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结直肠癌（Colorectal Cancer,CRC）是一种常见的恶性肿瘤,大约20%的结直肠癌患者在初诊时已经出现远端转移,其余未转移的患者约50%在初诊后的3年内会出现远端转移。转移性结直肠癌的首选治疗方案是5-氟尿嘧啶（5-Fluorouracil,5-FU）、亚叶酸（Leucovorin）与奥沙利铂（Oxaliplatin）的联合化疗（FOLFOX）,然而,大约一半的患者会对FOLFOX化疗耐药。所以,亟需寻找可以在转移性结直肠癌患者接受FOLFOX化疗前准确预测其化疗反应状态的标志,以指导临床用药。当前已经存在一些结直肠癌FOLFOX化疗病理反应状态预测标志,但是这些标志有两个主要的问题。一方面,结直肠癌研究者在构建标志时多根据实体肿瘤疗效评价标准（Response Evaluation Criteria in Solid Tumors,RECIST）将患者分为化疗有效组与无效组,然而,这样的化疗疗效分类方法仍存在争议。另一方面,该类标志主要利用基因的表达检测值,容易受批次效应和临床组织取样不确定性等因素影响,在不同来源的样本中可重复性较差。有研究发现转录组定性特征即样本内基因表达水平相对大小关系（Relative Expression Orderings,REOs）对批次效应、癌细胞占比、RNA部分降解和扩增导致的基因检测值偏倚等因素高度稳定,因此其非常适合运用于临床研究帮助肿瘤病人进行个体化诊治工作。鉴于上述问题以及转录组定性特征优势的存在,本课题将主要从以下三个方面展开:1.转移性结直肠癌RECIST化疗疗效分类与预后的关联首先,收集来自GSE104645和GSE72970数据集共245例接受不同方案治疗的转移性结直肠癌样本。根据样本接受的治疗方案,这两组样本被分别分为四组:FOLFOX组、FOLOFX+Bevacizumab组、FOLFIRI组和FOLFIRI+Bevacizumab组。对于每组样本,我们分别研究转移性结直肠癌基于RECIST标准的疗效分类与预后之间的关联。来自多组样本的结果显示转移性结直肠癌患者基于RECIST标准的疗效分类是与其预后具有显著关联的。但是,我们没有在由完全响应（Complete Response,CR）和部分响应（Partial Response,PR）患者构成的药物治疗有效患者与由疾病稳定（Stable Disease,SD）和疾病进展（Progressive Disease,PD）患者构成的药物治疗无效患者之间观察到显著差别的无进展生存（Progression-Free Survival,PFS）。并且,SD患者的疗效分类与其预后存在不一致,从预后来看SD患者更倾向于是对治疗部分响应。2.转移性结直肠癌FOLFOX化疗病理反应与预后预测标志本部分,我们收集了来自五组数据集共243例接受FOLFOX化疗的转移性结直肠癌样本,这些样本被分为训练集与验证集两部分。基于来自训练集的96个具有化疗疗效信息的转移性结直肠癌样本,本研究构建出一组由5对基因对组成的FOLFOX化疗病理反应预测标志（5 gene pair signature,5-GPS）。在来自于不同实验室的多组结直肠癌样本中,我们验证了该标志预测转移性结直肠癌FOLFOX化疗病理反应状态的准确性。对于训练集样本,5-GPS对FOLFOX化疗病理反应状态预测的敏感性、特异性、F-score、精确度和AUC值分别为0.89、0.92、0.90、0.90和0.94。对于验证集样本,在25个具有FOLFOX化疗疗效信息的结直肠癌样本中,5-GPS的敏感性、特异性、准确度和AUC可以达到0.85、0.80、0.84和0.82。在另外三组接受FOLFOX化疗并且具有无进展生存信息的结直肠癌样本中,5-GPS识别出的FOLFOX化疗有效样本相对于化疗无效样本具有显著长的无进展生存期。此外,5-GPS也可以分别在同时性结直肠癌（Synchronous CRC）、异时性结直肠癌（Metachronous CRC）、右侧结肠癌、左侧结肠癌和直肠癌样本中识别出无进展生存显著差异的FOLFOX化疗有效和无效样本。所以5-GPS也是一个可以预测结直肠癌患者接受FOLFOX化疗后生存信息的预后标志。蛋白质-蛋白质互作网络显示5-GPS中的基因可通过与5-FU或奥沙利铂的转运、代谢等相关基因发生相互作用而在FOLFOX化疗中发挥功能。另外,共表达网络分析和功能富集分析结果显示,与构成5-GPS标志的基因共表达的基因主要富集到Mismatch repair、Nucleotide excision repair、Homologous recombination和RNA degradation等与遗传信息处理相关的功能通路。根据当前研究报道,这些通路是与结直肠癌的肿瘤进展、化疗及预后相关的。3.与已存在的结直肠癌药效预测标志的比较将5-GPS与当前已存在的两个结直肠癌FOLFOX化疗病理反应预测标志（27-probes标志和15-probes标志）进行比较,结果显示这三个标志在各自训练数据集中都具有较好的表现。但是,在25个具有FOLFOX化疗疗效信息的转移性结直肠癌样本数据集中,5-GPS的AUC可以达到0.82,但27-probes标志和15-probes标志的AUC只能达到0.60和0.54。另外,在52个接受FOLFOX化疗且具有无进展生存期信息的结直肠癌样本中出现了类似的结果。由于FOLFOX也是一种基于5-FU的化疗方案,所以当前已经存在的四个基于5-FU化疗的药效预测标志预测转移性结直肠癌FOLFOX化疗病理反应状态及预后的能力也值得进一步分析。结果显示,这四个基于5-FU化疗的药效预测标志并不适用于预测转移性结直肠癌FOLFOX化疗病理反应状态及预后。所以,5-GPS预测转移性结直肠癌FOLFOX化疗病理反应状态及预后信息的能力优于这些已存在的结直肠癌药效预测标志。