1、本論文基于LC-MS技術(shù)開展了2型糖尿病和環(huán)境污染物暴露對人體健康影響的代謝組學(xué)研究，以及多環(huán)芳烴和苯暴露人群的生物監(jiān)測與評價研究。采用代謝組學(xué)分析方法將量化的外源性刺激與內(nèi)源性代謝物的變化結(jié)合起來，獲得早期、整體和動態(tài)的生化信息，尋找與2型糖尿病發(fā)生發(fā)展和環(huán)境污染物暴露相關(guān)的小分子生物標(biāo)志物。
　　首先，本研究基于液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS/MS)技術(shù)建立了血清脂質(zhì)學(xué)分析方法。結(jié)合多元統(tǒng)計分析、動態(tài)變化趨勢分析和ROC分析的

2、數(shù)據(jù)挖掘方法，針對不同病理狀態(tài)和發(fā)病階段的2型糖尿病人，開展了非靶向與靶向相結(jié)合的血青脂質(zhì)組學(xué)研究，全面考察了脂類代謝物在2型糖尿病發(fā)生、發(fā)展過程中的變化趨勢，以獲得與2型糖尿病密切相關(guān)的脂類生物標(biāo)志物。發(fā)現(xiàn)與鞘脂、甘油磷脂、甘油酯和固醇酯代謝相關(guān)的53個代謝物在2型糖尿病或其高危人群體內(nèi)發(fā)生了顯著性變化，分析這些代謝物水平的變化可能與胰島素抵抗和氧化應(yīng)激狀態(tài)的改變相關(guān)。進(jìn)一步通過動態(tài)變化趨勢和ROC分析，篩選出13個隨疾病的發(fā)展呈規(guī)律

3、性變化，并對2型糖尿病具有一定診斷能力的潛在生物標(biāo)志物，這些代謝物有可能成為2型糖尿病的診斷和療效評價的脂類生物標(biāo)志物。本研究的結(jié)果表明，基于LC-MS技術(shù)的脂質(zhì)組學(xué)分析方法不僅可以全面揭示2型糖尿病病理過程中脂類代謝物的變化，為其分子機(jī)制的研究提供重要的參考信息，同時為更靈敏、可靠的2型糖尿病早期診斷方法的研究提供關(guān)鍵依據(jù)。
　　此外，建立了適用于人尿液中多環(huán)芳烴類化合物和苯化合物的10種代謝物的LC-MS/MS定量分析方法;同

4、時開展了焦化工業(yè)污染區(qū)與對照區(qū)人群中多環(huán)芳烴和苯的暴露水平的生物監(jiān)測與代謝組學(xué)研究。采用回歸分析方法深入考察了污染物暴露與代謝組之間的劑量-效應(yīng)關(guān)系，旨在從分子水平上全面、系統(tǒng)地評價環(huán)境污染物暴露對人體健康的危害及其潛在的機(jī)制，獲得與污染物暴露相關(guān)的靈敏、可靠的小分子生物標(biāo)志物。研究發(fā)現(xiàn)焦化工業(yè)污染區(qū)人群體內(nèi)多環(huán)芳烴和苯暴露水平顯著升高，并導(dǎo)致氨基酸、嘌呤，脂質(zhì)和葡萄糖醛酸等多種代謝紊亂，與其相關(guān)的多個小分子代謝物水平發(fā)生顯著變化。分析

5、認(rèn)為這些變化與氧化應(yīng)激有關(guān)，提示多環(huán)芳烴和苯暴露可能是通過氧化應(yīng)激機(jī)制使暴露人群癌癥、心肺疾病和糖尿病等疾病的發(fā)病率升高。回歸分析結(jié)果表明，1-羥基菲和CarnitineC12∶2很有可能成為多環(huán)芳烴暴露和相關(guān)生物學(xué)效應(yīng)的生物標(biāo)志物。本研究表明，基于高靈敏、高通量的LC-MS/MS分析方法，采用生物監(jiān)測與代謝組學(xué)相結(jié)合的研究策略，可以全面揭示環(huán)境污染地區(qū)人群污染物暴露所引起的早期生物學(xué)事件，為環(huán)境污染物的毒性機(jī)制和相關(guān)疾病防控策略的研究

6、提供新的視角。
　　本論文的研究內(nèi)容主要包括以下兩個部分:
　　1.基于LC-MS技術(shù)的2型糖尿病血清脂質(zhì)組學(xué)研究
　　血清中的脂類分子具有結(jié)構(gòu)多樣、濃度范圍差異大等特點，而現(xiàn)有的離子化技術(shù)各有其局限性，采用單一的離子化技術(shù)可能無法獲得全面的脂類代謝物信息。本研究采用正、負(fù)離子檢測模式相結(jié)合的LC-MS分析方法，系統(tǒng)比較了常用的ESI，APCI和APPI三種離子化方法在反相色譜條件下對6類代表性脂類化合物和血清中脂類代

7、謝物的離子化能力、靈敏度和覆蓋范圍。結(jié)果表明，ESI對脂肪酸、甘油酯、鞘脂、甘油磷脂、固醇酯和異戊烯醇酯類化合物均具有良好的離子化能力，則可檢測到血清中絕大多數(shù)脂類代謝物。APPI對膽固醇（酯）類化合物的離子化能力最強(qiáng);而APCI對各類化合物的離子化能力均低于ESI或APPI; APPI和APCI均不適用于磷脂類化合物的檢測。這些研究為脂類代謝物質(zhì)譜分析和脂質(zhì)組學(xué)研究中離子化方法的選擇提供了依據(jù)。
　　在上述研究的基礎(chǔ)上，采用正、

8、負(fù)離子檢測模式的LC-(±)ESI-MS分析方法，針對健康人群、2型糖尿病、初診患者、確診兩年以上患者的血清樣本開展了非靶向與靶向相結(jié)合的脂質(zhì)組學(xué)研究，并借助于多元統(tǒng)計分析方法，發(fā)現(xiàn)并鑒定出44個在初診2型糖尿病患者體內(nèi)發(fā)生顯著變化的脂類代謝物，29個在2型糖尿病高危人群體內(nèi)發(fā)生顯著變化的脂類代謝物。這些代謝主要與鞘脂、甘油磷脂、甘油脂和固醇酯類的代謝相關(guān)。進(jìn)一步考察這些差異代謝物在各組間的動態(tài)變化趨勢和對2型糖尿病的診斷能力，發(fā)現(xiàn)13

9、個差異代謝物對2型糖尿病具有一定的診斷能力并隨著2型糖尿病的發(fā)展呈規(guī)律性變化。這13個脂類代謝物中，有3個代謝物TG(16∶0/18∶1/18∶0)，TG(16∶0/18∶1/22∶6)和CE(18∶2-OH)在2型糖尿病高危人群和初診患者體內(nèi)具有逐漸升高的趨勢;確診兩年以上患者經(jīng)過藥物持續(xù)性治療后，這種升高趨勢有所降低并趨于正常。其余10個代謝物:C16神經(jīng)鞘氨醇(C16sphingosine)，C16二氫神經(jīng)鞘氨醇(C16 sphi

10、nganine)，植物鞘氨醇(Phytosphingosine)，二氫神經(jīng)鞘氨醇(Sphinganine)，SM(d18∶1/24∶1)，SM(d18∶2/24∶1), LysoPC(18∶0), LysoPC(18∶1), PC(18∶0/18∶0)和TG(16∶0/16∶0/18∶0)在2型糖尿病高危人群和初診患者體內(nèi)具有逐漸降低的趨勢;確診兩年以上患者經(jīng)過藥物持續(xù)性治療后，除LysoPC(18∶0)外，其余代謝物的降低趨勢均有所緩

11、解并趨向正常。上述結(jié)果提示，這些差異代謝物有望成為監(jiān)測2型糖尿病發(fā)生、發(fā)展過程及相關(guān)藥物治療效果的生物標(biāo)志物。
　　2.多環(huán)芳烴和苯暴露人群的生物監(jiān)測與代謝組學(xué)研究
　　為了考察和評價普通人群體內(nèi)多環(huán)芳烴和苯的暴露水平，本研究建立了測定人尿液中苯的代謝物苯巰基尿酸和9種多環(huán)芳烴單羥基代謝物1-OHN，2-OHN，2-OHF,1-OHPH,2-OHPH,3-OHPH,4-OHPH,1-OHP和6-OHC的LC-MS/MS定量分

12、析方法。方法學(xué)考察表明，該方法在設(shè)定的濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，準(zhǔn)確度和精密度良好，適用于普通人群中苯和多環(huán)芳烴暴露水平的高通量分析和大規(guī)模篩查。采用該方法系統(tǒng)分析了多環(huán)芳烴和苯的10種代謝物在焦化工業(yè)污染區(qū)和非污染地區(qū)238例老年非吸煙者、114例老年吸煙者和214例兒童尿液中的濃度水平。結(jié)果表明，污染區(qū)兒童，老年非吸煙者和吸煙者體內(nèi)的多環(huán)芳烴和苯的暴露水平均高于相對應(yīng)的對照區(qū)人群。污染區(qū)兒童、老年非吸煙者和老年吸煙者體內(nèi)1-OHP的平

13、均濃度水平分別為1.96，1.42，3.13μg/g肌酐，SPMA的平均濃度水平分別為0.68，0.49，3.04μg/g肌酐。本研究全面評價了污染區(qū)與對照區(qū)人群中苯和多環(huán)芳烴的暴露情況，為普通人群污染物暴露健康風(fēng)險評價提供了重要依據(jù)。
　　為了進(jìn)一步評價多環(huán)芳烴和苯暴露所引起的早期生物學(xué)效應(yīng)，采用基于LC-MS技術(shù)的代謝組學(xué)方法對上述人群的尿液樣本進(jìn)行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)多環(huán)芳烴和苯暴露水平的升高導(dǎo)致污染區(qū)人群尿液中多種內(nèi)源性代謝物

14、發(fā)生了顯著變化，其中鑒定出18個差異代謝物結(jié)構(gòu)。這些差異代謝物與氨基酸、嘌呤、脂質(zhì)和葡萄糖醛酸代謝有關(guān)。本研究表明，多環(huán)芳烴和苯暴露引起的代謝組變化與氧化應(yīng)激有關(guān)，即多環(huán)芳烴和苯暴露水平的增加及其在體內(nèi)的代謝活化可引起體內(nèi)氧化應(yīng)激水平的升高進(jìn)而導(dǎo)致抗氧化劑水平的降低，肌肉蛋白的降解加速，脂質(zhì)過氧化水平的升高，線粒體功能的異常和Ⅱ相代謝酶表達(dá)的增加等廣泛的生物學(xué)效應(yīng)。
　　在上述結(jié)果基礎(chǔ)上，為了獲得人群中多環(huán)芳烴及苯暴露與代謝組之間