毒理学,尤其是环境毒理学,其主要研究任务是探索蓄积于生物体内的污染物及其对生物体的后续影响。在大多数环境毒理学研究中,建立生物体内污染物暴露水平与生物／分子响应之间的关系是最重要的目标之一。为实现这一目标,人们通常要测定污染物及其响应(常定义为生物标志物)的浓度水平。但在大多数研究中,二者是分开进行测定的,因而需要耗费大量的时间、金钱和劳力。此外,某些生物标志物分析方法的局限性还限制了对生物标志物的测定。如用于测定蛋白质生物标志物的免疫分析方法,严重依赖于相应的抗体。定向蛋白组学的发展使得在同一样品中实现对污染物浓度及蛋白生物标志物浓度的同时测定成为了可能。定向蛋白组学是在近些年发展起来的一种对样品中感兴趣的一组目标蛋白进行定量分析的方法。在定向蛋白组学的实验中,预先被选定的蛋白首先被酶解成多肽,再被LC-MS/MS检测。这种方法在蛋白分析中具有高灵敏度、高定量准确度及高重现性的特点。在定向蛋白质组学中,预选蛋白质酶解所形成的目标多肽通常用LC-MS/MS(尤其是三重四级杆)进行定量分析,而许多环境污染物最理想的定量方法也是用LC-MS/MS。因此,利用LC-MS/MS对这两类指标进行同时测定在理论上是可行的。但是,目前尚未见到这方面的研究报道。基于定向蛋白组学方法,我们建立了一种新的方法并将之命名为定向分析毒理学(targeted analytical toxicology, TAT)。该方法利用UPLC/ESI-MS/MS对生物体内的污染物和蛋白生物标志物进行同时测定。我们首先将该方法成功应用于暴露于17a-雌二醇(EE2)的成年雄性斑马鱼体内EE2及其诱导的卵黄蛋白原(VTG)的同时定量分析。实验结果表明,EE2浓度和VTG浓度之间有显著的正相关性(p<0.05)。且基于生物体内污染物的内暴露浓度的剂量-效应关系图也比基于污染物的名义暴露浓度的剂量-效应关系图更具有可靠性。随后我们对TAT方法进行了优化。实验首先通过设计含有可被胰酶消化位点的目标长肽来示踪胰酶的消化效率,结果表明不同长度的含有可被胰酶消化位点的目标长肽在示踪胰酶消化效率上并不存在明显差异。同时我们也通过优化前处理的方法来提高EE2的回收率。结果表明,相比3kDa前处理方法,SPE前处理能够提高EE2回收率,从而提高方法的性能。在建立并优化了TAT方法后,我们将该方法初步应用于环境毒理学研究当中。我们选取人肺癌细胞系(A549)为研究模型,研究有机磷阻燃剂(OPFRs)对A549细胞中三个蛋白生物标志物(白介素IL-6、肿瘤坏死因子TNF-α及肿瘤蛋白p21 ras)的诱导情况,并利用TAT方法对暴露于OPFR/s的A549细胞中的OPFR/s和这三个蛋白质进行同时定量分析。实验通过优化前处理方法将A549细胞单一／复合暴露于不同的有机磷阻燃剂中,尽管TAT方法能够同时对多个有机磷阻燃剂和多个蛋白生物标志物进行同时定量分析,但均未检测到IL-6、TNF-alpha及p21 ras蛋白的过度表达。与此同时,我们还利用ELISA方法对TAT实验结果进行验证。二者的数据结果表明,暴露于有机磷阻燃剂的A549细胞中并未检测到这几个蛋白的表达,即OPFR/s不能够诱导A549细胞中这几个蛋白的表达。TAT方法能够利用同一种前处理方法、在同一台分析仪器上实现同一个样品当中污染物和蛋白生物标志物的同时定量分析,其具有高灵敏度、高准确性、高重现性、高通量的特点。且相比传统的免疫分析技术来说,其自身所具有的省时、省力、省财的优点能有效提高毒理学(特别是环境毒理学)研究效率,为环境毒理学研究提供一种新的技术手段。