目的:采用核磁共振技术,研究苯并（a）芘、大气PM_2.5染毒大鼠肝和脑的代谢组学变化,分析其所涉及的代谢通路,探讨苯并（a）芘、PM_2.5暴露对大鼠肝和脑损伤的可能机制,为寻找可能的早期生物学标志物,有效防控苯并（a）芘与PM_2.5对人体的损害提供新的理论依据。方法:第一部分:选取24只健康雄性SD大鼠,体重约为180-200g,随机将其分为4组,分别为溶剂对照组（橄榄油）、低剂量组（1mg/kg）、中剂量组(_2.5mg/kg)、高剂量组（6.25mg/kg）,每组6只;溶剂对照组腹腔注射橄榄油,低、中、高3个剂量组腹腔注射苯并（a）芘,每天1次,每周连续注射5天,染毒3周。腹主动脉采血,取肝和脑做病理检测和代谢组学检测。第二部分:利用TH-1000CⅡ型大流量空气颗粒物采样器进行采样,采暖期将其放置在车流量较大的交通路口,获取大气PM_2.5颗粒物。选取健康雄性SD大鼠36只,随机分为对照组（生理盐水1.5ml/kg体质量）、PM_2.5低剂量组（1.5mg/kg体质量）、PM_2.5中剂量组（6mg/kg体质量）、PM_2.5高剂量组（24mg/kg体质量）、PM_2.5水溶性成分组（24 mg/kg体质量）和PM_2.5非水溶性成分组（24 mg/kg体质量）,每组6只。采用大鼠气溶胶肺部给药套装,经气管雾化隔天染毒共5次。另选取健康雄性SD大鼠36只,随机分为0天、1天、3天、5天、7天、9天染毒组,每组6只。采用大鼠气溶胶肺部给药套装,经气管雾化隔天染毒,染毒剂量为24mg/kg体质量。腹主动脉采血,取肝和脑进行病理学和代谢组学检测。采用BRUKER AVANCEⅢ核磁共振（氢谱¹H）检测平台,对各次所得的肝和脑组织进行代谢组学检测。运用Mest Re Nova软件、SIMCA-P 11.0软件以及SPSS17.0软件进行分析,找出差异代谢物质。采用Metabo Analyst3.0（http://metaboanalyst.ca）并结合HMDB（Human Metabolome Database）、KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）等数据库对涉及的相关代谢通路进行初步分析。结果:第一部分:苯并（a）芘染毒大鼠肝和脑代谢组学研究病理学结果:中剂量组肝细胞脂肪样变,高剂量组肝细胞脂肪样变,汇管区淋巴细胞浸润;各组未见脑组织出现明显病理学改变。肝代谢组学结果:低、中、高剂量组通过检测并鉴定出VIP>1的差异代谢物分别为26、28、24种。其中有亮氨酸/异亮氨酸、缬氨酸、醋酸盐、氧化型谷胱甘肽、乳酸、甘油磷酸胆碱、精氨酸、糖蛋白随着剂量的升高而升高的趋势,有谷氨酸/谷氨酰胺、甜菜碱、牛磺酸、α-葡萄糖、糖原、赖氨酸、琥珀酸、谷胱甘肽、蛋氨酸、天冬氨酸、甘油、马尿酸盐随着剂量的升高而降低的趋势（P趋势<0.05）。与对照组相对含量相比,低剂量组中亮氨酸/异亮氨酸、丙氨酸、醋酸盐、氧化型谷胱甘肽、甘氨酸、缬氨酸、精氨酸、3-羟基丁酸显著升高,谷氨酸/谷氨酰胺、甜菜碱、牛磺酸、α-葡萄糖、β-葡萄糖、糖原、赖氨酸、琥珀酸、谷胱甘肽、蛋氨酸、天冬氨酸、甘油、马尿酸盐、乙酰乙酸显著降低（P<0.05）;中剂量组中亮氨酸/异亮氨酸、丙氨酸、醋酸盐、氧化型谷胱甘肽、甘氨酸、缬氨酸、甘油磷酸胆碱、肌酸、乳酸、甘油三酯、糖蛋白显著升高,谷氨酸/谷氨酰胺、甜菜碱、牛磺酸、α-葡萄糖、β-葡萄糖、糖原、赖氨酸、琥珀酸、谷胱甘肽、蛋氨酸、天冬氨酸、甘油、马尿酸盐、乙酰乙酸显著降低（P<0.05）;高剂量组中亮氨酸/异亮氨酸、丙氨酸、醋酸盐、氧化型谷胱甘肽、甘氨酸、精氨酸、甘油磷酸胆碱显著升高,谷氨酸/谷氨酰胺、甜菜碱、牛磺酸、α-葡萄糖、β-葡萄糖、糖原、赖氨酸、琥珀酸、谷胱甘肽、蛋氨酸、天冬氨酸、甘油、马尿酸盐、乙酰乙酸显著降低（P<0.05）。经代谢通路综合分析显示苯并（a）芘暴露可导致大鼠肝的缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成,酮体的合成和降解,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,甘油脂代谢,牛磺酸和亚牛磺酸代谢这些代谢通路的变化。脑代谢组学结果:低、中、高剂量组通过检测并鉴定出VIP>1的差异代谢物分别为18、21、19种。其中有2-氨基乙二酸、苹果酸随着剂量的升高而升高的趋势,有亮氨酸/异亮氨酸、乳酸、N-乙酰糖蛋白、糖蛋白、脯氨酸、丙酮酸、柠檬酸、肌酸、磷酸胆碱、甜菜碱、肌醇、牛磺酸、甘油、谷氨酰胺/谷氨酸盐、赖氨酸、琥珀酸随着剂量的升高而降低的趋势（P趋势<0.05）。与对照组相对含量相比,低剂量组中丙氨酸显著升高,脯氨酸、丙酮酸、柠檬酸、甜菜碱、赖氨酸、甘油磷酰胆碱显著降低（P<0.05）;中剂量组中苹果酸、N-乙酰天冬氨酸显著升高,脯氨酸、丙酮酸、柠檬酸、甜菜碱、赖氨酸、N-乙酰糖蛋白、糖蛋白、肌酸、磷酸胆碱、肌醇、甘油、谷氨酰胺/谷氨酸盐、琥珀酸、亮氨酸/异亮氨酸显著降低（P<0.05）;高剂量组中2-氨基乙二酸显著升高,脯氨酸、丙酮酸、柠檬酸、甜菜碱、赖氨酸、N-乙酰糖蛋白、糖蛋白、肌酸、磷酸胆碱、肌醇、甘油、谷氨酰胺/谷氨酸盐、琥珀酸、乳酸、牛磺酸、甘油三酯显著降低（P<0.05）。经代谢通路综合分析显示苯并（a）芘暴露可导致大鼠脑的丙酮酸代谢,柠檬酸循环,糖酵解或糖异生,甘油脂代谢,牛磺酸和亚牛磺酸代谢这些代谢通路的变化。第二部分:大气PM_2.5染毒大鼠肝和脑代谢组学研究病理学结果:低剂量组汇管区淋巴细胞浸润,中剂量组肝细胞脂肪样变,高剂量组肝细胞脂肪样变,炎性渗出,水溶性成分组肝细胞脂肪样变,非水溶性成分组汇管区淋巴细胞浸润,肝细胞脂肪样变;各组未见脑组织出现明显病理学改变。肝代谢组学结果:低、中、高剂量组通过检测并鉴定出VIP>1的差异代谢物分别为23、25、27种。其中有LDL/VLDL、3-羟基丁酸、醋酸盐、肌酸、甘氨酸、甘油磷酰胆碱随着剂量的升高而升高的趋势,有缬氨酸、谷氨酰胺/谷氨酸盐、胆碱、甜菜碱、牛磺酸、β-葡萄糖、α-葡萄糖、糖原、赖氨酸、琥珀酸、谷胱甘肽、蛋氨酸、天冬氨酸、甘油随着剂量的升高而降低的趋势（P趋势<0.05）。与对照组相对含量相比,低剂量组中甘氨酸、乳酸显著升高,糖原、蛋氨酸、甘油、乙酰乙酸、琥珀酸显著降低（P<0.05）;中剂量组中甘氨酸、乳酸、LDL/VLDL、3-羟基丁酸显著升高,糖原、蛋氨酸、甘油、乙酰乙酸、琥珀酸、谷氨酰胺/谷氨酸盐、胆碱、甜菜碱、牛磺酸、β-葡萄糖、赖氨酸、谷胱甘肽、天冬氨酸、缬氨酸显著降低（P<0.05）;高剂量组中LDL/VLDL、3-羟基丁酸、醋酸盐、肌酸、甘油磷酰胆碱显著升高,糖原、蛋氨酸、甘油、乙酰乙酸、LDL/VLDL、3-羟基丁酸显著升高,谷氨酰胺/谷氨酸盐、胆碱、甜菜碱、牛磺酸、β-葡萄糖、赖氨酸、谷胱甘肽、天冬氨酸、α-葡萄糖显著降低（P<0.05）。经代谢通路综合分析显示大气PM_2.5暴露可导致大鼠肝的酮体的合成和降解,丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢,牛磺酸和亚牛磺酸代谢,谷胱甘肽代谢这些代谢通路的变化。时效关系结果,1、3、5、7、9天组通过检测并鉴定出VIP>1的差异代谢物分别为25、24、19、21、27种。与0天组相对含量相比,有3-羟基丁酸、磷酸胆碱、亮氨酸/异亮氨酸、脯氨酸、甘氨酸、醋酸盐、丙氨酸、乙酰乙酸、马尿酸盐、肌醇、肌酸显著升高,牛磺酸、甜菜碱、胆碱、谷胱甘肽、天冬氨酸、β-葡萄糖、α-葡萄糖、糖原、乙酰乙酸、蛋氨酸、甘油、谷氨酸盐、乳酸、缬氨酸、琥珀酸、马尿酸盐、氧化谷胱甘肽、肌醇显著降低（P<0.05）。经代谢通路综合分析显示大气PM_2.5暴露可导致大鼠肝的酮体的合成和降解,丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢,牛磺酸和亚牛磺酸代谢,谷胱甘肽代谢这些代谢通路的变化。不同组分结果,水溶性成分组、非水溶性成分组通过检测并鉴定出VIP>1的差异代谢物分别为23、25种。与对照组相对含量相比,水溶性成分组中肌醇显著升高,甜菜碱、牛磺酸、甘油、谷氨酸盐、谷胱甘肽、天冬氨酸、α-葡萄糖、乳酸、β-葡萄糖显著降低（P<0.05）,经代谢通路综合分析显示水溶性成分可导致大鼠肝的丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢,牛磺酸和亚牛磺酸代谢,谷胱甘肽代谢这些代谢通路的变化;非水溶性成分组中肌醇、亮氨酸/异亮氨酸、3-羟基丁酸、磷酸胆碱、甘氨酸显著升高,甜菜碱、牛磺酸、甘油、谷氨酸盐、谷胱甘肽、天冬氨酸、α-葡萄糖、乙酰乙酸、蛋氨酸、糖原显著降低（P<0.05）,经代谢通路综合分析显示非水溶性成分可导致大鼠肝的酮体的合成和降解,丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢,牛磺酸和亚牛磺酸代谢,谷胱甘肽代谢这些代谢通路的变化。脑代谢组学结果:低、中、高剂量组通过检测并鉴定出VIP>1的差异代谢物分别为16、16、13种。其中有乳酸、γ-氨基丁酸、柠檬酸、磷酸胆碱、甜菜碱、肌醇、牛磺酸随着剂量的升高而降低的趋势（P趋势<0.05）。与对照组相对含量相比,低剂量组中γ-氨基丁酸、牛磺酸、N-乙酰基-糖蛋白显著降低（P<0.05）;中剂量组中γ-氨基丁酸、牛磺酸、乳酸、磷酸胆碱、甜菜碱、肌醇显著降低（P<0.05）;高剂量组中γ-氨基丁酸、牛磺酸、N-乙酰基-糖蛋白、乳酸、柠檬酸显著降低（P<0.05）。经代谢通路综合分析显示大气PM_2.5暴露可导致大鼠脑的甘油脂代谢,丙酮酸代谢,柠檬酸循环,糖酵解或糖原异生这些代谢通路的变化。时效关系结果,1、3、5、7、9天组通过检测并鉴定出VIP>1的差异代谢物分别为14、17、18、17、16种。与0天组相对含量相比,有乳酸、谷氨酸盐、γ-氨基丁酸、丙酮酸、柠檬酸、赖氨酸、甜菜碱、牛磺酸、甘油三酯、肌酸显著降低（P<0.05）。经代谢通路综合分析显示大气PM_2.5暴露可导致大鼠脑的甘油脂代谢,丙酮酸代谢,柠檬酸循环,糖酵解或糖原异生这些代谢通路的变化。不同组分结果,水溶性成分组、非水溶性成分组通过检测并鉴定出VIP>1的差异代谢物分别为20、18种。与对照组相对含量相比,水溶性成分组中甜菜碱、γ-氨基丁酸显著降低（P<0.05）,经代谢通路综合分析显示水溶性成分可导致大鼠脑的甘油脂代谢,丙酮酸代谢,柠檬酸循环,糖酵解或糖原异生这些代谢通路的变化;非水溶性成分组中甜菜碱、3-羟基丁酸、乳酸、N-乙酰基-糖蛋白、糖蛋白、氧化谷胱甘肽、脯氨酸、丙酮酸、柠檬酸、肌酸、甘油磷酰胆碱、牛磺酸、赖氨酸、琥珀酸、甘油三酯显著降低（P<0.05）,经代谢通路综合分析显示非水溶性成分可导致大鼠脑的甘油脂代谢,丙酮酸代谢,柠檬酸循环这些代谢通路的变化。结论:1.B（a）P、大气PM_2.5短期染毒大鼠后肝和脑出现了小分子代谢谱的改变。2.B（a）P短期染毒可引起肝的缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成,酮体的合成和降解,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,甘油脂代谢,牛磺酸和亚牛磺酸代谢这些代谢通路的改变,反应了B（a）P引起肝的氨基酸代谢、脂代谢、氧化应激的紊乱;B（a）P短期染毒可引起脑的丙酮酸代谢,柠檬酸循环,糖酵解或糖异生,甘油脂代谢,牛磺酸和亚牛磺酸代谢这些代谢通路的改变,反应了B（a）P引起脑的能量代谢、脂代谢、氧化应激的紊乱。这些紊乱可能与大鼠肝、脑损伤的机制有关。3.大气PM_2.5短期染毒可引起肝的酮体的合成和降解,丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢,牛磺酸和亚牛磺酸代谢,谷胱甘肽代谢这些代谢通路的改变,反应了PM_2.5引起肝的氨基酸代谢、氧化应激的紊乱,水溶性成分、非水溶性成分可引起肝的丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢,牛磺酸和亚牛磺酸代谢,谷胱甘肽代谢这些代谢通路的改变,非水溶性成分还可以引起肝的酮体的合成和降解代谢通路的改变,不同组分亦引起氨基酸代谢、氧化应激的紊乱;大气PM_2.5短期染毒可引起脑的甘油脂代谢,丙酮酸代谢,柠檬酸循环,糖酵解或糖原异生这些代谢通路的改变,反应了PM_2.5引起脑的脂代谢、能量代谢的紊乱,水溶性成分、非水溶性成分可引起脑的甘油脂代谢,丙酮酸代谢,柠檬酸循环这些代谢通路的改变,水溶性成分还可以引起脑的糖酵解或糖原异生代谢通路的改变,不同组分亦引起脂代谢、能量代谢的紊乱。这些紊乱可能与大鼠肝、脑损伤的机制有关。