结直肠癌(Colorectal cancer,CRC)是一种常见的消化系统恶性肿瘤,严重威胁着人类健康。在我国,结直肠癌的发病率和死亡率正逐年增加,且呈年轻化趋势。结直肠癌的发生发展是一个多因素、多步骤的过程,发病机制尚不完全清楚。目前CRC病人5年存活率仍低于60%,临床疗效评价及预后监控还有待进一步改善。因此,发展简单、可行的结直肠癌诊断及监控方法是提高CRC病人生存率亟待解决的关键问题。随着“人类基因组计划”的实施和完成,人类对生命活动的研究进入了系统生物学时代。代谢组学作为一门迅速崛起的系统生物学分支,通过研究机体在不同生理病理状态下所产生的代谢产物变化规律来揭示疾病相关的代谢本质,在癌症研究领域展现出巨大的发展潜力。糖链作为重要的生物信息分子,在生命过程中的作用越来越受到人们重视,应运而生的糖组学为全面理解癌症的发病机制提供了新的思路和视野。鉴于“组学技术”全面系统的研究策略和优势,本研究以结直肠癌为研究对象,第一部分利用色谱-质谱联用的代谢组学技术平台,对CRC病人的血清代谢谱进行了代谢组学分析,对所筛选到的疾病相关候选代谢性生物标志物进行了考察。第二部分通过建立优化凝集素芯片的糖组学技术平台,对CRC病人组织的糖链表达谱变化进行了研究,改进了一套筛选疾病相关糖链生物标志物的方法。本论文还尝试对结直肠癌的代谢组学和糖组学之间的联系进行探索性研究,但目前还是存在一定局限,尚未找到两者之间联系的切入点。本论文的主要研究内容和结果如下:1.首先,利用气相色谱-飞行时间质谱(gc-tofms)和超高效液相色谱–四极杆飞行时间串联质谱(uplc–qtofms)平台,对101例crc病人和102例健康对照者的血清样本进行检测分析,得到了稳定的血清代谢谱,并对代谢物进行鉴定。通过对两个平台的比较分析,结果发现利用不同检测窗口观察到的代谢物存在很大的互补空间。本研究联合两个平台鉴定出249种血清代谢物,得到了目前结直肠癌血清代谢组学研究中相对较全面已鉴定的血清代谢表达谱。2.利用训练样本集的249种血清代谢物,采用正交偏最小二乘-判别分析法(opls-da)建立结直肠癌的诊断模型,通过测试样本集对该模型的预测能力进行验证,结果显示该opls-da模型具有稳定可靠的鉴别能力。基于统计分析筛选出72种血清差异代谢物,并与前期结直肠癌的血清代谢组学研究结果进行了比较,结果显示:本研究在验证了前期研究结果的基础上,还大大扩充了结直肠癌血清差异代谢物库。这些血清差异代谢物全面地反映了crc病人体内的代谢紊乱现象,包括:糖酵解、氨基酸代谢、三羧酸循环、尿素循环、脂代谢、以及肠道菌群相关代谢。特别地,本研究比较全面地从血清代谢水平上观察到了crc病人体内异常加剧的脂类代谢。3.综合统计分析结果筛选出了7个潜在的crc诊断标志物,主要涉及到脂类代谢、三羧酸循环、尿素循环、氨基酸代谢、以及肠道菌群相关代谢通路。另外,通过考察预后良好组和预后不良组crc病人之间血清代谢谱的差异,筛选出了4个与crc预后相关的候选代谢物,同样涉及到三羧酸循环、尿素循环、脂肪酸代谢、以及氨基酸代谢。研究结果显示:这些关键的差异小分子代谢物具有良好的临床应用潜能。4.利用凝集素芯片的糖组学技术平台,对crc病人临床组织芯片样本的组织糖链谱进行了检测和分析,观察到病灶组织的糖链谱发生了明显改变,并存在一定的规律。筛选到能指示肿瘤组织与正常组织之间糖链信号差异的凝集素。通过比较分析crc病人体内淋巴结转移与否和糖链变化的关系,发现部分指示淋巴结转移的候选凝集素。5.联合利用组织芯片、凝集素芯片、及凝集素亲和捕获技术,发展了一套灵敏、简单、有效地寻找疾病相关糖链生物标志物的方法。以结直肠癌为研究对象,针对预后良好组和预后不良组的crc病人组织糖链谱进行了深入细致的比较分析,筛选出与结直肠癌预后密切相关的特异性候选糖蛋白,并设计出了目标糖蛋白的优化富集方案。本课题分别应用代谢组学技术和糖组学技术对结直肠癌进行研究。旨在从系统的角度出发,基于不同观测窗口对结直肠癌所引起的人体代谢产物和糖链等末端信号表征分子的变化特征进行探讨,为结直肠癌的分子发病机制研究提供一些参考;并尝试筛选与结直肠癌密切相关的候选标志物,为结直肠癌的临床诊断、预后监控、以及新药开发提供有用信息。另外,本研究发展了一套寻找疾病相关糖链生物标志物的研究方法,为解决糖组学在癌症研究中的技术难点提供了新的改进思路。