本论文采用快速高分辨液相色谱(RRLC)与正、负离子检测模式的电喷雾电离质谱(ESI-MS)的联用技术,针对血浆、尿液两种不同的体液基质,探索并建立了基于RRLC-MS/MS技术的整体轮廓与靶向代谢组学相结合的分析方法,通过这两种方法的优势互补,以及两种基质样本所含代谢物信息的互补,系统开展了食管癌的代谢组学研究,以寻找在疾病状态及治疗干预下食管癌患者体内发生显著性变化的小分子代谢物,即潜在的诊断及治疗标志物,并结合近期疗效评价结果,寻找可用于疗效评价的潜在标志物。为了从获得的海量代谢组学数据中挖掘出可靠的差异代谢物,本研究在模式识别中引入组外验证的方法,对建立的统计模型进行了评价,并通过S-plot图,VIP list, Jack-knifed置信区间图,代谢轮廓图,独立样本t-test, CAMERA分析,pearson协相关分析,以及XICs分析等步骤,对潜在生物标志物进行了细致的筛选。由于疾病会引起机体一系列复杂的生化代谢紊乱,因此本研究中融入ROC曲线分析,分别对潜在的诊断标志物进行了表征,以筛选出诊断特异性及灵敏度较高的潜在标志物组。进一步通过高分辨MS谱及MS/MS谱分析获取精确质量数,并结合代谢物的质谱裂解规律,同位素丰度比法,数据库检索,以及标准品比较分析等不同手段与步骤,分析鉴定出一些潜在标志物的结构,在上述研究的基础上,对发现的潜在标志物的生物学意义进行了探讨,结合体内代谢途径,对食管癌患者机体中发生紊乱的代谢途径进行了初步分析,本研究结果有望为食管癌的临床早期诊断、预后、疗效评价及个体化治疗提供分子基础及重要依据。首先,为了建立适用于血浆整体轮廓代谢组学的RRLC-MS分析方法,本研究对血浆样品前处理、液相色谱和质谱条件进行了细致的考察及优化,分析确定了采用三倍体积的冷藏乙腈沉淀蛋白法；进一步通过选择血浆中10种代表性化合物进行了方法学考察,结果表明该方法稳定、可靠,适用于后续的代谢组学研究。采用建立的RRLC-MS分析方法,对食管癌患者(包括治疗前、中、后)与健康对照组的血浆样本开展了整体轮廓代谢组学分析,通过分别对食管癌患者治疗前与健康者、患者治疗前与治疗后等不同组别进行系统、全面的多变量统计分析。通过采用建立的数据处理方法,在食管癌患者与健康者、食管癌患者治疗前与治疗后血浆中分别发现了52、48个有显著性差异的代谢物,即潜在的诊断、治疗标志物。结合疗效评价结果对潜在治疗标志物进行了治疗过程中的动态变化进分析,结果筛选出5个与食管癌疗效密切相关的潜在生物标志物。此外,为了从食管癌尿液样本中寻找潜在生物标志物,本研究考察了尿液前处理方法,确定采用肌酐值校准稀释倍数法进行样品前处理,并建立了尿液整体轮廓代谢组学RRLC-MS分析方法。采用该方法开展了食管癌患者与健康者、患者治疗前与治疗后的尿液样本的系统分析。通过对差异变量的细致筛选,在食管癌患者与健康者、食管癌患者治疗前后尿液中分别发现了83个和43个代谢物的含量有显著性差异,并结合疗效评价结果对潜在治疗标志物进行分析,结果发现1个与食管癌疗效密切相关的潜在标志物。此外,结合疾病分期,发现有5个潜在诊断标志物在不同分期尿液样本中有着明显的统计学差异。为了验证发现的潜在标志物的可靠性,本研究针对血浆、尿液两种体液基质建立了基于LC-MS/MS技术的MRM靶向代谢组学分析方法。运用该方法针对前期发现的潜在标志物的独立样本进行了靶向验证,结果在血浆中分别发现35个和20个更加可靠的潜在诊断标志物和治疗标志物,以及与疗效评价密切相关的3个标志物；另外从尿液中分别筛选出49个和26个更加可靠的潜在诊断标志物和治疗标志物,以及与疗效评价相关的1个标志物。进一步对上述发现的潜在诊断及治疗标志物进行了结构鉴定。目前分析鉴定出28个潜在诊断标志物的结构,包括血浆中发现的18个代谢物,尿液中发现的15个代谢物,其中5个为两种样本共同发现的代谢物；另鉴定出16个潜在治疗标志物的结构,包括血浆中发现的11个代谢物,尿液中发现的7个代谢物,其中2个为两种样本共同发现的代谢物；并鉴定出4个与疗效评价相关标志物的结构：其中血浆中发现3个代谢物,尿液中发现1个代谢物。此外,通过对血浆、尿液中潜在诊断标志物进行ROC曲线分析,筛选出2个诊断特异性及灵敏度较高的潜在标志物组。根据上述研究结果,结合体内代谢途径分析,发现食管癌患者体内的嘌呤代谢、TCA循环、β-氧化、糖酵解等多条代谢途径发生紊乱,为深入了解食管癌的发生、发展提供了重要依据。