本论文基于LC-MS技术开展了2型糖尿病和环境污染物暴露对人体健康影响的代谢组学研究,以及多环芳烃和苯暴露人群的生物监测与评价研究。采用代谢组学分析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、整体和动态的生化信息,寻找与2型糖尿病发生发展和环境污染物暴露相关的小分子生物标志物。首先,本研究基于液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)技术建立了血清脂质学分析方法。结合多元统计分析、动态变化趋势分析和ROC分析的数据挖掘方法,针对不同病理状态和发病阶段的2型糖尿病人,开展了非靶向与靶向相结合的血清脂质组学研究,全面考察了脂类代谢物在2型糖尿病发生、发展过程中的变化趋势,以获得与2型糖尿病密切相关的脂类生物标志物。发现与鞘脂、甘油磷脂、甘油酯和固醇酯代谢相关的53个代谢物在2型糖尿病或其高危人群体内发生了显著性变化,分析这些代谢物水平的变化可能与胰岛素抵抗和氧化应激状态的改变相关。进一步通过动态变化趋势和ROC分析,筛选出13个随疾病的发展呈规律性变化,并对2型糖尿病具有一定诊断能力的潜在生物标志物,这些代谢物有可能成为2型糖尿病的诊断和疗效评价的脂类生物标志物。本研究的结果表明,基于LC-MS技术的脂质组学分析方法不仅可以全面揭示2型糖尿病病理过程中脂类代谢物的变化,为其分子机制的研究提供重要的参考信息,同时为更灵敏、可靠的2型糖尿病早期诊断方法的研究提供关键依据。此外,建立了适用于人尿液中多环芳烃类化合物和苯化合物的10种代谢物的LC-MS/MS定量分析方法；同时开展了焦化工业污染区与对照区人群中多环芳烃和苯的暴露水平的生物监测与代谢组学研究。采用回归分析方法深入考察了污染物暴露与代谢组之间的剂量-效应关系,旨在从分子水平上全面、系统地评价环境污染物暴露对人体健康的危害及其潜在的机制,获得与污染物暴露相关的灵敏、可靠的小分子生物标志物。研究发现焦化工业污染区人群体内多环芳烃和苯暴露水平显著升高,并导致氨基酸、嘌呤,脂质和葡萄糖醛酸等多种代谢紊乱,与其相关的多个小分子代谢物水平发生显著变化。分析认为这些变化与氧化应激有关,提示多环芳烃和苯暴露可能是通过氧化应激机制使暴露人群癌症、心肺疾病和糖尿病等疾病的发病率升高。回归分析结果表明,1-羟基菲和CarnitineC12：2很有可能成为多环芳烃暴露和相关生物学效应的生物标志物。本研究表明,基于高灵敏、高通量的LC-MS/MS分析方法,采用生物监测与代谢组学相结合的研究策略,可以全面揭示环境污染地区人群污染物暴露所引起的早期生物学事件,为环境污染物的毒性机制和相关疾病防控策略的研究提供新的视角。本论文的研究内容主要包括以下两个部分：1.基于LC-MS技术的2型糖尿病血清脂质组学研究血清中的脂类分子具有结构多样、浓度范围差异大等特点,而现有的离子化技术各有其局限性,采用单一的离子化技术可能无法获得全面的脂类代谢物信息。本研究采用正、负离子检测模式相结合的LC-MS分析方法,系统比较了常用的ESI,APCI和APPI三种离子化方法在反相色谱条件下对6类代表性脂类化合物和血清中脂类代谢物的离子化能力、灵敏度和覆盖范围。结果表明,ESI对脂肪酸、甘油酯、鞘脂、甘油磷脂、固醇酯和异戊烯醇酯类化合物均具有良好的离子化能力,则可检测到血清中绝大多数脂类代谢物。APPI对胆固醇(酯)类化合物的离子化能力最强；而APCI对各类化合物的离子化能力均低于ESI或APPI; APPI和APCI均不适用于磷脂类化合物的检测。这些研究为脂类代谢物质谱分析和脂质组学研究中离子化方法的选择提供了依据。在上述研究的基础上,采用正、负离子检测模式的LC-(±)ESI-MS分析方法,针对健康人群、2型糖尿病、初诊患者、确诊两年以上患者的血清样本开展了非靶向与靶向相结合的脂质组学研究,并借助于多元统计分析方法,发现并鉴定出44个在初诊2型糖尿病患者体内发生显著变化的脂类代谢物,29个在2型糖尿病高危人群体内发生显著变化的脂类代谢物。这些代谢主要与鞘脂、甘油磷脂、甘油脂和固醇酯类的代谢相关。进一步考察这些差异代谢物在各组间的动态变化趋势和对2型糖尿病的诊断能力,发现13个差异代谢物对2型糖尿病具有一定的诊断能力并随着2型糖尿病的发展呈规律性变化。这13个脂类代谢物中,有3个代谢物TG(16:0/18:1/18:0), TG(16:0/18:1/22:6)和CE(18:2-OH)在2型糖尿病高危人群和初诊患者体内具有逐渐升高的趋势；确诊两年以上患者经过药物持续性治疗后,这种升高趋势有所降低并趋于正常。其余10个代谢物：C16神经鞘氨醇(C16 sphingosine), C16二氢神经鞘氨醇(C16 sphinganine),植物鞘氨醇(Phytosphingosine),二氢神经鞘氨醇(Sphinganine), SM(dl8:1/24:1), SM(d18:2/24:1), LysoPC(18:0), LysoPC(18:1), PC(18:0/18:0)和TG(16：0/16：0/18：0)在2型糖尿病高危人群和初诊患者体内具有逐渐降低的趋势；确诊两年以上患者经过药物持续性治疗后,除LysoPC(18:0)外,其余代谢物的降低趋势均有所缓解并趋向正常。上述结果提示,这些差异代谢物有望成为监测2型糖尿病发生、发展过程及相关药物治疗效果的生物标志物。2.多环芳烃和苯暴露人群的生物监测与代谢组学研究为了考察和评价普通人群体内多环芳烃和苯的暴露水平,本研究建立了测定人尿液中苯的代谢物苯巯基尿酸和9种多环芳烃单羟基代谢物1-OHN,2-OHN,2-OHF,1-OHPH,2-OHPH,3-OHPH,4-OHPH,1-OHP和6-OHC的LC-MS/MS定量分析方法。方法学考察表明,该方法在设定的浓度范围内线性关系良好,准确度和精密度良好,适用于普通人群中苯和多环芳烃暴露水平的高通量分析和大规模筛查。采用该方法系统分析了多环芳烃和苯的10种代谢物在焦化工业污染区和非污染地区238例老年非吸烟者、114例老年吸烟者和214例儿童尿液中的浓度水平。结果表明,污染区儿童,老年非吸烟者和吸烟者体内的多环芳烃和苯的暴露水平均高于相对应的对照区人群。污染区儿童、老年非吸烟者和老年吸烟者体内1-OHP的平均浓度水平分别为1.96,1.42,3.13 μg/g肌酐,SPMA的平均浓度水平分别为0.68,0.49,3.04μg/g肌酐。本研究全面评价了污染区与对照区人群中苯和多环芳烃的暴露情况,为普通人群污染物暴露健康风险评价提供了重要依据。为了进一步评价多环芳烃和苯暴露所引起的早期生物学效应,采用基于LC-MS技术的代谢组学方法对上述人群的尿液样本进行了分析。结果发现多环芳烃和苯暴露水平的升高导致污染区人群尿液中多种内源性代谢物发生了显著变化,其中鉴定出18个差异代谢物结构。这些差异代谢物与氨基酸、嘌呤、脂质和葡萄糖醛酸代谢有关。本研究表明,多环芳烃和苯暴露引起的代谢组变化与氧化应激有关,即多环芳烃和苯暴露水平的增加及其在体内的代谢活化可引起体内氧化应激水平的升高进而导致抗氧化剂水平的降低,肌肉蛋白的降解加速,脂质过氧化水平的升高,线粒体功能的异常和Ⅱ相代谢酶表达的增加等广泛的生物学效应。在上述结果基础上,为了获得人群中多环芳烃及苯暴露与代谢组之间的剂量-效应关系,并为发现与多环芳烃和苯暴露相关的更可靠生物标志物,对苯和多环芳烃的10种代谢物与18种内源性差异代谢物进行了线性和logistic回归分析。结果表明,1-OHPH有望成为比1-OHP更为灵敏且可靠的监测普通人群多环芳烃暴露的生物标志物,而Carnitine C12:2则有望成为多环芳烃和苯暴露引起的氧化应激及相关疾病的生物标志物。