摘要
目的： 结直肠癌(colorectal cancer,CRC)是临床上常见的消化道恶性肿瘤之一，目前是国内恶性肿瘤发病人数第二位，致死人数第五位的癌症种类。尽管结直肠癌的诊断和治疗在不断进步，临床应用也有可观的进展，但晚期CRC患者的预后仍不容乐观，这主要归因于肿瘤复发和远处器官转移，其中导致肿瘤复发的主要原因之一是化疗耐药。相关研究表明：细胞外基质(extracellular matrix,ECM)在诱导化疗耐药起到重要作用。ECM的构成成分可作为物理屏障影响药物的摄取和降解;基质中胶原蛋白的胶质沉积引起组织纤维化可以影响肿瘤细胞的药物敏感性;此外，ECM中受体间相互作用可激活与癌症生存相关的信号通路来促进肿瘤耐药，如粘附斑激酶(focal adhesion kinase,FAK)等。对于晚期及转移性结直肠肿瘤患者治疗选择，化学治疗是常规及必要手段，而5-氟尿嘧啶(5-FU)是CRC化疗中广泛使用的单一药物或全身化疗的关键成分。目前临床上仍有部分病人对此方案不敏感，因此，探究影响结直肠癌化疗效果，诱导肿瘤化疗耐药的潜在分子机制可为临床上结直肠癌的诊疗提供精准的个性化治疗。 方法： 本研究整合了癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)数据库中结直肠癌项目中的RNA-seq数据和临床数据进行生物信息学分析，以确定结直肠癌5-FU耐药的潜在分子机制。首先确定耐药组和敏感组存在差异表达的基因，然后对表达存在差异的基因进行了权重基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA),并联系样本生存资料，探索与CRC耐药与否的相关性，鉴定出与CRC化疗耐药相关的关键模块基因。进一步，我们对筛选的关键模块基因进行基因富集与功能通路分析，了解其可能参与化疗耐药的功能通路。接着，对关键模块基因构建的PPI网络进行分析，在Cytoscape软件中利用MCODE和Cytohubba插件筛选功能模块进一步明确枢纽基因，通过生存分析和文献研究确定后续研究对象。最后，通过Linkedomics数据库对枢纽基因进行了初步验证，并探讨其参与化疗耐药的潜在机制。 结果： 本研究中我们通过对TCGA基因组测序数据的组学分析，我们发现化疗耐药组与和化疗敏感组样本在表达水平上存在差异，其中表达水平上调有1774个基因，表达下调的有1427个基因;基于WGCNA对差异表达基因分析确定了2个与结直肠癌化疗耐药相关的基因模块，通过对基因模块与临床性状进行相关性分析得到与化疗耐药相关性最强的蓝绿色基因模块。该模块基因的功能富集及通路分析发现其主要富集的通路如PI3K-AKT、FAK、ECM及Hedgehog等均与结直肠癌化疗耐药发生有着密切关系;接着构建该模块基因的PPI网络，经Cytoscape中MCODE及Cytohubba插件分析获得8个枢纽基因：COL3A1,COL1A1,COL1A2,MMP2,BGN,FBN1,COL6A3,THBS2。基于TCGA中CRC肿瘤样本的表达数据和临床信息进行枢纽基因验证，通过分析枢纽基因的表达与患者生存之间的潜在关联,我们发现BGN、THBS2及COL1A2在CRC样本中高表达，并且高表达的BGN、THBS2及COL1A2与CRC预后差显著相关。进一步确认COL1A2为研究对象后，通过Linkedomics数据库分析出COL1A2可能参与细胞外基质的构成和调节的生物过程，并可能通过激活粘着斑激酶（FAK）通路诱导CRC化疗耐药。 结论： 本研究通过生物信息学分析方法找到了对结直肠癌5-FU化疗耐药显著相关且关联结直肠癌不良预后的三种枢纽基因BGN、THBS2和COL1A2,其有望成为逆转化疗耐药新的分子标志物。同时对枢纽基因通路富集情况进行了详细讨论，确定了COL1A2激活FAK信号通路诱导化疗耐药的可能性，这对后续探索结直肠癌5-FU耐药的分子机制提供充分的理论准备。
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