【背景与目的】结直肠癌(Colorectal Cancer,CRC)是消化系统最常见的恶性肿瘤,它在世界范围内的发病率仅次于乳腺癌和肺癌居第三位,死亡率仅次于肺癌居第二位。由于结直肠癌早期症状比较隐匿,临床上大多数患者就诊时已经处于疾病的中晚期。同时,结直肠癌易发生转移,尤其是血行转移。其中,25%~50%的结直肠癌患者在病程中会同时或异时发生肝转移,给临床治疗带来很大困难。此外,结直肠癌虽然对化疗药物相对敏感,但患者之间也存在明显的异质性。结直肠癌的发生和发展是一个多阶段、多步骤过程,其中多种癌基因的活化和抑癌基因的失活是导致结直肠癌发生和发展的关键因素。越来越多的研究表明,结直肠癌的分子特征也可能影响患者的预后,发现新的结直肠癌的分子特征,不仅可以提供更准确的诊断和治疗策略,也可以为新的治疗靶点的开发提供重要的线索和信息。肿瘤的发生发展取决于环境因素和宿主因素的相互作用。外源性致癌物进入体内后,可经代谢活化酶(Ⅰ相药物代谢酶)活化,成为致癌物并造成细胞损伤,也可由代谢解毒酶(Ⅱ相药物代谢酶)降解排出,致癌物在体内代谢途径与两类代谢酶活性水平及彼此的平衡关系密切相关。不同个体间药物代谢酶活性的差异可导致个体肿瘤易感性的差异。药物代谢通路失调也是肿瘤产生耐药性的潜在重要机制。N-乙酰转移酶1(N-acetyltransferase 1,NAT1)是一种II相药物代谢酶,催化体内含氮化合物的乙酰化以促其解毒或降解,尤其是参与杂环胺和多环芳香烃等致癌物的代谢。编码NAT1的基因位于染色体8p22附近,具有显著的单核苷酸多态性。最近的证据表明,NAT1与乳腺癌、肺癌、膀胱癌等多种肿瘤的易感性相关,并在部分肿瘤中异常表达,而在结直肠癌中研究尚不多见。因此,本研究对公共数据库进行生物信息学分析,同时进行了临床标本、细胞系以及动物实验,探讨NAT1在结直肠癌中的表达及其临床意义,研究其对结直肠癌的生物学作用并初步探讨其可能的分子机制。【方法】1.利用公共数据库筛选与结直肠相关药物代谢酶基因:从TCGA(The Cancer Genome Atlas)数据库中下载644例结直肠癌患者的转录组数据及患者临床资料,分析NAT1在结直肠癌及癌旁正常组织中的表达是否存在差异。根据NAT1表达水平不同,将结直肠癌患者分为高表达NAT1和低表达NAT1两组,初步探究NAT1表达水平与结直肠癌临床病理特征及预后的关系。同时,利用多个生物信息学数据库对该结果进行验证。2.研究NAT1在结直肠癌中的表达情况及其临床意义:获取10对结直肠癌组织和癌旁组织标本,采用实时荧光定量PCR和免疫蛋白印迹(Western blot)分析癌组织和癌旁正常组织中NAT1 m RNA和蛋白表达的差异;采用免疫组织化学方法分析96例结直肠癌患者病理切片中NAT1的表达水平,探讨NAT1表达水平与结直肠癌患者临床病理特征及预后的关系;通过单因素和多因素Cox分析进一步研究影响结直肠癌患者预后的危险因素。3.研究NAT1过表达对结直肠癌恶性生物学行为的影响:NAT1在结直肠癌细胞系的表达含量低于正常结直肠黏膜上皮细胞NCM460,其中SW620和HCT 116表达水平最低。选用SW620和HCT 116作为研究对象,通过CCK-8实验、克隆形成实验、Ed U实验、划痕实验、Transwell实验和流式细胞分析技术研究NAT1过表达对结直肠癌细胞增殖、凋亡、迁移和侵袭的影响。4.使用Western blot检测NAT1过表达后,凋亡相关蛋白(Caspase 3,Cleaved-Caspase 3;Caspase 9,Cleaved-Caspase 9、PARP和Cleaved-PARP)、EMT和侵袭相关分子(E-cadherin、Vimentin、MMP-2和MMP-9)以此网站及MAPK细胞信号通路相关蛋白(ERK,JNK及PGSK2118436分子量38)的表达。采用裸鼠皮下异种移植瘤模型,研究NAT1对体内结直肠癌细胞生长的影响。【结果】对TCGA数据库分析显示NAT1在结直肠癌组织中的表达水平显著低于癌旁正常组织,患者NAT1表达水平越低,其总生存越差,NAT1还与患者的TNM病理分期呈显著负相关。从临床样本得出的数据,与上述结果基本一致,并且发现NAT1表达水平与肿瘤直径及肿瘤的分化程度呈负相关。细胞水平实验表明,NAT1过表达可以抑制肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭,促进细胞凋亡。NAT1的过表达可伴随:(1)Cleaved-Caspase9、Cleaved-Caspase 3和Cleaved-PARP表达增多,而PARP表达减少;(2)E-cadherin表达水平升高,Vimentin、MMP-2和MMP-9表达水平的下调;(3)MAPK信号通路关键分子ERK、JNK和P38的磷酸化水平增高。体外实验表明,过表达Ncaecal microbiotaAT1可以抑制裸鼠体内人结肠癌细胞成瘤能力。【结论】NAT1在结直肠癌中明显低表达,且其低表达与结直肠患者不良预后有关。NAT1高表达能抑制结肠癌细胞的恶性生物学行为,包括抑制细胞增殖、促进细胞凋亡和抑制细胞迁移、侵袭的作用。NAT1可能与凋亡通路、EMT以及MAPK细胞信号通路存在关系。