小鼠AOM结直肠癌模型的微进化研究

结直肠癌是危害人民健康的严重疾病，它的发病机制尚不清楚。我们拟从小鼠AOM结直肠癌模型着手，在不同时间点和不同病理部位取样，对结直肠上皮组织的全基因组、甲基化基因组和功能性通路活性开展系统的测定和分析。我们将采用多重的生物信息解析方法，从"前景突变"和"背景突变"、群体突变速率、基因组突变的功能聚类和功能通路的代谢流量控制等角度，立体地研究基因组突变数据与结直肠癌病程发展之间的关系，试图以微进化分析方法诠释结直肠上皮细胞适应性炎性发生，逐渐恶性转化至肿瘤细胞的分子病理过程；并找到在病程中发挥关键作用的关键基因组突变，探索细胞癌变过程中的多基因作用机制。我们在本项目中第一次提出用微进化研究方法探索结直肠癌发生和发展的分子机制。其研究成果不仅将从一个全新的角度分析结直肠癌的分子病理进程，而且将为肿瘤分子机制建立微进化研究的思路和方法。

AOM/DSS小鼠模型是人结直肠癌发病机制研究中应用最为广泛的动物模型之一，由AOM诱发的基因突变在其成瘤过程中发挥核心作用；但是目前尚没有人在基因组水平上对该模型的遗传变异规律进行系统性描述，也缺乏在肿瘤发生发展过程中的多基因作用机制研究。.我们根据AOM-DSS小鼠模型中结直肠癌的自然病程，在建模的不同时间点分别采集了正常粘膜组织、瘤前病变、形成期肿瘤、进展期肿瘤及对应的瘤旁组织等六组样本，完成了全基因组扩增基础上的外显子组测序。在成功辨别瘤前病变和肿瘤样品中的体细胞突变后，我们分析了该模型中AOM的作用模式和基因组变异特征，以及伴随结直肠癌进程的基因组演化规律；同时还通过分析AOM/DSS小鼠模型中显著变异基因和信号通路的功能扰动，对结直肠粘膜上皮细胞发生恶性转化并逐步适应炎症环境的微进化进程、及其中的多基因作用机制进行了探索。.我们发现AOM可以在建模期间持续引起遗传变异，其变异频率、类型和分布特征均能较好地模拟人结直肠癌（特别是微卫星不稳定型）的基因组变异特征；并且找到了一组在AOM/DSS小鼠模型中显著变异的基因和信号通路，如Sp110、Ran、Camkk1，以及MAPK、TGF-信号通路、胰岛素通路、细胞外基质-受体互作通路，等等。我们还发现一些负责感受环境变化的细胞信号通路在部分肿瘤期样本中存在显著功能紊乱，这是它们为了应对DSS诱发的反复炎症刺激，而做出的适应性改变。然而在整体上，我们并无法通过基因组上的遗传变异及其分布特征，对瘤前病变、形成期肿瘤、进展期肿瘤进行区分；这提示在AOM-DSS小鼠模型中多数关键基因突变出现在瘤前病变期之前，它们很大程度上决定了整个病程的顺序发展。此外在功能变异基因和信号通路的层次上，该模型并不存在统一的致瘤机制，说明肿瘤的形成是一个在AOM随机诱变产生的庞大克隆群体的基础上、被DSS相关炎症环境不断筛选得到优势克隆的过程。.本项目实现了针对微量组织样本的、全基因组扩增基础上的外显子组测序，并且发展了与该实验方案相适应的体细胞突变分析方法；通过对AOM-DSS小鼠模型结直肠上皮细胞外显子组的动态追踪，以遗传变异的视角，在药物代谢动力学、肿瘤发病机制及其在结直肠癌研究中的代表性等多个方面，加深了人们对于该模型认识，对于人结直肠癌的相关研究具有重要的借鉴意义。