结直肠癌是最常见的胃肠道肿瘤之一,其发病率居世界恶性肿瘤的第三位,死亡率居世界癌症相关疾病的第四位。尽管结直肠癌的发病率目前趋于稳定,在西方国家甚至有所下降,但溃疡性结肠炎相关性结直肠癌的发生率预期将随溃疡性结肠炎发病率的增高而增高,因此早期诊断以及确认结直肠癌高风险患者具有非常重要的临床意义。当前肿瘤标志物是生命科学领域研究的热点之一,目前用于诊断结直肠癌的肿瘤标记物具有较多局限性,缺乏临床可用性。因而急需找到一个同时具有高灵敏度和高特异性的标记物用于临床筛查和诊断结直肠癌及高危溃疡性结肠炎群体,从而可以指导高危人群提高结肠活检筛查的频率、建议改变生活方式、给出化疗预防和治疗方式等策略,以期达到早期预防、早期治疗以及改善结直肠癌预后的重要临床作用。对于溃疡性结肠炎相关性结直肠癌癌变机制的研究将有助于明确肿瘤发生和发展的过程,为肿瘤临床早期诊断以及治疗靶点的选择提供理论依据。目前对其发病机制的研究主要专注于核基因的改变上,多项研究发现溃疡性结肠炎相关异型增生起源于组织学形态正常而分子学已经改变的区域。最近发现线粒体基因也参与了肿瘤的发生发展,有实验证明细胞色素C氧化酶的结构、功能变化可以反映线粒体基因及其功能的变化。第一部分我们利用免疫组化结合Nuance多光谱系统定量检测线粒体蛋白----细胞色素C氧化酶亚基1(CCO1)在散发性结直肠癌病程中的表达变化。结果发现CCO1蛋白在正常结肠黏膜隐窝、癌组织和肠外器官及淋巴结转移灶中呈高表达,在腺瘤中表达降低,而在癌旁组织中表达量最低。提示线粒体基因可能参与结直肠癌的发生与发展。接下来我们在溃疡性结肠炎相关性结直肠癌变模型中进一步探索线粒体在“炎症(非异型增生)-异型增生-癌”通路中的作用。在溃疡性结肠炎相关性结直肠患者手术切除结肠标本中选取多处不同病理等级的组织标本进行CCO1免疫组化染色,结果发现CCO1在越接近癌灶的非异型增生组织中表达水平越低,但是随着疾病的进展,CCO1在低级别、高级别异型增生和癌组织中的表达水平逐渐升高。我们推断CCO1在癌变早期时的显著下调可以作为鉴别诊断和预测溃疡性结肠炎相关癌变的有效标记物。第二部分我们在6例溃疡性结肠炎相关性高级别异型增生/癌患者(溃疡性结肠炎进展者)和6例溃疡性结肠炎患者(溃疡性结肠炎非进展者)病例中,每例分别选取3个非异型增生的组织标本。利用免疫组化技术检测两组样本CC01蛋白的表达；利用NanoString nCounter技术检测70个线粒体及其相关基因mRNA表达水平。结果显示CC01蛋白、mRNA表达水平在溃疡性结肠炎进展者非异型增生组织中显著降低。多个与线粒体结构、功能相关的基因也具有同样的表达变化。最后基于CC01蛋白以及多种线粒体mRNA标记物,运用统计学方法训练出了6种高灵敏度、高特异度的溃疡性结肠炎癌变的诊断模型。第三部分我们扩大患者及其组织的样本量,在28例溃疡性结肠炎进展者和28例溃疡性结肠炎非进展者病例中,每例分别选取6个非异型增生的组织标本,进行诊断模型的验证。依据ROC曲线分析结果,非异型增生组织的MT_CO1 mRNA水平具有较高的诊断效力(ROC曲线下面积为0.92)以及高灵敏度(91.67%)和高特异度(82.14%),是诊断溃疡性结肠炎癌变的最佳指标。另外我们还设计重复试验,评价NanoString nCounter系统对基因表达谱的检测性能。结果证实NanoString nCounter系统的检测结果具有高特异度、高精准度和高重现性的优点。第四部分,基于目前基因治疗的研究热点,结合我们第一部分发现的CC01/线粒体在结直肠癌中选择性高表达的特性,我们在体外细胞水平上,利用H2O2诱导结直肠癌细胞凋亡模型探究线粒体与肿瘤凋亡的关系。结果成功建立结直肠癌细胞凋亡模型,在凋亡模型基础上发现CC01蛋白表达、MT_CO1 mRNA表达均下降,细胞色素C氧化酶活性下降,推测线粒体可能在肿瘤细胞凋亡中发挥了重要作用,提示线粒体靶向抑制是结直肠癌治疗的新方向。综上所述,线粒体蛋白丢失发生在溃疡性结肠炎相关异型增生组织形态学改变出现之前；线粒体蛋白在溃疡性结肠炎相关高级别异型增生和癌中恢复。非异型增生组织的MT_CO1 mRNA水平对溃疡性结肠炎相关性结直肠癌有较高的诊断价值。抑制线粒体功能可能促进结直肠癌细胞的凋亡。