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世界范围内直肠癌的发病率呈持续上升的趋势。进展期直肠癌患者出现复发和转移的风险较高,同步放化疗联合根治性切除手术是进展期直肠癌患者的主要临床治疗方式。由于个体遗传差异和肿瘤异质性,患者对同步放化疗的疗效反应和毒副反应存在较大差异,本研究旨在通过全基因组表达谱芯片检测探讨直肠癌术前同步放化疗疗效相关的基因表达特征和分子生物学机制,通过候选基因策略鉴定直肠癌术后同步放化疗毒副反应和生存相关的遗传变异。本研究首先入组81例术前同步化疗联合根治性手术的直肠癌患者,进行术前肿瘤组织的全基因组表达检测,通过t检验比较30例治疗敏感组和14例不敏感组基因表达的差异,采用P<0.05且Fold Change≥2.0的标准共筛选出179个差异表达的探针,通过模型筛选构建了由差异最显著的20个基因组成的疗效预测模型,在发现阶段的44例样本中该模型的疗效预测正确率为100%。根据该模型可以将37例中度敏感的患者分成30例治疗敏感组和7例治疗不敏感组,这两组在无病生存时间和残余癌细胞比例两个方面均具有显著的差异(P=0.0004；P=0.0377)。通过定量PCR的方法在45例验证样本中检测20个基因的表达水平,采用受试者工作曲线的方法发现20个基因组成的表达特征能够较好地区分不同治疗反应的病人(AUC=0.815；95% CI=0.662-0.968；P=0.0173)。通过进一步的数据分析,发现ZNF37A高表达的直肠癌患者对同步放化疗更敏感,而且无病生存期延长。通过体内和体外表型实验发现高表达ZNF37A后肠癌细胞和皮下移植瘤对放化疗敏感性增加,低表达ZNF37A后其对放化疗敏感性降低。ZNF37A是已知的转录抑制因子,通过共表达分析发现与ZNF37A表达负相关的372个基因中有8个显著富集在凋亡信号通路中,通过在细胞系中进行检测发现高表达ZNF37A后TNFRSF6B的表达显著下降,而低表达ZNF37A后TNFRSF6B的表达显著增高。通过ChIP-qPCR和报告基因实验证实ZNF37A可以和TNFRSF6B的启动子区结合并抑制其转录。而且在放化疗处理组,高表达ZNF37A后促进细胞凋亡的发生；而低表达ZNF37A后抑制细胞凋亡的发生。进一步降低细胞系中TNFRSF6B的表达水平后,细胞凋亡增加,恢复对放化疗的敏感性。临床特征和治疗方式相似的直肠癌患者,接受同步放化疗后的毒副反应和生存时间相差较大,而个体遗传因素是导致毒副反应和生存时间差异的重要因素。MicroRNAs是一类重要的小分子非编码RNA,主要通过5’端的2-8个碱基(种子区)与目的基因的3’UTR结合,通过对目的基因的转录后调控,参与多种细胞生物学过程。因此我们候选位于miRNA种子区且在中国北方汉族人群中MAF大于0.1的18个遗传变异,在365例直肠癌术后同步放化疗的患者中进行遗传变异与患者毒副作用的发生和生存时间的关联研究。通过Logistic回归模型计算各遗传变异基因型与毒副反应发生风险的OR和95%可信区间;Cox比例风险模型计算各遗传变异基因型与患者生存时间的HR和95%可信区间。通过数据分析发现,位于hsa-miR-4707-3p种子区的rs2273626与直肠癌患者中重度白细胞减少的发生相关,加性模型中多因素校正后的OR值为0.48(95% CI=0.31-0.74；P=0.0009)；位于hsa-miR-4274种子区的rs202195689与直肠癌患者总生存时间和无病生存时间相关,加性模型中多因素校正后的HR值分别为1.94(95%CI=1.19-3.14；P=0.0074)和1.83(95% CI=1.24-2.72；P=0.0026)。本研究构建了直肠癌术前同步放化疗的疗效预测模型,并且发现疗效差异表达基因ZNF37A能够通过转录抑制TNFRSF6B的表达,促进放化疗后细胞凋亡的发生,增加细胞的放化疗敏感性。直肠癌放化疗毒副反应和预后相关的遗传变异研究显示,位于miRNA种子区的遗传变异能够降低中重度白细胞减少的发生或与患者的预后不良相关。这些研究对于深入理解直肠癌患者临床治疗反应的差异和指导个体化治疗具有重要的理论意义和潜在的应用价值。