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全氟和多氟烷基类化合物（Perfluoroalkyl and Polyfluoroalkyl Substances,PFASs）是一类高生物蓄积性,多毒性终点的新型持久性有机污染物（Persistent Organic Pollutants,POPs）。全氟辛酸（Perfluorooctanoic acid,PFOA）与全氟辛烷磺酸（Perfluorooctane sulfonate,PFOS）是两种全球生产量与使用量最大PFASs,广泛存在于水体,大气,土壤及沉积物中,可被人体通过多途径摄入。已有的报道显示,PFOA与PFOS被生物摄入后,可以引发多器官毒性,致癌等多种类型的毒性。高通量筛选技术（High-throughput screening,HTS）替代传统毒性测试,让对包括PFASs在内的化学物质的毒性研究重点从“描述性”的动物试验转向以“预测性”毒性通路为重点的靶向高通量体外测试。现有的关于PFOA与PFOS毒性的研究存在以下问题:（1）如何将HTS提供的大量分子机制数据外推到个体水平;（2）只检测个别典型的生物事件,缺乏对PFOA与PFOS的全面生物效应研究;（3）仅对PFOA与PFOS少量的剂量-效应或高剂量毒性研究,缺乏低浓度全剂量-效应研究。组学技术可一次性测试PFASs扰动下的多个分子生物效应,而有害结局路径（Adverse outcome pathway,AOP）可将这些分子水平的启动事件（Molecular initiating events,MIEs）与个体水平有害结局（Adverse outcomes,AOs）建立关联。本研究通过（1）基于AOP,联合Tox Cast体外测试数据,构建化学物质的毒性预测方法,结合Pub Chem数据库对该方法进行评估,并使用该方法对PFOA与PFOS的致毒通路进行预测。（2）使用剂量-效应人类简化转录组（Reduced human transcriptome,RHT）,对PFOA与PFOS在通路水平的生物效应进行识别并对其致毒通路进行预测。（3）通过CRISPR-Cas9功能基因组筛选技术获取PFOA与PFOS引发细胞脂质积聚的关键分子机制。主要的研究内容与结果如下:（1）建立了联合AOP与Tox Cast体外测试数据的化学物质毒性预测方法,并使用该方法对PFOA与PFOS进行潜在致毒通路的预测。首先使用101个化学物质建立并验证毒性预测方法,结果显示,101种化学物质共可潜在引发58个AOs,共覆盖11个毒性类型。其中,致癌/遗传毒性,生殖毒性与消化系统毒性的真阳性预测率（True positive rate,TPR）均超过了70%,而神经毒性与呼吸系统毒性的TPR均低于30%。不同毒性类型的TPR与AOP知识库中该毒性类型的AOPs,MIEs,体外测试的数量,及化学物质体外测试数量呈显著正相关（p＜0.02）。PFOA可潜在诱导9个MIEs,共引发9个AOs（共参与12条AOPs）,覆盖5种毒性类型,TPR为36.36%。PFOS可潜在诱导37个MIEs,可引发40个AOs（共参与61条AOPs）,共覆盖11个类型的毒性,TPR为100%。此次预测结果还显示PPARα是PFASs引发肝脏毒性,消化系统癌症及雄性生殖毒性的潜在关键因子。上述结果表明,联合体外生物测试,AOP框架有潜力实现批量化学物质的毒性预测,对PFOS毒性预测准确性强于PFOA,PFOS比PFOA更有潜力通过多种致毒通路引发多种类型的毒性。（2）使用剂量效应的RHT技术对PFOA与PFOS的通路水平的全生物效应进行识别,可弥补因Tox Cast数据库内覆盖的生物靶点有限而无法完全预测PFOA与PFOS致毒通路的不足。结果表明,PFOS引发Hep G2细胞毒性,干扰生物学通路及基因本体（Gene ontology,GO）的效力均高于PFOA,毒性起始点（Point of departure,POD）值相差超过0.5个数量级（μM）。RHT识别到PFOA与PFOS分别响应104与114个生物事件（Key events,KEs）,在数量及毒性类型覆盖上优于体外测试数据预测结果。PFOA与PFOS诱导的低暴露剂量KEs与血管发育,脂肪酸代谢,细胞增殖有关,可能会引发心血管发育异常,肥胖与肿瘤等有害结局。以上结果表明,相比于体外测试数据直接预测PFASs可诱导的MIEs,基于RHT能识别到两种PFASs有响应的普通KEs与AOs,可以为毒性通路的预测提供更多生物水平的证据。（3）CRISPR-Cas9功能基因组可挖掘PFOA与PFOS关键致毒通路的新分子机制。RHT可全面识别两种PFASs的通路水平生物效应,但却无法获得更多的新分子机制信息。使用CRISPR-Cas9功能基因组筛选结果显示,PFOA与PFOS共同富集到的抗性基因主要与癌症,信号传导,炎症,类固醇合成及钙信号传导过程有关。而PFOA特异性显著（p＜0.05）富集的抗性基因主要与癌症,免疫,脂质代谢,心血管疾病相关,PFOS特异性显著（p＜0.05）富集的抗性基因主要与信号传导,甲状腺素合成,神经发育,脂质代谢及心肌收缩异常有关。此次筛选识别到两种PFASs引发细胞脂质积聚的新机制,即通过诱导NUDT7基因表达的下调,促进Hep G2细胞的甘油三酯及胆固醇的含量上升。上述结果表明,CRISPR-Cas9功能基因组可以识别PFASs的关键致毒的新分子机制,联合AOP可对该新分子机制所依赖的致毒通路进行预测。基于Tox Cast体外测试数据,可以通过识别两种PFASs潜在有活性的MIEs预测致毒通路,但由于Tox Cast体外测试覆盖生物靶点有限,而无法对致毒通路进行全面预测。RHT技术可以全面识别PFASs的通路水平生物效应,通过识别有响应的KEs或AOs,为PFASs的致毒通路提供更高生物水平的证据与剂量效应关系。CRISPR-Cas9功能基因筛选技术可以挖掘两种PFASs的关键致毒通路新分子机制,结合AOP可预测该新分子机制依赖的致毒通路。综上,联合多组学技术与AOP,可以全面识别与表征PFOA与PFOS的致毒通路,为将来更多PFASs致毒通路的预测研究提供新方法。