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基于核磁共振(NMR)的代谢组学是一门新兴的分析科学，它将1H NMR波谱检测技术和模式识别分析技术相结合，用于评估药物的药效和毒性，阐明药物的作用机制；也用于揭示重大疾病的病理机制，寻找生物标志物，发展疾病的早期诊断新方法，等等。本论文应用基于NMR的代谢组学方法，研究药物的药效和毒性以及疾病病理的分子机制。全文共分为四章，各章内容概述如下：
第一章研究了肝脏微粒体细胞色素P450(CYP)酶对马兜铃酸I肾毒性的代谢调控机制。马兜铃酸具有抗感染、抗癌和提高免疫力的药用价值，但诱发严重的肾损伤。以往的研究表明肝脏CYP酶是马兜铃酸的主要代谢酶，会影响马兜铃酸肾毒性。肝脏CYP酶活性对马兜铃酸肾毒性的代谢调控机制尚未见报道。我们用代谢组学方法探讨了马兜铃酸I(20 mg/Kg体重)导致的肝脏CYP还原酶基因敲除(KO)小鼠模型和野生型(WT)小鼠代谢模式的改变，指出在肝脏CYP酶低活性状态下，马兜铃酸I导致了KO鼠严重的肾损伤和肝损伤，表现为能量代谢降低、胆碱代谢和肠道菌群代谢紊乱以及氧化应激加重。我们的研究结果表明肝脏CYP酶活性在马兜铃酸I毒性作用中发挥着重要的代谢调控作用。
第二章研究了肝脏CYP酶对雷公藤甲素毒性的代谢调控机制。雷公藤是治疗自身免疫性疾病和炎症疾病的有效药物，但是对多个器官有毒性。以往的研究表明肝脏CYP酶是雷公藤甲素的主要代谢酶，会影响其毒性。肝脏CYP酶活性对雷公藤甲素毒性的代谢调控机制尚未见报道。我们用代谢组学方法探讨了雷公藤甲素(0.5 mg/Kg体重)导致的KO小鼠和WT小鼠代谢模式的改变，结果表明肝脏CYP酶活性降低时，雷公藤甲素毒性增强，并阐述了雷公藤甲素毒性的分子机制，指出受雷公藤甲素干扰的代谢途径为能量代谢、氨基酸代谢、肠道菌群代谢、胆碱代谢和氧化应激加重，等等。
第三章研究了冬虫夏草对5/6肾切除(5/6 Nephrectomy，5/6 Nx)大鼠(慢性肾衰动物模型)的代谢调控机制。文献表明冬虫夏草具有延缓慢性肾病疾病进展的作用，但其分子机制不明。我们用代谢组学方法观察了冬虫夏草对模型大鼠肾脏的保护效果，发现使用冬虫夏草后，给药组大鼠的代谢模式与模型对照鼠明显不同：在给药第28天，冬虫夏草明显地改变了模型大鼠的肠道菌群生态环境；在给药第56天，冬虫夏草缓解了模型大鼠的氧化应激，调控了能量代谢、氨基酸代谢，甘氨酸代谢，尿素循环，并促进了肾脏的渗透压平衡。
第四章研究了原发性慢性肾小球。肾炎患者及其四种病理类型的尿液代谢特征和病理类型诊断新方法。目前肾脏病理检查主要依赖于肾穿刺活检术，但肾活检对患者造成诸多不利的影响，亟需发展一种简便、无创、准确的病理类型诊断新方法。我们用代谢组学方法分析了4类原发性慢性肾小球肾炎(FSGS、IgAN、MN、MCD)患者和健康人尿液的代谢模式，结果表明：1)慢性肾小球肾炎患者的代谢紊乱特征表现为能量代谢和蛋白质合成代谢下降，肌酸代谢和三甲胺代谢上调，烟酸烟酰胺代谢紊乱和肠道菌群生态受到破坏。2)4类慢性肾小球肾炎各自具有独特的代谢特征，可辅助诊断病理类型。3)由尿液1H NMR数据构建的OPLS-DA预测模型，结合4种病理类型各自代谢特征和临床表现，有望开发出一种简便、无创、准确的诊断慢性肾小球肾炎病理类型的新方法。