背景:结直肠癌(colorectal cancer,CRC)是严重危害人类健康的常见恶性肿瘤之一。在我国CRC的发病率呈逐渐上升趋势。结直肠癌的病因和发病机制十分复杂,涉及基因组、转录组、蛋白质组学及表观遗传学等多种因素的异常改变。利用现代分子生物学技术,对结直肠癌分子发病机制的更深入研究,对本病的早期诊断及个体化治疗至关重要。作为表皮生长因子受体(epidermal growth fatctor receptor,EGFR)信号通路的关键分子,KRAS、NRAS和BRAF基因突变已被证实在结直肠癌的发生、发展过程中起到重要作用,且对结直肠癌患者的靶向治疗具有重要的指导价值。然而,目前研究大多集中在KRAS、NRAS和BRAF的突变频率及其预后价值上,但对于这些基因突变与患者临床病理学特征及其他基因表达的关系仍缺乏了解。因此,分析上述基因突变和结直肠癌患者临床病理学参数及其他基因表达的内在联系对于更加精准的指导个体化治疗具有重要意义。环状RNA(circular RNA,circRNA)是新发现的一类共价闭合环状非编码RNA。CircRNA以其闭合成环,高度稳定,特异性强,易于检测等特点,逐渐成为恶性肿瘤领域的研究热点,且有望成为肿瘤诊断和评估预后最有潜力的分子标记物。KRAS基因作为结直肠癌中最关键的驱动基因,除了基因突变外KRAS基因是否通过其它方式参与结直肠癌的发生发展,在结直肠癌中,KRAS基因的表达水平如何,其表达还受到哪些非编码RNA,尤其是circRNA的分子调控,目前尚无相关报道。目的:本研究拟通过扩增阻碍突变系统PCR(amplification-refractory mutation system polymerase chain reaction,ARMS-PCR)的方法检测结直肠癌组织中KRAS、NRAS和BRAF的常见突变位点,同时,采用免疫组化的方法检测8个结直肠癌关键基因在蛋白水平的表达情况。通过多种统计学方法,探讨KRAS、NRAS和BRAF基因突变与结直肠癌患者临床病理学特征及关键基因表达的内在联系,旨在为更精准的指导结直肠癌的靶向治疗提供依据。此外,本研究在KRAS、NRAS、BRAF突变的基础之上,选取重要靶点,以KRAS表达调控为切入点,利用生物信息分析的方法筛选出结直肠癌发病过程中的关键circRNA/miRNA/KRAS调控轴,并在分子水平、蛋白水平、细胞功能水平对其进行验证。旨在转录后调控层面进一步完善KRAS基因在结直肠癌中的作用及机制,为结直肠癌患者的诊断、治疗提供新的生物标志物和分子靶点。方法:1.收集我院手术切除CRC组织216例。通过ARMS-PCR方法检测216例CRC组织中KRAS、NRAS和BRAF的常见突变位点。通过χ~2检验、Mann-Whitney秩和检验、独立样本t检验等统计学方法分析上述基因突变与患者性别、年龄、肿瘤部位、TNM分期、浸润深度、有无淋巴结转移、病理类型、分化程度等临床指标的相关性。2.采用免疫组化的方法检测了P53、EGFR、CDX2、PMS2、MLH1、MSH6、MSH2和Ki67等8个CRC关键基因在蛋白水平的表达情况。通过χ~2检验、Mann-Whitney秩和检验、多重对应分析探讨了上述基因表达与KRAS、NRAS和BRAF突变的相关性。3.收集我院手术切除的CRC组织及癌旁组织40对。通过实时定量聚合酶链反应(quantitative real-time-polymerase chain reaction,qRT-PCR)方法检测40对肿瘤组织及癌旁组织KRAS表达水平。利用生物信息分析的方法筛选出结直肠癌增殖及侵袭相关的circRNA分子及KRAS基因潜在的上游调控miRNA分子,建立可能的circRNA/miRNA/KRAS调控轴。在40对CRC临床样本中检测上述调控轴中circRNA(circGLG1)及miRNA(miR-622)的表达水平,利用Pearson线性相关法分析其表达与KRAS表达的相关性。4.检测3株结肠癌细胞系(HCT8、HCT116、DLD1)和正常人肠上皮细胞系(NCM460)中circGLG1的表达水平。根据circGLG1序列设计siRNA及其对照,利用Lipofectamine 2000进行细胞转染。在DLD1细胞系中敲低circGLG1后:1)采用CCK-8、克隆形成实验检测细胞增殖活性;2)采用Transwell、划痕愈合实验检测细胞侵袭及迁移能力;3)检测miR-622表达变化,在mRNA水平和蛋白水平检测KRAS表达变化。在成功敲低circGLG1的基础上共转染miR-622 inhibitor,观察细胞增殖、侵袭、迁移能力及KRAS表达变化是否可以回复。5.根据circGLG1及KRAS序列与miR-622互补配对的区域,设计合成野生型及突变型双荧光素酶报告载体质粒,通过双荧光素酶报告实验进一步验证circGLG1与miR-622,miR-622与KRAS的靶向结合作用。结果:1.CRC患者中KRAS基因突变率为39.8%,其突变位点按概率高低依次为G12D(16.2%)、G12V(8.8%)、G13D(8.3%)、G12S(1.9%)、G12C(1.9%)、G12A(1.4%)、G12R(0.9%)、双位点突变(G12D+G12S)(0.5%)。NRAS的突变率为2.7%,其突变位点为G12D、G13D、Q61R各0.9%。BRAF V600E的突变率为1.4%。KRAS突变与性别有关,女性突变率高于男性(53.3%vs 32.6%,P=0.003)。NRAS、BRAF突变与性别无关。KRAS、NRAS、BRAF突变与患者年龄、TNM分期、浸润深度、有无淋巴结转移、组织病理类型、腺癌分化程度等均无显著相关性。2.免疫组化与KRAS、NRAS、BRAF基因突变结果分析显示,EGFR表达与NRAS突变有关,EGFR阳性表达者突变率高于弱阳性表达者及阴性表达者(5.3%vs 1.4%vs 0%,P=0.047)。PMS2、MLH1、MSH2表达与BRAF突变有关,PMS2阴性表达者BRAF突变率高于弱阳性表达者及阳性表达者(16.7%vs 0%vs 1%,P=0.010)。MLH1阴性表达者BRAF突变率高于弱阳性表达者及阳性表达者(16.7%vs 7.7%vs 0.5%,P=0.001)。MSH2阴性表达者BRAF突变率高于弱阳性表达者及阳性表达者(33.3%vs 0%vs 1.0%,P=0.005)。3.在40对CRC组织及癌旁组织中检测KRAS表达,结果显示,与癌旁组织相比,KRAS在CRC组织中的表达水平显著升高(P<0.001)。通过生物信息学分析的方法建立假设:circGLG1可能通过circGLG1/miR-622/KRAS轴调节结直肠癌增殖及侵袭。为了进一步验证上述假设,我们通过临床样本PCR发现,与癌旁组织相比,circGLG1在CRC组织中的表达明显上调(P<0.01)且与KRAS表达水平呈正相关(R~2=0.586,P<0.001)。同时miR-622在CRC组织中的表达明显下调(P<0.01)且与KRAS表达水平呈负相关(R~2=-0.339,P<0.05)。4.CircGLG1在肠癌细胞中的表达高于正常肠上皮细胞,其中DLD1细胞中circGLG1表达量最高(P<0.001)。成功设计了2条circGLG1 siRNA。在DLD1细胞系中敲低circGLG1后:1)CCK-8、克隆形成实验证实DLD1细胞增殖受到抑制;2)Transwell、划痕愈合实验证实DLD1细胞侵袭及迁移受到抑制;3)miR-622表达升高,KRAS在mRNA水平和蛋白水平表达均降低。在成功敲低circGLG1的基础上通过共转染miR-622 inhibitor下调DLD1细胞中miR-622表达后,circGLG1不能发挥其对细胞增殖、侵袭的调节作用。且miR-622 inhibitor可回复circGLG1对KRAS表达的调控作用。5.双荧光素酶报告实验结果显示,同时加入野生型重组质粒pEZX-MT06-Wt-circGLG1或pEZX-MT06-Wt-KRAS和miR-622 mimic后,DLD1细胞的荧光素酶活性显著减低,而突变型重组质粒与miR-622 mimic共转染时,荧光素酶活性无明显差异,这充分证明了miR-622与circGLG1和KRAS之间的可结合性。综上,本研究全面检测了216例结直肠癌患者中KRAS、NRAS、BRAF的突变分布并分析了其与患者临床病理参数及关键基因表达的相关性,首次发现EGFR表达与NRAS突变有关,证实了PMS2、MLH1、MSH2等错配修复基因表达缺失与BRAF突变有关。此外,我们证实了KRAS基因在结直肠癌及癌旁组织种存在差异表达,其非编码RNA调节机制之一为circGLG1可以通过circGLG1/miR-622/KRAS轴促进结直肠癌细胞的增殖及侵袭。我们的研究为进一步阐明结直肠癌分子机制提供了理论和实验依据,同时为结直肠癌的诊断及治疗提供了新的生物标志物及关键分子靶点。