结肠癌(Colorectal Cancer, CRC)是一种死亡率非常高的恶性肿瘤,居恶性肿瘤死因的第三位。CRC的高死亡率主要是由于频发的术后转移和对化疗药物产生的多药耐药性(Multi-drug Resistance, MDR)造成的。所以,积极寻找有效的治疗结肠癌的方法和药物已成为目前抗肿瘤研究领域的热点。微小RNA (MicroRNA, miRNA)是一类新发现的非编码小RNA分子,它们能够通过与靶基因mRNA上的特定序列结合,通过抑制靶基因蛋白质翻译或剪切靶基因的mRNA分子从而起到对靶基因的调控作用。到目前为止,已有大量的研究报道发现这种小RNA分子几乎参与调控了细胞生命周期中所有的关键步骤,且miRNA的异常表达也是生物体产生疾病的一大重要原因。因此,深入开展miRNA在癌症中发生,调控与受调控机制及生物学功能的研究将能够帮助我们提高对结肠癌的认识和临床诊断、治疗的水平。为了发现能够在结肠癌中发挥重要调控作用的miRNA,本研究使用高通量Agilent人类miRNA芯片(V.12.0)检测了6例不同病理分型的结肠癌患者组织及其相对应的正常组织中873条miRNA的表达谱,于所筛选出的13条在结肠癌病例中表达量显著异常的niRNA(p<0.05,差异倍数>2)中选择表达量下降最为明显的niR-139-5p作为研究对象。通过使用Real-Time PCR方法检测34例不同病理分型的结肠癌患者组织及其相对应的正常组织中miR-139-5p的表达量,本研究发现,miR-139-5p在34例结肠癌标本中普遍异常低表达,从而验证了miRNA芯片的结果。在此基础上,通过瞬时转染和稳定转染等分子生物学技术在结肠癌细胞中过表达miR-139-5p,本研究发现无论在体内还是体外,miR-139-5p均显示出显著的抑制结肠癌细胞浸润转移的能力(体外p<0.001,体内p=0.0079)。同时发现,其调控结肠癌细胞增殖的能力则并不显著(体外p>0.05,体内p>0.05)。本研究结合生物信息学预测与双荧光素酶报告基因方法,发现Ⅰ类胰岛素样生长因子受体(Type I Insulin-like Growth Factor Receptor, IGF1R)是miR-139-5p的一个关键靶基因。MiR-139-5p能够通过与IGF1R的3’非转录区(3’UTR)结合,抑制IGF1R的蛋白翻译,使IGF1R下游的MEK/ERK信号通路失活,从而抑制MMP-2的转录活性并最终影响结肠癌细胞的浸润及转移能力。本研究同时发现miR-139-5p与结肠癌恶性程度(p=0.02),淋巴结转移(p=0.02),血管浸润(p<0.01),器官远端转移(p=0.03)等诸多临床病理特征也密切相关。本研究进一步探讨了结肠癌细胞中miR-139-5p异常低表达的分子机制。MiR-139位于11号染色体并且是磷酸二酯酶2A(Phosphodiesterase2A, PDE2A)基因2号内含子的一部分。然而miR-139(前体与成熟体)与宿主基因的表达量在34例结肠癌病例中并无显著相关性。本研究发现PDE2A激动剂无法调控miR-139胞内表达量,通过染色质免疫共沉淀方法确定miR-139具有独立的转录起始位点。此外,本研究确定了组蛋白乙酰化转移酶在结肠癌中对miR-139表达量的调控能力。通过检测miR-139前体分子pre-miR-139及其靶基因IGF1R, ROCK2和RAP1B在34例结肠癌病例中的表达量,发现靶基因的过表达可能与miR-139的低表达相关。过表达靶基因的3’UTR能够下调包括miR-139-5p在内的多个miRNA的胞内表达量。因此,转录后调控也是造成]miR-139-5p在结肠癌病例中异常低表达的一个重要因素。MiR-139-5p的靶基因能够通过miR-139-5p影响各自的蛋白表达量从而形成一个复杂的分子信号转导和调控网络,同时本研究也首次发现了IGF1R, ROCK2及RAP1B的3’UTR在结肠癌细胞中所发挥的生物学功能。通过对耐药结肠癌细胞亚株的研究发现miR-139-5p与靶基因IGF1R的表达量较亲本株相比分别显著低表达及过表达(p<0.001,p<0.01)。敲除IGF1R或过表达miR-139-5p同样能够抑制下游PI3K/AKT/Nrf2/MRP-2信号通路从而显著抑制结肠癌耐药细胞的体外增殖同时增加细胞对抗癌药物的敏感性。通过检测耐药细胞株中肿瘤干细胞相关表面标志物CD44和CD133发现耐药细胞表现出一定程度的肿瘤干细胞样特性。结合生物信息学预测与双荧光素酶报告基因方法,本研究发现了一个新的miR-139-5p靶基因Notch-1。MiR-139-5p能够同时调控IGF1R及结肠癌Notch-1的蛋白表达量从而影响细胞的耐药性。综上所述,本研究从分子,细胞,组织和整体动物水平等多个方面验证了抑癌基因miR-139-5p调控结肠癌细胞浸润转移及多药耐药的作用及其分子机制。本研究的结果表明：miR-139-5p可以作为结肠癌相关的一个分子标志物,无论在疾病的诊断还是在药物治疗靶点的发现或新型抗肿瘤药物的研究中均具有潜在的应用价值。为在结肠癌的分子病理诊断,相关药物的分子靶向治疗及预后的评价等多个方面提供了一定的理论依据及新思路。