背景和目的:结直肠癌是全球第三大常见恶性肿瘤。在中国,直肠癌的发病率约占结直肠癌总发病率的60%,且其临床预后较差。这项研究通过生物信息学技术分析找出直肠癌中的差异表达基因,为直肠癌提供新的治疗靶点。材料和方法:从GEO数据库下载GSE20842、GSE136735、GSE139814基因芯片数据集,通过GEO2R获得直肠癌中的差异表达基因,使用R包cluster Profiler完成所选差异基因的GO分析和KEGG通路分析并用于解释差异表达基因的富集。蛋白质-蛋白质相互作用网络由STRING数据库构建,使用Cytoscape软件来筛选蛋白相互作用网络中的核心网络基因,并在TCGA数据库中验证其差异表达情况。结果:本实验共发现379个差异表达基因,其中有376个基因具有相同的表达趋势,包括179个上调基因和197个下调基因(调整后p<0.05并且|log2 FC|>2)。通过GO富集分析(p<0.05)发现他们主要参与胶原分解代谢过程、炎症反应、中性粒细胞的趋化性、碳酸氢盐运输、一碳代谢过程等生物学过程。分子功能主要包括趋化因子受体结合、丝氨酸型内肽酶活性、趋化因子活性等功能;而细胞组分提示这些差异基因主要集中在细胞外基质。KEGG通路富集分析(p<0.05)显示主要的信号通路包括细胞因子-细胞因子受体相互作用、蛋白质消化和吸收、氮代谢等信号通路过程。Cytohubba(Cytoscape中的软件)分析发现金属蛋白酶组织抑制因子-1(metallopeptidase inhibitor 1,TIMP1)、角蛋白20(keratin20,KRT20),重组人分泌粒蛋白-2(recombinant human secretogranin-2,SCG2),基质金属蛋白酶-3(matrix metallopeptidase 3,MMP3),C-X-C基序趋化因子配体2(C-X-C motif chemokine ligand 2,CXCL2),蜗牛家族转录阻遏物1(snail family transcriptional repressor 1,SNAI1),基质金属蛋白酶-7(matrix metallopeptidase7,MMP7),嗜铬粒蛋白A(chromogranin A,CHGA),肽YY(peptide YY,PYY),血小板反应蛋白2(thrombospondin 2,THBS2),嗜铬粒蛋白B(chromogranin B,CHGB),生长抑素(somatostatin,SST),胰高血糖素(glucagon,GCG),聚集蛋白聚糖(aggrecan,ACAN),血清淀粉样蛋白A1(serum amyloid A1,SAA1)这15个基因可能为诱导直肠癌发生发展的关键基因(p<0.05)。通过TCGA数据库进一步验证这15个基因,最后筛选出MMP3,CXCL2、ACAN、TIMP1关键基因,且这4个基因在直肠癌组织中高表达(p<0.05)。结论:本研究通过生物信息学分析筛选出直肠癌和正常肠管组织中差异表达的4个基因,分别为MMP3,CXCL2、ACAN、TIMP1,表明其可能是直肠癌发病的重要调控基因。