在基因治疗的过程中,病毒载体和非病毒载体作为两大转载工具被广泛运用。但是由于病毒载体具有较高的细胞毒性以及其他缺陷,它的使用已经越来越受到实际条件的限制。此时,阳离子脂质体（cationic liposomes,CLs）,作为最有发展前景的非病毒载体逐渐被重视。CLs作为一种常用的非病毒载体,可用来输送基因或药物分子进入细胞,是一种具有巨大临床应用潜力的纳米载体。由于其能够反复、多次运用于转染实验,表面不含有抗原反应成分并且可以携带转染的外源性基因的容量大等优势,近年来在医学研究方向得到了快速的发展。但是,也有部分研究人员从另一方面指出,尽管CLs已经具备了多种优势,但是仍然无法避免细胞毒性现象的出现。尽管多年来研究人员致力于优化CLs的制备方法以及结构改良,但是都无法避免的存在一定的细胞毒性问题。由于脂质体粒径较小,进入生物体后,靶向聚集于肝脏等体内器官,引起炎症等不良反应以及毒副作用,更可惜的是,尽管CLs的毒性现象很早就被察觉,到目前为止,很多文献也仅报道了CLs出现细胞毒性的现象以及部分作用机制,对于CLs产生毒性的深层次研究并没有十分透彻。因此,想要在纳米毒理学方面获得全部的、准确的生物信息是我们目前研究面临的最大挑战,这也在一定程度上阻碍了CLs的临床应用。有研究指出,CLs具有较高的细胞膜活性,在进入机体穿过生物膜后,会影响细胞膜和细胞器膜的完整性和功能,引起毒性反应。本文通过整合多种系统生物学方法,构建CLs造成细胞毒性的蛋白-代谢层面分子网络机制图,用以阐述CLs细胞毒性的潜在机制。用于研究CLs毒性机制的细胞模型较多,但鉴于人体内摄入和产生的绝大多数化合物的代谢和清除主要经过肝脏,而肝脏也因此被公认是药物和纳米颗粒进行代谢的主要场所;同时,100-200nm范围内的纳米颗粒主要优先沉积于肝脏,肝细胞株作为机体致癌性和肝毒性有关研究的主要模型广泛应用于各类细胞毒性试验,也是大多数纳米载体作用的靶细胞。因此,本实验也选用人正常肝细胞L02作为靶向分析的对象进行后续研究。薄膜分散法因为操作简便、对仪器精密度要求不高而且操作方便等优势被广泛运用于制备过程中。本课题采用薄膜分散法制备出了一批物理特征明显、性质稳定的CLs,通过CCK-8实验我们计算得到这批CLs的半数致死量(IC₅₀值),并以1/2 IC₅₀值作为后期实验组给药剂量。再利用多组学技术平台对L02细胞内物质进行全面分析和检测。通过对特定研究对象内全部的蛋白质的表达水平以及翻译过程进行探索和研究的方法就叫做蛋白质组学（Proteomics）。某一细胞或者组织内全部的蛋白、特定时间或条件生物体内全部的蛋白都可以作为蛋白质组学的研究对象,并可采取不同特性的技术平台对其进行定性、定量或者功能性分析研究。其中,同位素标记相对和绝对定量（Isobaric Tags for Relative and Absolute Quantitation,iTRAQ）,是最近几年来建立起来的一种具有较多优势的蛋白质组学定性、定量检测技术。iTRAQ方法对于实验样品的选择性较低,无论是复杂样品、单一体液还是特殊成分的蛋白质鉴定分析都具有一定的精确性和准确性。代谢组学所研究的对象主要是某一特定时间下生物体内全部的、分子量小于1000的代谢物,通过对基因、蛋白下游的这些代谢物进行分析,不仅能够直观展示出生物体内发生的改变,也可用于探索外界刺激或药物对于机体的相互作用以及作用机制。其中,液质联用技术对测试样品的适应性非常好,而且还具备较高的精确性和灵敏度,因此被广泛应用于代谢组学研究中。通过对实验数据的深入挖掘,我们一共筛选出65个差异代谢物和368个差异蛋白质。再借助各类组学数据分析软件我们对寻找到的差异代谢物和差异蛋白质进行了整合分析,构建出CLs导致细胞毒性的蛋白-代谢整体网络机制图。随后,本实验利用了蛋白免疫印迹方法对前期聚焦寻找到的核心差异蛋白进行分析验证。根据免疫印迹试验数据结果,我们发现这些差异蛋白的含量变化趋势与iTRAQ数据完全一致。总而言之,本实验采用的基于iTRAQ技术的蛋白质组学方法用于分析CLs纳米粒细胞毒性机制具有准确性和适用性。本研究表明,单一的组学分析方法只能给出部分层面的信息,将多种组学技术结合进行研究是必需而可行的。因此本文选用的多组学技术整合策略方法能够进一步全面的探索CLs导致细胞毒性的潜在机制。