该博士论文由相对独立的两部分工作组成。第一部分肺发育增殖基因与肺腺癌和肺鳞癌的预后相关性分析背景:肿瘤发生与胚胎发育之间的联系已经有许多深入研究,肿瘤发生与胚胎发育之间有明显的相似性。多项研究表明,肿瘤与胚胎发育在基因表达水平上存在相关性,并且胚胎发育的基因表达与多种肿瘤的临床特征之间都存在一定的联系。利用基因表达谱芯片技术寻找胚胎发育与肿瘤之间的关系具有重要的临床和科研价值。实验室前期从全胚胎、早期胚胎肺、中期胚胎肺、成熟肺四个连续阶段的肺发育组织中得到了 213个表达逐渐下降的增殖相关基因(命名为PTN1基因)。这组增殖基因在肺发育过程中表达逐渐下降,而在肺腺癌组织中表达逐渐升高,且其升高程度与肺腺癌患者的预后显著相关。目的:探索肺发育相关基因与肺腺癌和肺鳞癌患者预后的相关性,并揭示产生相关性的生物学机制。材料和方法:收集69例肺鳞癌的癌旁肺组织,进行全基因组表达谱芯片的检测,结合实验室已有数据(全胚胎、早期胚胎肺、中期胚胎肺、正常成熟肺、肺腺癌、肺鳞癌的表达谱数据)构建完整的肺发育-肺癌相关基因表达改变图谱,观察213个PTN1基因在该图谱中的变化模式。从GEO中下载4个肺腺癌的表达谱数据集和4个肺鳞癌的表达谱数据集以及它们对应的临床信息用于验证。用生存分析检验PTN1基因表达与肺腺癌和肺鳞癌病人预后的关系。用Pearson相关性分析计算基因之间的相关性,寻找肺腺癌和肺鳞癌中相关性紧密的核心基因。用2-way ANOVA分析肺腺癌和肺鳞癌中基因相关系数之间的差异。用Cytoscape进行基因共表达网络的可视化。结果:生存分析发现PTN1基因的表达水平在所有肺腺癌数据集中均与患者预后相关,但在肺鳞癌数据集中与患者预后均不存在相关性。Pearson相关性分析发现在所有肺腺癌数据集中均存在一组高度相关的基因,而肺鳞癌数据集中这些基因之间的相关性明显减弱。然后,我们在5个肺腺癌数据集中确定出了 63个核心基因,其中17个核心基因为4个以上数据集所共有,这17个基因在肺腺癌中构成的互作网络紧密程度明显高于在肺鳞癌中的紧密程度,并且其中的16个基因都在细胞周期的G2/M期中发挥重要作用。结论:我们的研究表明,肺发育增殖基因的表达水平与肺腺癌患者的预后存在显著相关性,17个核心基因紧密的相互作用关系在肺腺癌患者的预后中发挥了重要的作用,这些基因对肺腺癌的治疗和预后有重要的临床意义。第二部分结直肠癌上皮间质相互作用的表达谱特征分析背景:肿瘤是一个复杂的系统,不仅包含肿瘤实质也包含肿瘤间质,肿瘤间质构成了肿瘤细胞的微环境,其中的细胞成分包括内皮细胞、癌相关成纤维细胞、脂肪细胞、免疫细胞等。结直肠癌(colorectal cancer,CRC)肿瘤微环境在结直肠癌的发生、进展、转移和耐药性中都起着重要的作用。显微切割技术有助于从临床或动物组织标本中分离特定的细胞群进行分子分析,已成为获得高纯度的肿瘤上皮和间质细胞的主要方法之一。既往对结直肠癌上皮和间质转录组水平的研究主要关注基因的差异表达,并没有系统地分析癌变过程中上皮-间质之间表达关系的变化。目的:探索正常结直肠黏膜组织发生癌变后上皮-间质互作关系的变化。材料和方法:收集50例新鲜结直肠癌和配对癌旁组织并提取RNA,选择癌和癌旁RNA完整性评分均大于7的20例配对组织制作冰冻切片,通过显微切割获得上皮和间质组织;分别提取上皮和间质组织的RNA后,选择RNA完整性均大于7的配对RNA样本(筛选到10例)构建测序文库并用Illumina Hiseq4000测序平台进行深度测序。用R软件中的“Matrix eQTL”包构建上皮-间质共表达网络,用“iGraph”包计算每个网络中每个节点的度,用“RedeR”包进行网络的可视化,用“SANTA”包和4个基因集进行网络功能富集分析。收集143例Ⅱ期结直肠癌患者手术切除的癌及癌旁组织,制成组织芯片后用免疫组织化学染色对上皮-间质共表达网络和基因差异表达分析中筛选出的蛋白进行蛋白水平验证。用26种免疫细胞的特征性基因集和GSVA算法对结直肠癌和癌旁上皮、间质的免疫特征进行评估。结果:对结直肠癌和癌旁分别构建上皮-间质共表达网络,分别得到了 579324个和3852706个显著的上皮-间质共表达关系对,并且都存在上皮-间质自循环(self-loop)共表达;结直肠癌共表达网络的self-loop共表达关系对明显多于癌旁共表达网络中的self-loop共表达关系对,且p值越小,self-loop共表达关系对在网络中所占的百分比越高;结直肠癌和癌旁共表达网络中度最大的基因主要是通过其在上皮中的表达实现的;癌和癌旁的网络功能富集显示,两个网络都有各自特征性的功能;挑选3个(FXYD5、ITGA2、RPS19)仅存在于结直肠癌共表达网络中并且相对于癌旁组织表达升高的self-loop基因进行蛋白水平验证,发现3个蛋白在肿瘤上皮中的表达均显著高于癌旁上皮,并且FXYD5和RPS19在上皮和间质中均有表达;对GSVA评分的非监督聚类发现结直肠癌和癌旁间质中的免疫特征不同,结直肠癌上皮和癌旁上皮的免疫特征也不同,结直肠癌间质中Treg细胞浸润最丰富;多种免疫细胞的特征在上皮和间质之间呈正相关性,且结直肠癌上皮-间质之间的免疫相关性显著高于癌旁上皮-间质之间的免疫相关性结论:正常结直肠粘膜组织发生癌变后,上皮-间质共表达网络的结构和功能发生了变化,上皮和间质各自的免疫特征以及免疫特征之间的关系也发生了明显改变;self-loop共表达关系是结直肠癌共表达网络的一个特征,其生物学意义还需进一步探讨;FXYD5、ITGA2、RPS19是结直肠癌上皮和间质中表达均上调的self-loop基因,在结直肠癌发生进展中的作用需进一步探索。