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目的:本研究建立基于UHPLC-Q-TOF-MS技术的非靶向代谢组学研究平台,对炭黑纳米颗粒（CBNPs）染毒后对大鼠/肺癌细胞的内源性代谢物进行分析,以寻找由CBNPs暴露引起的潜在的生物标志物,并阐释相关的代谢通路,探索其作用机制。方法:在体内研究中,首先将18只健康雄性SD大鼠随机分成3组:CBNPs染毒组,恢复组和空白对照组,其中染毒组大鼠通过口鼻暴露方式给予CBNPs。染毒结束后,采集大鼠血液,获得的血清样本。取100μL,加入3倍量乙腈,经涡旋等操作得到体内内源性物质分析样本。采用液质联用技术,在ESI源下,应用质谱全扫描同时启动信息依赖采集（IDA）进行内源性代谢物的在线数据获取。质谱原始数据首先导入QI软件中,进行峰对齐,解卷积和加合离子的筛选。在体外研究中,首先用不同浓度的CBNPs处理肺癌A549细胞,采用细胞计数试剂盒-8（CCK-8）在双波长条件下评估它对细胞的毒性。确定的IC50值可用于进一步的机制研究,即将A549细胞暴露在70μg/mL的CBNPs 48 h后,得到体外内源性物质分析样本。该样本使用UHPLC-Q-TOF-MS/MS联合SWATHTM技术进行在线数据采集。得到的LC-MS原始数据采用MarkerView中的重要数据挖掘工具进行进行峰值检测,峰对齐和归一化,并采t检验进行显著性分析。同时利用PCVG过滤技术排除LC-MS峰谱中无关变量组的干扰。体内和体外获得的标准化的数据导入到SPSS Statistics 21软件中（IBM,USA）进行t检验并得到P值。与此同时,数据被导入到SIMCA-P 14.0软件中（Umetrics,Uppsala,Sweden）进行多重数据分析,采用有监督性的多重数据分析OPLS-DA得到VIP值。同时满足P<0.05和VIP>1的代谢物被视为差异代谢物。通过HMDB数据库（http://www.hmdb.ca）和Metlin数据库（http://metlin.scripps.edu）匹配后得到潜在的生物标志物。最后通过在线平台MetaboAnalyst 4.0（http://www.metaboanalyst.ca）和KEGG在线数据库（http://www.genome.jp/kegg）分别进行通路富集分析和代谢通路的筛选。结果:经过多元统计分析,在大鼠血清中共鉴定出39个潜在生物标志物。主要干扰的代谢通路包括:激素代谢、氨基酸代谢、核苷酸代谢和脂质代谢。在肺癌细胞A549干扰实验中鉴定出了32个潜在的生物标志物,所涉及到的代谢通路主要有:能量代谢、氨基酸代谢和脂质代谢。值得注意的是体内实验表明长期接触CBNPs可能会使患不孕症风险增加。结论:在这项研究中,首次采用UHPLC-Triple-TOF-MS/MS结合IDA全扫描数据采集技术和新型SWATH数据采集技术开发了实用的非靶向代谢组学方法,分析了CBNPs对大鼠和肺癌细胞的代谢影响。最终找出与CBNPs暴露相关的潜在生物标志物和相关的代谢途径。这些重要途径可能是CBNPs毒性中的关键分子事件。这些研究成果为进一步解释炭黑纳米颗粒的毒性产生的生物学机制和恢复机制提供数据,也为其他纳米材料的毒性研究提供新的分析方法。