鉴别多原发肺癌(multiple primary lung cancer, MPLC)与肺癌肺内转移对于正确判断其临床分期、制定合理治疗方案及评估患者预后至关重要。目前多灶肺癌的鉴别诊断主要依靠组织形态学。对形态学高度相似的病灶,明确诊断具有一定困难。因此采用高通量分子生物学技术,结合生物信息学分析方法辅助临床诊断具有重要意义。本项研究归纳分析2009-2012年期间中国医学科学院肿瘤医院收治的21例多灶肺癌患者的临床资料,旨在探讨MPLC的临床特点,为MPLC的正确诊断和治疗提供并积累信息。进而采用全基因组测序/外显子组测序和微阵列比较基因组杂交(array comparative genome hybridization, array-CGH)技术对其中6例具有相似组织病理学诊断的同时性多灶肺腺癌患者的15个肺内病灶、1个隆突下淋巴结转移灶和1个癌旁正常肺组织样品进行了分析。基于其基因组改变谱,对同时性多发病灶的“原发”或“转移”属性进行了鉴别,从分子生物学层面辅助多灶肺癌的病理学诊断。基于术前影像学检查,提示21例患者均为MPLC并接受了外科治疗。手术切除肺内肿瘤病灶共49个。术后经组织病理学检查证实这21例均为MPLC,均为非小细胞肺癌；其中,肿瘤位于同侧肺者11例(52.4%),位于双侧肺者10例(47.6%)；肿瘤同时性发生者17例(80.9%),异时性发生者4例(19.1%)；两灶者14例(66.7%),三灶者6例(28.6%),四灶者1例(4.7%)；多发病灶之间组织学类型不同者2例(腺癌与鳞癌、鳞癌与原位癌,各1例),多发病灶之间组织学类型相同者19例(17例腺癌,2例鳞癌)。患者中Ⅰ期14例、Ⅱ期2例、Ⅲ期5例。采用基因组测序和基因芯片技术分析了其中6例患者的15个肺内病灶,结果显示,同一患者肺内病灶间具有异质性,其体细胞突变模式的平均相似性为1.2%(0%-5.3%)；系统发生关系分析显示各个病灶独立起源,提示它们均为肺癌原发灶。基因组异常改变结果支持除了被判定为肺癌肺内转移的病例5—病灶3(Pa5T3)以外的其他所有病灶的组织病理学诊断；然而体细胞突变谱和DNA拷贝数改变谱均提示Pa5T3为独立原发灶。从6例患者的16个病灶中共检测到584个基因的675个突变,其中EGFR基因的突变频率最高(43.8%,若除去淋巴结转移灶Pa1LN则为46.7%)。从病例1的3个肺内病灶、1个淋巴结转移灶和1个癌旁正常组织中共检测到33个结构变异,同时在癌旁组织形态正常组织中检测无义突变527个。信号通路富集分析显示,有些通路在多个病灶中富集,其中发生频率最高的是ErbB信号通路(13/16),MAPK信号通路(13/16)与Calcium信号通路(12/16),提示这些通路在多灶肺腺癌的演进中起着重要的作用。而作为肺腺癌治疗分子靶点的EGFR基因在3例患者的7个病灶中存在突变,KRAS基因在2例患者的3个病灶中发生突变,同一患者中这两个基因的突变在不同病灶间具有异质性。上述研究资料提示,(1)对于影像学检查提示高度怀疑为多原发肺癌(MPLC)的病例,只要患者身体条件允许,建议积极手术切除以求获得最佳疗效；因此,有待建立辅助术前诊断MPLC的影像学标准,研发辅助组织病理学诊断或鉴别MPLC的分子标志。(2)基因组改变谱能有效地鉴别多原发肺癌,尤其针对组织病理形态高度一致的多发病灶；(3)多原发肺癌患者的每一个病灶犹如发生于不同个体中的单发病灶,每个病灶都应单独进行诊断、分期,并检测每个病灶中治疗靶点基因的突变情况,以此对患者化疗方案的选择提供依据。基于本实验室前期工作构建的人肺癌转移相关的差异表达基因库和早/晚期胎盘绒毛差异表达基因库,筛选出一组与肿瘤转移相关的基因,EMP2是其中差异表达最显著的基因之一。目前,尚未见EMP2基因在肺癌中功能研究的报道。本项研究探讨了EMP2在非小细胞肺癌组织中表达情况,分析了该基因与肿瘤转移的关系,继而进一步研究了该基因在肺癌细胞模型中的肿瘤转移分子机制。在mRNA水平,RT-PCR分析结果显示,EMP2基因在62.5%(20/32)的非小细胞肺癌肿瘤组织中低表达。在蛋白质水平,肺癌组织微阵列(含153个肺癌组织样品)免疫组织化学分析显示,EMP2在81例非小细胞肺癌肿瘤组织中低表达,频率为52.9%。而且在有和无淋巴结转移的两组原发肺腺癌之间的表达差异不显著,p值为0.087。EMP2的表达与临床分期存在显著的相关性(P=0.033)。体外实验显示,稳定表达外源性EMP2基因对肺癌细胞H1299的增殖能力没有明显影响,却能抑制其迁移和侵袭能力。EMP2基因的过表达不影响H1299细胞中CAV1mRNA的转录和蛋白的表达,却可以下调基质金属蛋白酶家族成员MMP9和MMP mRNA的转录和蛋白的表达水平,并抑制MMP9活性形式的分泌。此外,H1299细胞中EMP2的高表达可以抑制β-catenin蛋白入核。上述研究资料提示,与非小细胞肺癌转移相关的EMP2基因可能主要通过抑制β-catenin蛋白入核,从而降低Wnt通路下游的靶基因基质金属蛋白酶家族成员MMP9和MMP7的表达,以此来调节肺癌细胞H1299的迁移和侵袭能力,从而实现对肿瘤转移的抑制作用。