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尽管现代临床研究和基础医学飞速发展，抗癌药物的研发和应用却依然是人们亟需解决的最大难题之一，并且从未走出科学和社会的焦点。对抗癌药物作用机制和代谢通路的详细剖析，不仅能对已有药物的机理和毒副作用进行解释、为新药的设计提供理论依据，更在临床实践中有着至关重要的指导意义。核酸和蛋白质是绝大多数抗癌药物的作用靶标，而药物的代谢路径则指示药物的整体生物学作用构架。因此，对核酸、蛋白质和代谢通路的研究，共同构成了研究抗癌药物作用机制的整体思路。 从分析方法角度而言，传统的分析技术在不同程度上受到灵敏度、样品量、样品制备过程复杂和定性定量不能兼得等限制，在复杂的生物体系分析中更易受到干扰。因此，这些技术并不符合高通量、高灵敏、高特异的分析要求。质谱(MS)及其与色谱的联用技术是近年发展起来的高效、灵敏、高信息量的分离分析技术，结合了色谱的高效分离能力和MS高灵敏的定性定量能力，常常无需样品衍生，即可获得比其它方法更全面而稳定的信息。但由于药物机理研究涉和问题的复杂性，MS在该领域的应用也并非坦途。到目前为止，仍存在大量技术问题需要解决，其应用潜力尚待进一步开发。 本课题旨在探讨基于MS技术的抗癌药物作用机理研究新方法和新思路，以克服现有不足、解决关键问题。以MS和其与色谱的联用技术为分析手段，以抗癌药物对细胞的作用为分析对象，分别在核酸、蛋白质、代谢组三个水平上，从方法学上考察MS技术在药物机理研究领域的新思路和新应用。本文涉和的模型药物主要包括成熟的铂类抗癌药物——卡铂，以和两个潜在的药物——N-(Methoxyoxoacetyl)-glycine methyl ester(DMOG)和2-(1-chloro-4-hydroxyisoquino-line-3-carboxamido) acetic acid(FG2216)。研究内容包括抗癌药物-脱氧核糖核酸(DNA)相互作用、抗癌药物对蛋白质翻译后修饰的影响，以和抗癌药物作用于细胞后的线粒体代谢组学分析三个方面。主要内容和研究结果包括: （一）DNA水平:药物-DNA相互作用及动力学（本文第二章） 本部分工作以卡铂为研究对象，探讨MS及其与色谱的联用技术在药物与DNA作用分析中的应用。针对铂类药物分析灵敏度低、选择性弱等问题，作者发展了快速、高效的液相色谱-质谱联用(LC-MS)及毛细管电泳-质谱联用(CE-MS)方法，方法的可操作性、选择性及普适性等问题得到较好解决，并可对一些文献中鲜有报道的作用产物进行深入剖析。此外，还可实现对药物-DNA反应动力学的测定。这些方法稳定、灵敏、无须样品衍生、定性定量准确，简单、高通量，克服了传统方法在DNA分析领域的常见问题，使MS技术在该领域的应用灵活度和应用价值得以提升。 （二）蛋白质水平:药物对核糖体蛋白质翻译后修饰的影响（本文第三章） 本部分工作以两种潜在的抗癌药物——DMOG和FG2216为研究对象，从翻译后修饰蛋白组学的角度，探讨MS在药物作用机理中的应用。我们以药物对核糖体蛋白的翻译后修饰的影响为研究重点，针对DMOG/FG2216体系建立起囊括新型、有效的蛋白纯化分离和稳定同位素氨基酸标记系统的蛋白组学方法，实现了酶作用位点的确定、羟基化水平的定量、药物对羟基化的影响和合理的生物学解释。该方法解决了样品丰度极低、样品基质复杂、分离纯化困难等问题，并通过与其他生物学实验的结合，阐明了两种药物在分子水平上的作用机制，即，二者通过抑制核糖体小亚基23号蛋白(rpS23)上的第62位脯氨酸的羟基化发挥抑制细胞生长的作用(P62)。此外，本工作建立的基于LC的核糖体蛋白分离纯化方法为蛋白质纯化提供了一个新思路。 （三）代谢水平:药物作用下的线粒体代谢轮廓（本文第四章） 本部分工作以卡铂为研究对象，试图从代谢水平上，自下而上地研究抗癌药物的作用机制，并探索MS在此研究过程中的应用。我们针对经卡铂处理后，细胞发生衰老这一生物学现象，建立起细胞线粒体的LC-MS的代谢组学分析方法，成功将MS应用于线粒体代谢组的分析中，并用于对药物导致的衰老现象的生物学解释。通过对代谢通路的推测和代谢网络的构建，解释了药物致衰老的机理。 总之，通过分析问题的特点和研究对象的结构、灵活利用MS的优势，可从各个不同的生物学层面上对问题进行解答。本文通过对几种典型的抗癌药物的作用机理研究，证明了MS及其与色谱的联用技术在DNA加合物高效检出、动力学常数快速测定、高效蛋白富集纯化、核糖体翻译后修饰蛋白组学、线粒体代谢轮廓分析等领域的有效性和优势，同时也为相关研究提供了方法学依据，在临床研究和药物开发中将有很好的应用价值。