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第一部分 生物信息学分析方法探究乳腺癌骨转移的生物学过程研究背景:相对于其他类型恶性肿瘤而言,乳腺癌患者生存期较长,骨转移事件的发生在罹患乳腺癌的患者中也尤为常见,并可诱发多种骨骼相关事件致使患者生活质量的严重下降。探究乳腺癌骨转移进程的发病机制和分子调控网络具有重要的科学价值。目的:应用全基因表达谱结合EMT和BMP相关基因探究乳腺癌转移过程中差异基因表达特点。建立伴发骨转移的乳腺癌ceRNA网络、肿瘤浸润免疫细胞模式及临床预后模型来描述乳腺癌骨转移的分子调控、免疫浸润和临床预测特点。方法:从GEO数据库中下载3套大样本转移性乳腺癌的基因表达谱数据,与dbEMT数据库联合分析筛选EMT相关差异表达基因;从GEO数据库中下载2套骨转移性乳腺癌数据集,分析BMP相关基因的差异表达情况。从TCGA数据库中获得1091例原发性乳腺癌样本mRNAs、lncRNAs和miRNAs的表达谱,其中58例有骨转移,1033例无骨转移。依据骨转移乳腺癌与非骨转移乳腺癌样本之间差异表达RNA情况构建伴发骨转移乳腺癌的ceRNA网络。CIBERSORT用于分析乳腺癌样本中的22种免疫细胞组成及临床意义。我们对ceRNA网络中的基因进行批量生存分析,探究与临床预后相关基因,构建相关基因预后模型并评估其预后价值。最后,完成前期研究中发现的部分差异表达分子的生物学验证。结果:整合分析3套GEO数据集（GSE20685、GSE12276、GSE16446）表达谱及dbEMT数据库,筛选得到304个可能参与乳腺癌转移进程的EMT相关基因。这些基因主要与PI3K-Akt、TGF-beta等信号通路相关。对2套伴发骨转移乳腺癌相关GEO数据集（GSE2034、GSE124647）进行BMP相关基因表达情况分析,这些基因主要与PI3K-Akt、TGF-beta等信号通路相关。两个数据集中BMPR2、BMP2、GREM1同时存在差异表达。从TCGA数据库中分析发现发生骨转移的乳腺癌和未发生骨转移的乳腺癌样本中的2个lncRNAs、18个miRNAs和20个mRNAs有显著性差异。ceRNA网络中有 4 个 PCG（GJB3、CAMKV、PTPRZ1、FBN3）在 Kaplan-Meier 分析中有显著临床意义。在22种免疫细胞类型中,有骨转移组和无骨转移组间plasma cell和follicular helper T cell在两种不同样本中存在显著差异。伴发骨转移的乳腺癌样本中mast cell、gamma delta T cell、plasma cell细胞比例与TNM分期具有一定的相关性。Follicular helper T cell 比例高的样本生存状态更好（P=0.025）;eosinophilic 比例低的样本生存状态更好（P=0.01）。基于ceRNA网络中6种基因及肿瘤浸润免疫细胞的ROC曲线分别证实其准确性良好。基于ceRNAs与多种免疫浸润细胞之间呈现的共表达模式,我们发现DLX6-AS1、WNT6、GABBR2和多种免疫细胞含量可能与乳腺癌骨转移相关。选取经病理学明确诊断的3例乳腺癌骨转移灶样本及3例用作对照的乳腺癌非骨转移骨组织样本、外周血样本行qRT-PCR检测,结果提示hsa-miR-132-3p、WNT6表达量在两组骨组织样本间存在显著性差异。结论:本部分研究探讨了转移性乳腺癌样本中EMT相关基因表达情况及伴发骨转移的乳腺癌样本中BMP相关基因表达特点。构建伴发骨转移的乳腺癌ceRNA网络并分析其免疫浸润模式,以探究乳腺癌骨转移生物学进程的起始阶段。本项研究为乳腺癌骨转移分子机制的阐明与临床预后模型的建立提供了一定的生物信息学基础。第二部分全转录组测序分析探究乳腺癌骨转移骨骼病灶的分子生物学特点及分子调控网络研究背景:乳腺癌骨转移严重威胁患者的身心健康并可缩短患者生存期。目前,国际上的相关研究主要集中在如何监测和治疗乳腺原位肿瘤,而乳腺癌骨转移病灶的诊断、监测和治疗常常被忽视。目的:本部分研究旨在探究乳腺癌骨转移进程中骨骼定植部位的分子生物学特点,以转录组生物学特征为切入点构建乳腺癌骨转移骨骼定植部位的分子调控网络。方法:本研究利用骨科手术中所取并经病理学证实的乳腺癌骨转移部位瘤体、瘤旁组织学样本进行全转录组测序分析,掌握乳腺癌骨转移部位lncRNAs、mRNAs、circRNAs、miRNAs等表达特点及差异表达情况,并应用生物信息学分析方法进行生物学功能预测及关联分析绘制乳腺癌骨转移的WTS网络及ceRNA网络。结果:乳腺癌骨转移病灶瘤体组织与瘤旁组织相比,共鉴定得到174个差异表达的lncRNAs（上调81个,下调93个）,富集分析提示其主要与TNF signaling pathway、Estrogen signaling pathway等通路相关;共鉴定得到13个差异表达的mRNAs（上调3 个,下调 10 个）,富集分析提示其主要与 Protein digestion and absorption、PI3K-Akt signaling pathway、Focal adhesion等通路有关;共鉴定得到149个差异表达的circRNAs（上调89个,下调60个）,富集分析提示其主要与B cell receptor signaling pathway、ErbB signaling pathway、T cell receptor signaling pathway 有关;共鉴定得到83个差异表达的miRNAs（上调57个,下调26个）,富集分析提示其主要与Pathways in cancer、MAPK signaling pathway等通路有关。根据测序分析结果进一步进行了乳腺癌骨转移的WTS网络及ceRNA网络构建与分析。结论:全转录组测序分析发现乳腺癌骨转移瘤体、瘤旁组织差异表达的lncRNAs、mRNAs、circRNAs、miRNAs信息,针对差异表达RNA特点进行GO、KEGG分析 预 测 并 构 建 WTS、ceRNA 调 控 网 络,发 现 了circRNA069718/miR-483-3p/COL 11A2轴等可能参与乳腺癌骨转移灶形成的调控轴。为乳腺癌骨转移的病因学、发病机制及临床诊疗提供一定的理论基础。