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4-壬基酚作为被广泛使用的具有类雌激素活性的持久性环境污染物,其暴露引发的毒性作用已成为研究热点,准确的暴露危害评价是对其开展风险评估的前提。本研究基于高效液相色谱-飞行时间质谱(HPLC-QTOF-MS)技术,在正负离子模式下,以4-壬基酚暴露大鼠为动物模型,选取尿液和血浆两种生物样本,开展了靶向与非靶向结合的代谢组学研究。以两种代谢组学方法的优势互补和两种生物样本的信息互补保证了所筛选的生物标志物的可靠性。本研究采用代谢组学方法将量化的外源性刺激与内源性代谢物的变化结合起来,获得早期、整体和动态的代谢物信息,找到了与4-壬基酚暴露相关的10个小分子内源性生物标志物:5-羟色胺、色氨酸、甘氨酸、犬尿氨酸、L-酪氨酸、甘油磷酸胆碱、丙二醛和花生四烯酸。并对以上10个代谢物所在的氧化应激和色氨酸代谢通路进行生物学验证,既证明了所筛选标志物的准确性,又对4-壬基酚的毒性机制进行了探索。首先,建立适用于尿液和血浆样本的非靶向代谢组学HPLC-QTOF-MS分析方法。在尿液非靶向代谢组学建立过程中,对尿液样本进行了四倍体积稀释法、肌酐值校准尿液体积法和肌酐值校准峰面积法3种前处理方法比较研究,最后筛选了效果最好的肌酐值校准峰面积法;确定了正离子模式下添加10m M甲酸、负离子模式下添加10m M乙酸铵可以大大提高代谢物检测的覆盖率、灵敏度及分辨率;利用尿液中常见的15种代谢物进行方法学研究,表明方法满足非靶向代谢组学分析的要求。在血浆非靶向代谢组学建立过程中,对血浆样本进行了有机溶剂除蛋白法和固相萃取法两种前处理方法的考察,最终选定了有机溶剂除蛋白法;利用血浆中常见的13种代谢物进行方法学研究,表明方法满足非靶向代谢组学分析的要求。将4-壬基酚分别以0、50、250 mg/kg/d的剂量连续4天暴露于SD雄性大鼠,利用高效液相色谱串联质谱(HPLC-MS/MS)技术对暴露后不同时间点的尿液和血浆中4-壬基酚进行定量生物监测,获得4-壬基酚在体内的实时暴露水平,同时证明暴露模型成功建立。利用建立的基于HPLC-QTOF-MS技术的尿液和血浆非靶向代谢组学分析方法,对对照组大鼠和高低剂量组大鼠的尿液和血浆分别进行整体代谢轮廓分析。为了从海量的组学数据中获得有效的生物标志物信息,采用了主成分分析(PCA)、正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)、变化倍数(Fold Change)等变量分析方法,对尿液中筛选出的36个组间差异离子和血浆中筛选出的29个差异离子进行结构鉴定。将HPLC-QTOF-MS获得的一级质谱和二级质谱的精确质量数与Peak View、Massbank和METLIN数据库比对,并结合离子裂解规律和标准品验证等方法,分别鉴定了尿液中的12个和血浆中的14个潜在生物标志物。为了验证非靶向代谢组学筛选的潜在生物标志物的有效性,本研究建立了针对尿液和血浆样本的LC-MS/MS靶向代谢组学分析方法。对筛选的12个尿液标志物和14个血浆标志物进行相对定量分析,进一步筛选出在对照组和4-壬基酚暴露组生物样本中具有显著差异(独立样本t test检验,p<0.05)的10个代谢物作为最终的生物标志物,其中尿液中的5个标志物为5-羟色胺、色氨酸、甘氨酸、甘油磷酸胆碱和丙二醛;血浆中的5个标志物为5-羟色胺、色氨酸、犬尿氨酸、L-酪氨酸和花生四烯酸;5-羟色胺和色氨酸在两种基质中均存在。10个生物标志物的生物学意义分析表明:丙二醛、甘油磷酸胆碱和花生四烯酸是4-壬基酚暴露引起机体氧化应激反应的结果;5-羟色胺、色氨酸、甘氨酸和犬尿氨酸作为神经递质类物质处于色氨酸代谢途径中。对尿液中8-羟基脱氧鸟苷(8-OHd G)和丙二醛(MDA)水平测定结果表明:大鼠体内发生了氧化应激,且体内4-壬基酚暴露水平与8-OHd G和MDA含量呈正相关(相关系数r2分别为0.701、0.793);对色氨酸代谢途径中的7个活性物质进行定量分析,结果表明:大鼠体内色氨酸代谢紊乱,其中5-羟基色氨酸和5-羟色胺与体内4-壬基酚暴露水平呈正相关(相关系数r2分别为0.603、0.551)。以上结果表明:本研究筛选的10个生物标志物具有有效性,且4-壬基酚暴露会导致机体的氧化应激损伤和引起神经递质损伤。综上所述,本研究利用靶向和非靶向相结合的代谢组学方法,筛选出了大鼠尿液和血浆中的10个4-壬基酚暴露生物标志物,可以用于4-壬基酚暴露评估,且证明4-壬基酚暴露可引起机体氧化应激损伤,还可引起色氨酸代谢紊乱,进而引起神经损伤。研究结果为更准确地开展4-壬基酚暴露风险评估和毒性机制研究提供了参考。