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背景和目的结直肠癌（Colorectal carcinoma,CRC）发病率和死亡率逐年上升,复发和转移是患者死亡的主要原因。因此,早期筛查、及时的转移预测和干预是降低肿瘤发病率和死亡率的关键。现有的早筛手段存在有创性、放射线暴露以及敏感性差等缺点,而携带癌症特异性体细胞突变和表观遗传异常的循环肿瘤DNA（Circulating Tumor DNA,ctDNA）检测为肿瘤的诊断和治疗提供了新方向。但ctDNA突变位点发生频率较低,肿瘤早期不容易检测到。ctDNA甲基化因有比ctDNA突变更高的灵敏性和动态范围、更多的基因组甲基化靶向区域以及每个靶向区域内同时多个CpG位点的甲基化改变,因此有可能成为恶性肿瘤早期诊断、治疗监测及预后判断更可靠的工具。本研究拟通过优化的ctDNA甲基化检测技术对正常人群、进展期腺瘤、不同分期和不同预后肠癌组织和血液进行高通量测序和数据分析,建立敏感且无创的结直肠癌早期筛查、远处转移预测及预后判断模型,并对差异甲基化位点筛选的基因进行初步功能研究。研究方法依托基准医疗公司AnchorIRISTM专利建库技术（Application Number:201610077986.1）对正常肠粘膜（n=27）、进展期腺瘤（n=42）和肠癌（n=135）共204例患者的基因组DNA（genomic DNA,gDNA）和配对血浆游离DNA（circulating tumor DNA,ctDNA）进行文库构建和高通量测序。依据严格的统计分析、留一法（Leave-One-Out cross validation）和 N 折交叉验证（N-fold cross validation）和支持向量机（Support vector machine,SVM）等方法进行模型建立和验证。筛选转移预测模型中差异甲基化位点锚定的肿瘤抑制基因。实时荧光定量PCR（RT-qPCR）检测结直肠癌细胞株内源性表达及5-氮杂-2’-脱氧胞苷处理后基因表达变化,体外功能实验检测处理后细胞功能改变。免疫组化（Immunohistochemistry,IHC）检测基因蛋白表达并行统计学分析。研究结果肠癌组织中筛选出的1921个差异高甲基化区域（Differential methylation region,DMR）在204例血浆中取75%作为训练集建模,余下25%样本作为验证集,共进行10次随机切分。建立的早筛模型诊断肠癌平均敏感性为82.86%,诊断健康人群特异性为87.5%。进展期腺瘤和与早期肠癌（Ⅰ、Ⅱ期）肠癌血浆标本中筛选出含148个差异甲基化位点（Differential methylation location,DML）的高危患者癌变监测模型,该模型检测早期肠癌的敏感性92.86%,特异性为96.67%。Ⅳ期与Ⅰ、Ⅱ期肠癌血浆中筛得含969个DMLs的转移预测模型。验证队列中该模型检测到远处转移的敏感性达95%,特异性为100%。当对Ⅲ期血浆样本验证时,显示异常信号的4例患者均在4-24月后进展为Ⅳ期。针对969个DMLs利用支持向量机建模可区分Ⅳ期与Ⅰ-Ⅲ期肠癌。RT-qPCR示SFMBT2基因在结直肠癌细胞株去甲基化处理后mRNA表达显著增加;IHC示正常肠粘膜SFMBT2表达显著高于进展期腺瘤、结直肠癌及其转移癌（P＜0.001）。针对SFMBT2对应甲基化位点在患者血浆测序数据中的验证结果显示SFMBT2基因甲基化同样可以区分Ⅳ期和Ⅰ-Ⅲ期肠癌,其监测患者远处转移的敏感性达95%,特异性达100%,且能成功预测出4例进展的Ⅲ期患者。预后不同的Ⅳ期肠癌患者血浆样本中找到DMLs 799个,以在病情稳定患者血浆中高甲基化为主。3例病情进展患者的多次连续血浆标本检测显示血浆ctDNA浓度随病情进展而升高,且血浆中SFMBT2基因和预测远处转移模型平均甲基化β值与病情变化显示高度一致,其敏感性优于CEA和CA199。结论1、建立了结直肠癌ctDNA甲基化早筛模型,交叉验证显示该模型诊断肠癌的敏感性为82.86%,特异性为87.5%;2、建立监测进展期腺瘤癌变风险的148个DMLs验证队列中诊断Ⅰ/Ⅱ期肠癌的敏感性达92.86%,诊断进展期腺瘤的特异性为96.67%。3、建立了含969个DMLs的转移预测模型,可有效区分Ⅳ期和Ⅰ-Ⅲ期肠癌,验证队列中该模型对结直肠癌远处转移预测的敏感性为95%,特异性为100%。4、SFMBT2通过甲基化修饰影响结直肠癌发生和侵袭转移的作用最显著,SFMBT2对应的17个CpG甲基化位点在血浆测序数据中的反向验证提示它是预测肠癌远处转移和监测病情动态改变的可靠生物标志物。5、含799个DMLs的预后预测模型可将预后不同的Ⅳ期患者有效区分,需要进一步验证。