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目的:结直肠癌(colorectal cancer,CRC)是全球第三大常见恶性肿瘤,是癌症相关死亡的主要原因之一。在CRC发展过程中面临的最主要问题之一是肿瘤侵袭转移的发生和进展。因此,挖掘参与CRC转移过程的潜在分子标志物是尤为重要的,在临床上可为提高患者的预后提供极大的帮助。随着大数据的快速发展,加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)已经成为微阵列分析的一种全新的系统生物信息学方法,它可以分析基因模块与临床特征之间的关联性,从而鉴定出在疾病中起到枢纽作用的核心基因(hub基因)。本研究旨在通过WGCNA的生物信息学方法筛选与CRC转移相关的hub基因,并通过生物学实验进行验证分析。方法:首先利用GEO(Gene Expression Omnibus)数据库中的GSE41258芯片集来构建基因共表达网络,识别与CRC临床特征相关的基因模块和hub基因;同时,PPI(protein–protein interaction)网络分析也用来进一步鉴定hub基因。差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)分析用来筛选在CRC中差异高表达的基因。另一独立的数据集GSE17536用作本研究的验证芯片,对hub基因进行表达验证及生存分析。GO(gene ontology)分析和GSEA(gene set enrichment analysis)用于进一步挖掘hub基因的潜在功能及机制。本研究继而用实验对WGCNA结果进行补充验证。首先在CRC组织和细胞株中验证hub基因的表达情况,实验技术包括免疫组织化学(immunohistochesmistry,IHC),实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)和蛋白免疫印迹(western blotting)。然后利用RNA干扰技术在CRC细胞株中敲低hub基因表达,通过细胞克隆形成,增殖,凋亡,周期,迁移和侵袭实验,研究沉默hub基因后对CRC细胞生物学行为的影响。另外,质粒转染过表达hub基因以验证上调hub基因对CRC细胞迁移、侵袭和上皮间充质转化(epithelial-mesenchymal transformation,EMT),以及TGFβ/Smad通路中关键分子的影响。最后,为了挖掘靶向调控hub基因的miRNA(microRNA,微小RNA),我们利用生物信息网站进行预测,并通过qRT-PCR和western blotting等技术分析其与hub基因的调节关系。结果:通过基因共表达网络的构建,共识别出16个基因模块,其中turquoise模块与CRC远处转移呈现最强的相关性(r=-0.2,P=0.009)。于是我们选择turquoise模块进行hub基因筛选,最终发现ITGBL1是在CRC中表达上调且与患者总生存率和无复发生存率相关的hub基因。在60例CRC标本中对ITGBL1的表达情况进行分析,IHC结果表明ITGBL1的表达与CRC患者瘤体大小(P=0.017)和远处转移(P=0.046)相关。qRT-PCR和western blotting表明ITGBL1在CRC组织中上调(3.057±0.421 vs.1.483±0.211,P<0.05);在HCT116,HT29和DLD1细胞中表达亦上调(P<0.05)。克隆形成实验和增殖实验表明沉默ITGBL1抑制CRC细胞克隆形成能力和增殖能力(P<0.05)。通过流式细胞术证明沉默ITGBL1对CRC细胞周期和凋亡无明显影响(P>0.05)。细胞迁移和侵袭实验表明ITGBL1促进CRC细胞迁移和侵袭能力(P<0.05),并且过表达ITGBL1促进CRC细胞EMT,以及Smad2和Smad3磷酸化水平增加。最后,生物信息网站预测发现miR-497-5p结合ITGBL1的3’UTR区,qRT-PCR结果表明miR-497-5p在CRC组织中表达下调(2.709±0.356 vs.5.080±0.222,P<0.05),相关性分析表明ITGBL1与miR-497-5p的表达呈负相关(r=-0.53,P<0.05)。在CRC细胞中过表达miR-497-5p发现ITGBL1的表达降低(0.6343±0.0513 vs.1.102±0.014;0.3768±0.0356 vs.1.132±0.023,P<0.05)。共转染miR-497-5p和ITGBL1过表达质粒发现上调ITGBL1可部分逆转miR-497-5p对CRC细胞迁移和侵袭的抑制作用。结论:本研究通过WGCNA筛选hub基因,ITGBL1,一个在CRC中表达上调且与肿瘤转移相关的新基因,它促进CRC细胞侵袭转移且表达越高提示CRC患者生存率越低。本研究为CRC的发展机制提供了新思路,以及为临床研究提供了新的潜在分子标志物以供进一步探索。