基于分子动态模拟的血/尿液中胃癌淋巴结转移诊断标志物簇的系统性筛选及验证

The lymph node metastasis mechanism of gastric cancer cells is very complex. At early metastasis stages, lots of small changes are difficult to be detected by traditional imaging technology. When gastric cancer cells start the transformation, however, the specific molecular products are generated. Hence, if it is possible to systemically detect the molecular markers described above by blood/ urine tests, at early metastasis stages,the detections will have an important potential application prospects in the choice of gastric cancer treatment and in the improvement of prognosis. In this study, we will systemically annotate the central node molecules in different gastric lymph node metastasis stages by the comparatively analysis of the transcriptomedata ofgastric cancer cells in different gastric cancer lymph node metastasis stages and the molecular coupling in regulation networks. Then we will utilize the molecular dynamic simulation technology built in our preliminary studies to establish a molecular modelthat shows how metabolitesentrance the blood/urine cycle. Finally, we will verify the molecular model through large-scale clinical samples detection, and build a new high-throughput screeningpattern of diagnostic markers inblood/urine cycle. This study will accomplish the identification of functional molecules in specific stages of cancer cells and finish the molecular modeling of the circulation of body fluid entrance procedure with the integration of molecular biology and bioinformatics technology. And this interdisciplinary, integrated, innovative study has important theoretical significance and practical application value for the diagnosis and treatment of cancer.

胃癌细胞发生淋巴结转移的机制极其复杂，很多改变在早期尚不能通过影像学技术检测到。但是，当细胞早期发生变化时，这些变化的本身或应激系统就会产生相应的分子产物。因此，如果能通过血/尿液检测，在胃癌发生淋巴结转移的早期实现上述分子标记物簇的系统性筛查，将对胃癌治疗方式的选择及改善预后具有重要应用前景和意义。本项目拟通过对胃癌淋巴结转移不同时相、不同分期的转录组数据进行对比分析及调控网络的分子偶联，系统注释胃癌淋巴结转移不同分期的中枢节点分子，通过项目组前期建立的分子动态模拟技术实现节点分子进入血/尿液循环的分子筛选，最终通过临床样本的检测及验证，建立血/尿液循环中胃癌淋巴结转移诊断标志物高通量筛选的新模式。项目整合分子生物学及生物信息学技术，完成肿瘤细胞特定阶段功能分子的鉴别及进入体液循环的分子建模，其跨学科的综合性、创新性研究将对癌症的诊断及治疗都具有重要的理论意义与实际应用价值。

项目在胃癌淋巴结转移血液诊断标志物鉴定方面开展了系统性研究，我们成功地鉴定了2组胃癌淋巴结侵袭转移血液诊断标志物。我们应用基因芯片技术，检测了胃癌组织及癌旁组织的转录组数据集。基于前期自主研发的人工智能生物数据云处理QUBIC双聚类技术，我们筛选了差异表达分子，并应用分子动态模拟技术，对差异表达基因进行分子偶联分析，构建胃癌特异性分子调控模块。接下来通过GO基因功能注释、KEGG代谢通路富集并结合患者临床病理信息，我们预测“miR-31/E2F2”和“let-7i/COL1A1”两个调控轴可能在胃癌淋巴结转移过程中起到关键调节作用，也是潜在胃癌淋巴结转移、预后监测的重要靶分子。基于此项目进一步对“miR-31/E2F2”和“let-7i/COL1A1”调控轴的生物学功能进行深入地探索。通过qRT-PCR检测及统计学分析，我们鉴定miR-31在胃癌组织中呈现显著低表达，且其低表达水平与胃癌的分化、淋巴结转移、T分期及不良预后呈显著负相关。并通过一系列体内体外实验证明此miR-31能够通过调节E2F2对胃癌肿瘤细胞的增殖、凋亡、迁移、侵袭等能力进行调控。同时我们鉴定let-7i在胃癌组织中呈现显著低表达，且其低表达水平与胃癌的分化、淋巴结转移、T分期及不良预后呈显著负相关。通过系列体内体外实验证明let-7i能够通过调节COL1A1对胃癌肿瘤细胞的增殖、凋亡、迁移、侵袭等能力进行调控。最后经分子入体液模拟评估模型分析，项目预测miR-31及let-7i可进入血液，我们在临床大样本中通过qRT-PCR检测，鉴定在胃癌患者血清中，miR-31呈现显著低表达与组织中的表达趋势一致，经Kaplan-Meier分析确定且其低表达水平与胃癌的低分化、淋巴结转移、T 分期及不良预后呈显著负相关。与此同时，let-7i在胃癌血液中的表达水平要显著低于在正常人血液中的表达水平，let-7i的表达水平能够较好地区分胃癌的浸润程度（p<0.05）及淋巴结转移（p<0.05）程度；但与患者的年龄、性别、以及远处转移等特征并无明显的相关性。