粒体途径,对破骨细胞ROS水平的影响,以及ROS水平变化对其分化的影响。（3）CNPs调控ROS对成骨前体细胞抗氧化应激的影响。用微乳液法和高温热分解法合成两组组内尺寸大小相近且各参数不同的CNPs。采用CCK8检测其细胞毒性。用百草枯构建间成骨前体细胞的氧化应激模型,再通过CCK8检测评估CNPs能否通过抑制ROS,保护MSCs免受氧化应激的损伤。通过上述研究,初步评估CNPs调控MSCs的ROS水平,对该细胞的保护作用。结果:（1）Ce3+离子可促进破骨细胞分化,并能增强破骨细胞的噬骨功能,且不受铈盐中阴离子的干扰。机制研究结果表明,Ce3+离子诱导Nox1高表达,进而升高了胞内ROS水平,是其促进破骨细胞分化的主要原因。（2）CNPs可促进破骨细胞分化。CNPs通过网格蛋白和小窝蛋白共同介导的内吞进入细胞,但CNPs并未通过其SOD活性抑制胞内ROS生成,与之相反CNPs的存在使破骨细胞ROS水平明显升高,原因可能在于破骨细胞的酸性环境使CNPs在细胞内释放出了大量Ce3+/Ce4+离子,从而导致线粒体功能障碍,诱导胞内ROS水平升高,进而导致破骨细胞分化加速。（3）CNPs可防止氧化应激对成骨前体细胞造成损伤。百草枯能够诱导MSCs细胞内ROS水平升高,对细胞产生毒性。CNPs可通过其SOD酶活性降低MSCs细胞内ROS水平,对MSCs对抗氧化应激产生促进作用。而结晶度对CNPs的SOD酶活性有重要影响,结晶度越低CNPs酶学活性越强,对MSCs的保护效果也更好。结论:本文研究了Ce3+和CNPs对成骨前体细胞和破骨细胞ROS水平的影响,并得到以下具体结论:（1）Ce3+离子可诱导破骨细胞高表达Nox1,使细胞内ROS水平升高,进而促进破骨细胞分化,其噬骨功能也相应增强。（2）CNPs可通过内吞作用进入破骨细胞,并在其酸性环境中释放Ce3+/Ce4+离子,导致线粒体功能障碍,进而使胞内ROS水平升高促进破骨细胞分化。（3）CNPs可在成骨前体细胞内发挥SOD酶活性,并通过SOD酶活性降低细胞内ROS的水平,达到保护细胞免受氧化应激损伤的作用。上述研究结论显示,CNPs在破骨细胞和成骨前体细胞中,分别表现出升高和降低ROS水平的功能。出现这种结果的原因与两种细胞的结构和功能有很大关系,破骨细胞的褶皱缘酸性环境容易使CNPs释放Ce3+离子,造成细胞内ROS水平升高。成骨前体细胞内没有类似于破骨细胞褶皱缘这种大面积酸性环境,因此CNPs在成骨前体细胞中发挥SOD酶活性,并由此使细胞内ROS水平降低。本文所得研究结论可为Ce离子和CNPs今后在骨修复材料,或骨相关疾病中的应用提供一些重要的理论和实验依据。