定量蛋白质组学研究的一个重要方向，除了蛋白质组学定量新技术新方法的研究和开发之外，是如何把定量蛋白质组学技术灵活巧妙地运用到生命体或细胞中蛋白质的功能及其动态变化和调控研究，为探索蛋白质组及其动态变化与生命活动规律以及疾病发生、发展的之间的关系，阐明发病机制以及寻找相应的治疗手段提供重要的技术支撑。同位素标记的蛋白质相对和绝对定量技术(isobaric tagging for multiplexed relative and absolute protein quantitation, iTRAQ)是一种简单、精确和有效的基于体外标记的定量蛋白质组学技术，可实现同时对4-8到种不同生物样本中的蛋白质组进行定量比较，尤其适用于不同时段或者不同状态的多样本间的定量蛋白质组的比较分析。　　因此，本论文的第一部分主要是利用基于iTRAQ的定量蛋白质组学技术，系统分析了小鼠精子发育过程中的4个不同时期精子细胞（包括精原细胞，粗线期精母细胞、圆形精子细胞和延长精子细胞）蛋白质组的动态变化，成功鉴定和定量分析了2008个蛋白质。其中的1462个蛋白质显示在精子发生过程的不同阶段有动态变化。为了进一步探析小鼠精子发生过程，我们在这套精子发生过程的定量蛋白质组学数据基础上，收集了与小鼠精子发生缺陷相关的500多个基因，并利用蛋白质-蛋白质相互作用、网络拓扑分析、蛋白质功能模块挖掘等生物信息学技术手段系统分析了精子细胞蛋白质组的表达模式、关键网络节点、通路的动态变化，重要的蛋白质功能模块，以及精子发生缺陷相关及发生分子网络及其在精子发育过程中的演替规律。结果显示，根据表达模式不同，可将精子发生过程的差异表达蛋白质分成主要分布在9种不同的表达模式组，且每种表达模式组中的蛋白质功能关联性强，可形成特定的功能模块，执行特定的生物学功能。我们发现了精子发生相关分子网络的32个关键的网络节点，这些蛋白质节点具有一定的动态变化特性，特别是在减数分裂后时期有显著的动态变化。我们还发现生殖障碍相关基因的倾向于在睾丸中特异表达，而且在粗线期精母细胞和圆形精子细胞中高表达。这些结果对寻找精子发生过程的关键调控蛋白质，及对生殖障碍疾病的研究具有重要的意义。　　磷脂酰肌醇磷酸(phosphoinositides)是磷脂酰肌醇的磷酸化衍生物。根据肌醇上羟基磷酸化数目不同可以将磷脂酰肌醇磷酸分为三大类，包括磷脂酰肌醇一磷酸(PtdInsP)，磷脂酰肌醇二磷酸(PtdInsP2)和磷脂酰肌醇三磷酸(PtdInsP3)。磷脂酰肌醇磷酸不仅是细胞膜的重要组成成分，也广泛参与调节多种生命活动过程，包括能量转换、物质运输、信息识别与传递、细胞发育和分化，以及细胞凋亡等。磷脂的异常代谢与动脉硬化症、糖尿病、肥胖症、Alzheimer病以及肿瘤发生也密切相关。因此，系统性、规模性地研究磷脂分子在不同生理或病理状态下相对量的动态变化分析，对揭示磷脂代谢与细胞、器官乃至机体的生理、病理过程之间的关系及其分子机理，进而发掘与疾病发生相关的重要生物标记物，促进疾病的早期诊断和治疗具有重要的意义。　　近年来，基于生物质谱的定量分析技术因其高灵敏度、高分辨率、高准确性和高通量性等特点，已经成为磷脂酰肌醇磷酸定量分析的主要工具。然而，目前不同样本磷脂分子的质谱鉴定和定量通常是分开分析，然后通过内标进行参比或定量，具有一定的局限性。例如，目前商品化的磷脂内标不仅价格昂贵，种类有限，而且由于磷脂分子含有不饱和双键，容易氧化，其保存有一定的限制。磷脂分子的电离化效率也容易受到不同时间离子喷雾稳定性、脂肪酸链长度和不饱和度对离子效率的影响等不同因素的影响，从而可能导致质谱定量的时候引入一定的误差。因此，本研究第二部分主要介绍我们新发展的一种基于稳定同位素标记和化学衍生的磷脂酰肌醇磷酸定性和定量脂质组学技术方法。该方法结合基于DAG+-特异的多重前体离子扫描的(DAG+-specific MPIS)生物质谱检测策略，可实现在同一次质谱分析中对两个生物样本中的PtdInsP，PtdInsP2和PtdInsP3分子进行快速、灵敏的鉴定和定量比较分析。我们将该方法应用于牛脑磷脂酰肌醇磷酸提取物的检测，并成功鉴定了32个PtdIns，28个PtdInsP,30个PtdInsP2和3个PtdInsP3。根据我们掌握的文献报道，这是到目前为止从哺乳动物大脑中所获得的磷脂酰肌醇及其磷酸衍生物最大的数据集。将培养的PC-3细胞分成几个等分，并按照一定的比例分别提取磷脂酰肌醇磷酸进行轻、重同位素标记。结果显示，结合稳定同位素标记，DAG+-specific MPIS策略可以在不需要内标的情况下，对PtdInsP3，PtdInsP2，PtdInsP和PtdIns分析进行同步、准确地相对定量分析，平均CV为15.3％。　　以上结果表明，基于稳定同位素标记的磷脂酰肌醇磷酸定量脂质组学技术不仅快速、简单和灵敏，也具有其他方法所不具备的优点，为磷脂酰肌醇磷酸分子的快速、灵敏的鉴定和定量比较分析提供了廉价而又重要的工具。