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全球化学品种类繁多,且新型化学品数目增长迅速。然而,传统的体内毒性测试方法成本高效率低,大量化学品缺乏毒性测试数据,这是当前化学品风险管理面临的主要难题。化学品风险评估与管理亟需基于致毒机制的毒性预测方法。近年来快速发展的替代测试方法,如体外测试、组学等,可提供化学品致毒的分子机制信息。但如何整合已有的高通量测试数据,建立系统的计算方法,实现对化学品毒性准确预测的研究仍非常缺乏。美国环保署（USEPA）开展了基于剂量-效应关系的Toxcast毒理学预测项目,目前主要是体外的靶向测试。作为一种小型脊椎动物模型,斑马鱼胚胎能够用于高通量的体内毒性替代测试。但是传统的斑马鱼胚胎毒性测试的标准方法如OECD TG 236主要关注表观毒性终点（如胚胎死亡,个体发育畸形等）,仍存在测试周期长,花费高昂,操作繁琐,测试指标繁多的缺点。化学品风险管理亟需基于化学品致毒机制的替代性测试方法。组学测试技术能够全面快速地从分子水平评估化学品的致毒机制,被广泛应用于斑马鱼胚胎发育毒性的预测研究。然而,受限于当前组学技术的高昂成本,难以实现批量化学品在多浓度水平的斑马鱼转录组胚胎发育毒性测试。本课题组开发的斑马鱼简化转录组（zebrafish reduced transcriptomics,RZT）测试技术,能够针对少量的1637个斑马鱼关键基因的转录表达水平,实现高通量的基于剂量-效应转录组的斑马鱼胚胎发育毒性测试,用于评价化学品对斑马鱼胚胎发育毒性的生物效力（biologicalpotency）。然而,如何基于剂量-效应的转录水平响应,实现对化学品斑马鱼胚胎发育毒性的预测,是当前的预测毒理学研究空白。有害结局路径（Adverse Outcome Pathway,AOP）是支撑预测毒理学的一种重要理论框架,它帮助整合各水平（分子、细胞、组织、个体）的毒性测试数据,建立生物体从分子起始事件（molecular initiating event,MIE）,关键事件（key event,KE）与个体有害结局（adverse outcome,AO）联系。然而,目前的基于AOP的化学品毒性预测研究,主要基于体外生物测试结果（如细胞活性测试,报告基因测试等）,缺乏结合组学测试数据的化学品毒性预测研究理论。本研究尝试建立一种对斑马鱼发育相关AOP打分的方法,整合高通量测试数据预测化学品对斑马鱼的毒性效应,利用分子水平的基因和通路响应来指示斑马鱼更长生命阶段的发育毒性效应。选择1 1种致毒机制各异的典型环境化学品进行斑马鱼胚胎毒性测试:对受精后6-32小时（6-32hpf）暴露的斑马鱼胚胎进行RZT测试分析得到转录水平的生物学通路毒性起始点（point of departure,POD）,同时,观察受精后0-5天（0-5 dpf）化学品暴露导致的表观毒性效应,利用ToxPi软件计算发育畸形指数,用于下面的计算分析。本研究提出了两种AOP的激活打分规则,利用剂量-效应RZT的通路响应（通路POD）,分别根据响应KE与AO的距离相关性和证据相关性对AOP进行激活性打分,得到AOP的量化得分来评估化学品对这些AOP的影响,预测斑马鱼胚胎发育的有害结局。主要的研究结果如下:（1）RZT响应基因模型分析结果显示,在较低的化学品浓度时的基因变化主要包括U型和S型,以非单调的U型为主,即基因转录先出现上调（或下调）后恢复正常水平,随着浓度升高接近至表型畸形NOEC,线性L型模型所占的比例逐渐升高,暗示低浓度的化学品可能使斑马鱼机体产生暂时的应激机制以适应变化,随浓度升高机体产生越来越多不可逆的不良效应。RZT和Toxcast体外高通量测试的生物学通路均有一定程度的重合,且RZT比Toxcast的通路响应更加敏感,通路POD比Toxcast至少小2个数量级。说明RZT能够识别化学品在低浓度的通路响应,可以为化学品的毒性研究提供敏感的机制信息。（2）响应KE与AO的证据相关、距离相关的两种AOP打分方法,对化学品的区分结果具有一致性。仅利用化学品对前端MIE激活效应尚无法预测化学品导致的斑马鱼胚胎发育AO,而利用RZT的通路POD对AOP进行激活打分结果,可以识别化学品导致胚胎发育毒性的AOP通路,并将这些化学品与不导致显著胚胎发育毒性的化学品区分开。我们利用这种AOP打分方法可以较为准确判断化学品是否导致显著的发育畸形效应。成功预测了除PFOA外的10种（90.9%）化学品的发育畸形效应,其中PFOA在实验中只显示了轻微程度的发育畸形,仅在400μM这一较高的暴露浓度下导致了斑马鱼的卵黄囊肿。（3）我们的打分方法可以用于区分不同MOA的化学品,也为识别新型化学品的致毒机制提供了一种新的参考方法。有机磷化合物毒死蜱,二嗪农,磷酸三苯酯,磷酸三（1,3-二氯丙基）和氨基甲酸酯农药（西维因）的毒性作用模式类似,都可以通过作用于乙酰胆碱酯酶干扰机体正常的生命过程,它们的AOP激活打分结果接近,并可以与我们研究的其他作用模式的化合物区分开。（4）利用剂量-效应RZT的通路对AOP激活打分的结果可以识别化学品关键的毒性机制。基于AOP打分的方法能够预测化学品通过激活AhR干扰心血管系统发育和功能,最终导致的斑马鱼死亡和发育畸形。本研究提出了两种整合高通量测试数据进行AOP激活打分的方法,将剂量-效应斑马鱼简化转录组（RZT）应用于AOP的打分预测,能够预测化学品导致斑马鱼发育的有害效应。结果表明我们能够通过斑马鱼胚胎阶段的早期响应预测化学品暴露导致的更长发育阶段的毒性效应。化学品低剂量短期暴露后胚胎的通路响应可以指示斑马鱼中、长期的毒性效应。为利用前端分子响应基于化学品剂量-效应关系进行有害结局预测的研究提供了一种新方法,也为化学品替代测试策略的设计和开发提供了一种新思路,有助于支持化学品的筛选和优先排序。