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背景及目的:代谢组学是系统生物学的重要组成部分，已经在疾病诊断、发病机制阐明以及预后评估等方面得到了广泛应用。针对电离辐射引起的组织放射性损伤分子生物学机理尚不明确以及组织辐射损伤评估对核事故伤员救治的必要性，本论文建立了气相色谱-质谱-选择反应监测(GC-MS-SRM)拟靶标代谢组学方法，并将其用于考察电离辐射后大鼠组织和尿液的代谢特征变化，通过组织与尿液辐射损伤代谢特征和代谢通路的平行研究，尝试寻找与组织辐射损伤相关的尿液特征代谢物，为揭示组织放射性损伤分子生物学机制以及后续进一步筛选组织辐射损伤评估标志物提供实验依据。
方法:1.建立了气相色谱-质谱-选择反应监测(GC-MS-SRM)拟靶标代谢组学方法。以大鼠肝组织为研究对象，在精密度、灵敏度和定量线性范围方面与SIM扫描的GC-MS拟靶标分析方法进行了比较。
2.利用建立好的GC-MS-SRM拟靶标方法，考察了全身照射后72h大鼠肝、肾、脑、肺、回肠、骨髓组织代谢物水平的变化。结合单因素方差分析筛选出组织辐射损伤特征代谢物，并对各组织代谢特征及生物学意义进行了探讨。
3.利用GC-MSSRM拟靶标方法考察了不同剂量电离辐射对大鼠尿液代谢物的影响，并对组织与尿液的辐射损伤代谢特征和代谢通路做平行研究。此外，基于未照射对照组和照射组，筛选出组织辐射损伤相关的尿液特征代谢物。
结果:1.日内精密度和日间精密度考察结果显示，在SRM扫描方法下分别有100.00％和92.50％的代谢物RSD在15％以内，25个标样(包括三羧酸循环产物、氨基酸类、脂肪酸类、糖类)的线性范围在4-5个数量级，高、中、低浓度下大部分化合物回收率范围在80-120％中。与SIM扫描方法相比，SRM扫描方法具有更优的日间精密度、更宽的线性范围以及更高的灵敏度。
2.全身照射后的大鼠组织代谢物水平变化结果显示:在肝组织中，2Gy、4Gy照射组中的甘氨酸、谷氨酸和β-羟基丁酸水平上升(p＜0.05)，乳酸水平下降(p＜0.05);6Gy、8Gy照射组中多种氨基酸、葡萄糖、长链脂肪酸、甘油和尿嘧啶水平下降(p＜0.05)。在肺组织中，照射组富马酸、苹果酸、琥珀酸和乳酸水平下降(p＜0.05);2Gy、4Gy照射组中葡萄糖水平下降(p＜0.05);6Gy、8Gy照射组中大部分氨基酸、花生四烯酸显著下降(p＜0.05)。在脑组织中，各照射组尿素、软脂酸、硬脂酸、胆固醇和尿嘧啶水平显著性下降(p＜0.05);6Gy照射组中的4-氨基丁酸和N-乙酰-L-天门冬氨酸显著性下降(p＜0.05)，谷氨酸水平升高(p＜0.05);6Gy、8Gy照射组中葡萄糖、三磷酸甘油醛和甘油显著性下降(p＜0.05)。在肾组织中，2Gy,4Gy照射后，大多数氨基酸、花生四烯酸、草酸、尿嘧啶显著性升高(p＜0.05);6Gy、8Gy照射后，大多数氨基酸水平显著性下降(p＜0.05)。在回肠组织中，4Gy,6Gy、8Gy照射后，葡萄糖水平显著下降(p＜0.05)，尿嘧啶、焦谷氨酸和高脯氨酸显著性升高(p＜0.05)。在骨髓组织中，各照射组蛋氨酸和亮氨酸水平显著下降(p＜0.05);8Gy照射组中的乳酸、磷酸、尿嘧啶、烟酰胺、苹果酸、焦谷氨酸和高脯氨酸显著性下降(p＜0.05)。3.大鼠组织特征代谢物通路分析显示，肝、肾、脑、肺组织均涉及氨基酸代谢、谷胱甘肽代谢、三羧酸循环等通路。此外也发现肝、脑、肾、回肠组织存在专属的辐射损伤代谢通路。组织与尿液辐射代谢特征和代谢通路的平行研究结果表明:辐射后的肾组织与尿液共有的特征代谢物(26个)和扰动代谢通路(11条)最多，其次为肝、脑、肺等组织，说明尿液样本较多地反映了这些组织来源的放射性损伤代谢特征变化。组织辐射损伤相关特征代谢物结果显示，乳酸、甘油酸、天冬酰胺、肌苷在多个组织变化趋势相同，肝组织中的N-乙酰-L-天门冬氨酸，肺组织中的富马酸和4-氨基丁酸，回肠组织中的天冬氨酸和谷氨酸，骨髓组织中的苹果酸可作为专属的组织辐射损伤相关的尿液特征代谢物。
结论:本研究建立的GC-MSSRM拟靶标方法稳定、可靠，为组织和尿液样本的应用研究提供了稳定、可靠的分析技术平台。组织辐射损伤特征代谢物提示电离辐射主要影响了能量代谢(三羧酸循环、糖酵解、脂质合成)、蛋白质合成与分解(氨基酸代谢)、脂肪酸β氧化、核苷酸代谢以及肠道菌群变化。大鼠组织与尿液特征代谢物涉及的代谢通路主要是氨基酸代谢、谷胱甘肽代谢、三羧酸循环、泛酸和辅酶A生物合成和氮代谢等。平行分析结果显示尿液样本较多地反映了肾、肝、脑、肺组织来源的放射性损伤代谢特征变化，为后续进一步筛选辐射损伤标志物提供了实验依据。
方法:1.建立了气相色谱-质谱-选择反应监测(GC-MS-SRM)拟靶标代谢组学方法。以大鼠肝组织为研究对象，在精密度、灵敏度和定量线性范围方面与SIM扫描的GC-MS拟靶标分析方法进行了比较。
2.利用建立好的GC-MS-SRM拟靶标方法，考察了全身照射后72h大鼠肝、肾、脑、肺、回肠、骨髓组织代谢物水平的变化。结合单因素方差分析筛选出组织辐射损伤特征代谢物，并对各组织代谢特征及生物学意义进行了探讨。
3.利用GC-MSSRM拟靶标方法考察了不同剂量电离辐射对大鼠尿液代谢物的影响，并对组织与尿液的辐射损伤代谢特征和代谢通路做平行研究。此外，基于未照射对照组和照射组，筛选出组织辐射损伤相关的尿液特征代谢物。
结果:1.日内精密度和日间精密度考察结果显示，在SRM扫描方法下分别有100.00％和92.50％的代谢物RSD在15％以内，25个标样(包括三羧酸循环产物、氨基酸类、脂肪酸类、糖类)的线性范围在4-5个数量级，高、中、低浓度下大部分化合物回收率范围在80-120％中。与SIM扫描方法相比，SRM扫描方法具有更优的日间精密度、更宽的线性范围以及更高的灵敏度。
2.全身照射后的大鼠组织代谢物水平变化结果显示:在肝组织中，2Gy、4Gy照射组中的甘氨酸、谷氨酸和β-羟基丁酸水平上升(p＜0.05)，乳酸水平下降(p＜0.05);6Gy、8Gy照射组中多种氨基酸、葡萄糖、长链脂肪酸、甘油和尿嘧啶水平下降(p＜0.05)。在肺组织中，照射组富马酸、苹果酸、琥珀酸和乳酸水平下降(p＜0.05);2Gy、4Gy照射组中葡萄糖水平下降(p＜0.05);6Gy、8Gy照射组中大部分氨基酸、花生四烯酸显著下降(p＜0.05)。在脑组织中，各照射组尿素、软脂酸、硬脂酸、胆固醇和尿嘧啶水平显著性下降(p＜0.05);6Gy照射组中的4-氨基丁酸和N-乙酰-L-天门冬氨酸显著性下降(p＜0.05)，谷氨酸水平升高(p＜0.05);6Gy、8Gy照射组中葡萄糖、三磷酸甘油醛和甘油显著性下降(p＜0.05)。在肾组织中，2Gy,4Gy照射后，大多数氨基酸、花生四烯酸、草酸、尿嘧啶显著性升高(p＜0.05);6Gy、8Gy照射后，大多数氨基酸水平显著性下降(p＜0.05)。在回肠组织中，4Gy,6Gy、8Gy照射后，葡萄糖水平显著下降(p＜0.05)，尿嘧啶、焦谷氨酸和高脯氨酸显著性升高(p＜0.05)。在骨髓组织中，各照射组蛋氨酸和亮氨酸水平显著下降(p＜0.05);8Gy照射组中的乳酸、磷酸、尿嘧啶、烟酰胺、苹果酸、焦谷氨酸和高脯氨酸显著性下降(p＜0.05)。3.大鼠组织特征代谢物通路分析显示，肝、肾、脑、肺组织均涉及氨基酸代谢、谷胱甘肽代谢、三羧酸循环等通路。此外也发现肝、脑、肾、回肠组织存在专属的辐射损伤代谢通路。组织与尿液辐射代谢特征和代谢通路的平行研究结果表明:辐射后的肾组织与尿液共有的特征代谢物(26个)和扰动代谢通路(11条)最多，其次为肝、脑、肺等组织，说明尿液样本较多地反映了这些组织来源的放射性损伤代谢特征变化。组织辐射损伤相关特征代谢物结果显示，乳酸、甘油酸、天冬酰胺、肌苷在多个组织变化趋势相同，肝组织中的N-乙酰-L-天门冬氨酸，肺组织中的富马酸和4-氨基丁酸，回肠组织中的天冬氨酸和谷氨酸，骨髓组织中的苹果酸可作为专属的组织辐射损伤相关的尿液特征代谢物。
结论:本研究建立的GC-MSSRM拟靶标方法稳定、可靠，为组织和尿液样本的应用研究提供了稳定、可靠的分析技术平台。组织辐射损伤特征代谢物提示电离辐射主要影响了能量代谢(三羧酸循环、糖酵解、脂质合成)、蛋白质合成与分解(氨基酸代谢)、脂肪酸β氧化、核苷酸代谢以及肠道菌群变化。大鼠组织与尿液特征代谢物涉及的代谢通路主要是氨基酸代谢、谷胱甘肽代谢、三羧酸循环、泛酸和辅酶A生物合成和氮代谢等。平行分析结果显示尿液样本较多地反映了肾、肝、脑、肺组织来源的放射性损伤代谢特征变化，为后续进一步筛选辐射损伤标志物提供了实验依据。