研究背景恶性肿瘤在生长过程中,由于过快的增殖,会出现一系列代谢紊乱及改变,并且肿瘤创造了一个独特的压力环境使得适应该环境的细胞才能生存。这个环境是由增殖不受控制的细胞无视正常生理机制调节而创造的。因此,肿瘤细胞是生存在一个低氧压和低营养水平的,有毒的细胞代谢产物充斥的环境中,这样促使肿瘤细胞改变其细胞构造,抵抗死亡并具有转移性及浸润性。生物体内代谢产物和微环境的改变是由代谢通路中代谢酶的紊乱引起的,而代谢酶是由基因所表达,通过转录组学和代谢组学,我们可以得知生物系统的基因结构组成,即DNA的序列及表达,和生物体系受基因或环境改变这样的外部刺激后,其代谢产物即内源性代谢物质的变化。研究内容在本论文中,我们以结直肠癌为基础,依赖临床样本,按其发育过程为模型,将结直肠癌及其癌旁样本按正常——浸润转移几个阶段(肿瘤侵及粘膜下层或肠壁固有肌层,肿瘤侵透固有肌层并侵达浆膜下,肿瘤已穿透腹膜或直接侵入其他脏器,淋巴结转移,远处转移)进行分类后,用转录组学(表达谱芯片技术)和代谢组学(气象色谱技术)等系统生物学技术手段和生物化学理论结合,结直肠癌发育过程中的代谢通路的变化进行了研究。之后针对其中的戊糖磷酸盐代谢途径在结直肠肿瘤发育过程中的其代谢基因和相关蛋白的变化,利用分子生物学实验进行了深入分析及验证,在佐证代谢表达谱数据分析可信度的同时,发现此途径中非氧化阶段的关键酶转酮酶(transketolase,TKT)和整个通路的关键限速酶葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)在癌中表达显著上调,尤其是在TNMI-TNM III期呈现显著趋势,这表明了戊糖磷酸盐代谢途径和结直肠癌发育的相关性。此外,针对代谢通路中较突出的酶之一,即表达肌苷相关酶的基因IMPDH2(肌苷-5’-单磷酸脱氢酶 2,Inosine-5’-monophosphate dehydrogenase 2)对肿瘤细胞系的影响,进行了探索性的实验验证,实验表明其在结直肠癌组织中表达上调,促进肿瘤细胞增殖,而腺苷-肌苷RNA编辑与癌症发病有密切关系。这也是对于应用基因组学和代谢组学相结合组学的“组学“研究方法得到了分子生物技术的实验验证。研究结论本研究阐释了结直肠癌几个重要的代谢途径中代谢酶的表达基因以及部分代谢产物的改变,综合分析后我们对结直肠癌代谢通路的变化有更为直观的发现。针对代谢通路整体对基因、蛋白、代谢产物进行系统的研究,各层次各阶段的研究有助于肿瘤代谢相关更进一步的研究和探索,发现肿瘤进展中的机理,藉基因组学与代谢组学对于肿瘤发生发展机制的阐明,提示代谢方向的基础研究的思路,为进一步从代谢组学方面提供对肿瘤发生发展的干预与阻断的研究途径与基础。