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脓毒症（Sepsis）是“机体对感染的反应失调,进一步导致危及生命的器官功能障碍”。目前,由于脓毒症没有临床诊断的金标准,只能通过疑似感染患者的一系列临床症状和评分来识别,给脓毒症病人的诊断、治疗以及相关的研究均造成了不小的阻碍。本研究基于UPLC-Q-TOF/MS技术的非靶向代谢组学,研究重症监护室中脓毒症患者和非脓毒症患者血浆和尿液的代谢谱差异,筛选、鉴定出了两组之间64个潜在生物标志物,与脓毒症患者体内代谢通路的改变相关。利用二元Logistic回归寻找传统生理指标和潜在生物标志物中的危险因素,基于这些危险因素,建立Lasso回归预测模型评估它们的诊断能力,并进行了验证。根据脓毒症病人是否发生休克,将脓毒症病人分成脓毒症休克组和未休克组2个亚组,研究脓毒症休克组和未休克组患者之间的代谢谱差异,寻找可以区分脓毒症休克组和未休克组的潜在生物标志物。根据脓毒症病人的抗生素使用情况分成对照组和万古霉素组,通过代谢组学建立适当的实验流程,寻找可以评估万古霉素疗效的生物标志物。并基于该流程采用同样的代谢组学方法在葡聚糖硫酸钠诱导小鼠UC模型中寻找可以评估美沙拉嗪效的生物标志物,以验证该实验流程的可行性,帮助医生更加合理的使用药物。研究内容和结果:（1）收集记录重症监护室中脓毒症和对照组患者的基本信息和生理指标,评估病人的临床评分。结果表明,两组间年龄、性别比例、住院时间和重症监护室时长均没有显著性差异;在常见的生理指标中,呼吸频率、肺泡—动脉氧分压差、C-反应蛋白和降钙素原在脓毒症组中明显上升,Ca2+和p H在脓毒症组中明显下降,说明脓毒症组出现呼吸窘迫综合征、酸中毒、低钙血症和炎症。脓毒症组的急性生理学及慢性健康状况评分（APACHE-Ⅱscore）明显高于对照组,说明脓毒症组的病情与对照组相比较重,预后较差。基于UPLC-Q-TOF/MS技术研究了脓毒症患者的血浆代谢组学和脂质组学以及尿液的代谢组学,从血浆和尿液中分别筛选出了55个血浆潜在生物标志物和11个尿液潜在生物标志物,潜在生物标志物涉及7条代谢通路,其中色氨酸代谢和甘油磷脂代谢受脓毒症的影响最大。（2）利用二元Logistic回归进行分析,在传统生理指标中发现了5个脓毒症的危险因素,在潜在生物标志物中发现了10个脓毒症的危险因素,并研究了它们之间的相关性。基于这些危险因素,分别建立了Lasso回归模型来评估他们的诊断能力。在Lasso回归预测模型中,传统生理指标的Lasso回归模型的AUC值是0.968,95%CI是0.934-1.000,敏感性是80.6%,特异性是100%。潜在生物标志物的Lasso回归模型的AUC值是0.986,95%CI是0.963-1.000,敏感性是100%,特异性是93.3%。潜在生物标志物比传统生理指标的Lasso回归预测模型具备更好的诊断能力。为了进一步增加模型的诊断能力,我们结合传统生理指标和潜在生物标志物建立Lasso回归预测模型,该Lasso回归模型的AUC值是1.000,95%CI是1.000-1.000,敏感性是100%,特异性是100%,优于传统生理指标和潜在生物标志物各自建立结合的Lasso回归模型。最后,经过多次组内验证,发现传统生理指标与潜在生物标志物结合的Lasso回归模型训练集和测试集的AUC均>0.95,说明该预测模型比较可靠。（3）根据脓毒症病人是否发生休克,将脓毒症病人分成休克组和未休克组2个亚组进行研究。收集记录的脓毒症患者信息,对比两组间基本信息、生理指标和临床评分变化。结果表明,在休克组生理指标中,肺泡—动脉氧分压明显高于未休克组,休克组的临床评分q SOFA、SOFA和APACHE-Ⅱ显著高于未休克组,说明脓毒症休克组的病情和预后情况比未休克组差,由于出现休克,脓毒症休克组的格拉斯哥昏迷指数显著低于未休克组。在血浆代谢组学中发现了差异代谢物PE-Cer（d16:1（4E）/19:0）在非休克组显著高于休克组,该代谢物与q SOFA评分显著相关（P<0.05）。通过ROC分析,PE-Cer（d16:1（4E）/19:0）的AUC值是0.9471,95%CI是0.8613-1.000,敏感性是100%,特异性是90.48%,可以用于预测脓毒症休克。（4）根据脓毒症病人的抗生素使用情况分成对照组和万古霉素组,记录生理指标和临床评分,通过尿液代谢组学建立适当的实验流程,寻找可以评估万古霉素疗效的生物标志物。在万古霉素组中尿素和APACHE-Ⅱ相对于对照组显著上升,该现象说明万古霉素组的病情更加严重。虽然未能找到可以评估万古霉素疗效的生物标志物,但是建立了通过代谢组寻找炎症性疾病药物疗效生物标志物的实验流程,并基于该流程采用同样的代谢组学方法在葡聚糖硫酸钠诱导小鼠UC模型中找到4个可以评估美沙拉嗪治疗溃疡性结肠炎疗效的生物标志物。说明该实验流程具备可行性,未来可能可以通过代谢组学寻找更多炎症性疾病的药物疗效生物标志物,帮助医生更加合理的使用药物。总结和展望:本文基于代谢组学找出脓毒症组和对照组之间的潜在生物标志物,并利用Lasso回归模型结合传统生理指标在现有基础上大大提高了对脓毒症的诊断能力。对脓毒症休克组和未休克组2个亚组进行的代谢组学找到了具备较好的诊断能力的潜在生物标志物PE-Cer（d16:1（4E）/19:0）。最后建立了通过代谢组寻找炎症性疾病药物疗效生物标志物的实验流程,验证后发现该实验流程具备可行性。但本课题纳入的研究对象偏少,未来应该进行更大规模的实验以进一步验证脓毒症的潜在生物标志物。在亚组研究中,未来可以扩大实验规模,延长观察时间,收集更多时间点的样品,以期寻找到合适的生物标志物诊断脓毒症休克。对于代谢组学寻找炎症性疾病药物疗效生物标志物的实验流程,未来可以收集更多炎症性疾病的相关样品以进一步验证该实验流程,寻找更多炎症性疾病的药物疗效生物标志物。