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四氯化碳(CCl4)是一种模型肝毒素，其肝毒性机制研究较全面并已比较清楚。但目前还未见关于CCl4处理后除肝脏外其他器官(如：肾脏、肺脏和脾脏)广泛代谢变化的报道，而这对理解CCl4对其他器官毒性的分子机制很重要。目前也还没有关于CCl4处理对宿主与肠道微生物共代谢影响的报道，而这对理解肠道微生物与毒素毒性的关系很重要。另外，有关预防剂对CCl4毒性干预作用的研究已比较丰富，如两种常用的化学预防剂阿魏酸(FA)和槲皮素(Q)，但目前还未见有关其经由饲料途径对CCl4毒性干预作用的研究，而此种情况下FA和Q是以其天然状态发挥作用。基于核磁共振(NMR)的代谢组学方法是研究上述问题的有效手段。然而，在尿液代谢组NMR分析中，不同样品间同一代谢物的化学位移偏差常常存在，这会对后续的多变量数据分析及相关生物学意义解释产生不利影响。 为此，本论文首先发展了尿液代谢组NMR分析中的样品配制方法，用来消除样品间的代谢物化学位移偏差；在此基础上，本论文利用基于NMR的代谢组学研究方法，对CCl4诱导的大鼠急性损伤模型中大鼠体液(血浆和尿液)、脏器(肝脏、肾脏、肺脏和脾脏)组织及粪样中代谢物组成(即代谢组)的变化进行了较为系统的研究，并研究了饲料中给予的FA和Q对该模型的干预作用。 首先，本论文研究了尿液代谢组NMR分析中可消除样品间代谢物化学位移偏差的样品配制方法。通过测定大鼠、小鼠和人类尿液中的钙镁离子含量，发现不同样品间钙镁离子浓度差异比较大，并会使柠檬酸等代谢物的化学位移出现较大偏差。接着发现，此种钙镁离子的影响可通过在加入磷酸盐缓冲液之前利用氟化钾(KF)沉淀或乙二胺四乙酸三钾盐(K3EDTA)络合的办法来消除，并且这两种方法对样品pH及NMR检测灵敏度都没有太大影响。然后通过仔细的优化和系统的验证，本论文提出了两种适用于高通量的基于NMR的代谢组学研究的样品配制方法，即依次用KF、全氘代K3EDTA(K3EDTA-d12)和磷酸盐缓冲液或依次用K3EDTA-d12和磷酸盐缓冲液对样品进行处理，不过对于不同哺乳动物的尿液，这些添加物的相对量是不同的。结果表明，这两种方法可显著减小柠檬酸等代谢物的化学位移标准偏差(≤1.5Hz)，使一些重叠的信号得以分辨，并使缓冲液的缓冲能力得以保持，避免了后续多变量数据分析时的谱峰校正。此外，KF的加入具有额外的防腐作用，而K3EDTA-d12的使用还可测定尿液中金属离子的含量。 其次，本论文通过给大鼠单次腹腔注射CCl4(1mL/kg体重)建立了大鼠急性损伤模型，利用血清生化检测和肝脏组织病理学检查表征了该模型的有效性，利用基于NMR的代谢组学方法研究了CCl4处理后24小时和168小时大鼠血浆和肝脏组织的代谢组变化。研究结果发现，在CCl4处理后24小时，大鼠血浆和肝脏组织代谢组均发生了显著改变，氨基酸代谢、能量代谢、脂质代谢和核苷酸代谢均受到影响，如：CCl4处理使蛋白质合成受损，使氨基酸由坏死的肝细胞向血流中释放，使尿素循环受到剧烈影响，使肝脏线粒体受损并使三羧酸循环发生紊乱，使无氧糖酵解得到促进并使葡萄糖异生作用受损，使肝脏中甘油三酯的合成增加并使其由肝脏向血液的分泌受损，引起氧化应激和脂质过氧化，并使嘌呤、嘧啶核苷酸的分解代谢增加。而CCl4产生的上述影响在168小时后已基本恢复。另外还发现大鼠对CCl4处理后的反应存在较大的个体差异性。本研究为经典肝毒素CCl4补充了重要的代谢数据，并为其他肝毒素的代谢组学研究提供了有益的参考。 再次，本论文结合组织病理学检查，研究了急性CCl4处理对大鼠肾脏、肺脏和脾脏代谢组的影响，发现在CCl4处理后24小时，这3种组织在病理学水平上仅发生了轻度改变，但其代谢组均发生了显著变化。这些变化表明，急性CCl4处理在大鼠肾脏、肺脏及脾脏中产生氧化应激，使肾脏的代谢和渗透功能发生改变，使肾脏及脾脏中核苷酸的分解代谢增加，使肺脏中蛋白质的分解代谢增加，使肺脏及脾脏中的糖酵解增加和/或葡萄糖异生作用下降。CCl4处理产生的上述影响很可能来自于其代谢活化所产生的自由基。本论文研究结果表明，CCl4对大鼠的多脏器有系统性的毒性。 之外，本论文研究了CCl4处理后不同时间段大鼠尿液及粪样代谢组的动态变化。结果表明，急性CCl4处理引起宿主蛋白质合成减少、氨基酸由受损的肝细胞向体液中释放、三羧酸循环受阻、糖酵解的促进和核苷酸降解的增加等。另外急性CCl4处理还可能对肠道微生物产生影响，从而可能导致糖类发酵受损、氨基戊酸梭菌受到影响、胆汁酸的分解受到影响、小肠对氨基酸的吸收不良、胆碱代谢发生异常及糖酵解的增加等后果。而CCl4产生的上述影响在168小时后已基本恢复。本论文为模型肝毒素CCl4对大鼠自身代谢的影响补充了重要数据，并为CCl4处理对共生肠道微生物影响的研究提供了重要的参考。 最后，本论文研究了饲料中FA和Q预处理对CCl4诱导的大鼠急性损伤模型的影响，结合临床生化和组织病理研究了FA和Q预处理对该模型中大鼠体液(血浆及尿液)、组织(肝脏、肾脏、肺脏和脾脏)和粪样代谢组变化的影响及其机制。研究发现，正常大鼠食用添加FA或Q的饲料1-5天后，其三羧酸循环、肠道菌群、氨基酸代谢和核苷酸代谢均受到影响。但FA和Q预处理对CCl4处理大鼠代谢表型的影响很有限，这可能源于FA和Q预处理对大鼠机体抗氧化水平的提高。本研究为饲料中添加的FA和Q对正常大鼠的影响及FA和Q预处理对CCl4处理大鼠的影响提供了重要的代谢组学信息。 综上所述，本论文建立了两种用于基于NMR代谢组学研究中的可减小二价阳离子所致化学位移偏差的样品配制方法。在此基础上，本论文还为急性CCl4处理对大鼠体液、组织及肠道微生物代谢表型的影响及饲料中FA或Q预处理对上述CCl4所产生影响的干预作用提供了较为系统的代谢组学信息。