结直肠癌发生和发展的分子生物学基础
（—）染色体的不稳定性
染色体的不稳定性（chromosomal instability，CIN）是指染色体的全部或大部分不断增加或丢失的现象，从而导致细胞核型产生变异。该现象涉及的基因变化主要包括APC、TP53、18qLOH等抑癌基因的失活，以及原癌基因K-ras、c-Src、c-Myc等的激活，是结直肠组织从正常黏膜上皮发展至腺瘤甚至腺癌的组织学过程中的经典分子模式。
1.APC-β-catenin通路
APC基因为一种抑癌基因，约80％的结直肠腺瘤和腺癌患者体内可检测出该基因的突变。这一分子事件的发生要早于K-ras和TP53基因突变，可能属于散发性结直肠癌发生的始动性基因变化。APC基因通过负性调控转录因子β-catenin蛋白参与Wnt信号通路，而Wnt信号通路是调控细胞增殖、分化的关键通路之一。当APC基因发生突变时其蛋白表达下调，导致APC蛋白无法与β-catenin结合形成三聚体复合物（GSK-3β、APC、Axin），此时β-catenin被持续激活并大量蓄积在细胞核和细胞质中，进而激活促进细胞增殖基因（如c-Myc、cyclin D1等下游基因）的转录，使细胞异常增殖形成肿瘤。
2.K-ras基因突变
K-ras基因属于RAS家族成员之一，30％～50％的结直肠癌患者存在K-ras基因突变。RAS蛋白是酪氨酸激酶受体的下游效应器，可通过不同途径调控细胞分裂、分化、凋亡等。其中最具代表性的途径就是丝裂原激活蛋白激酶（MAPK）信号转导途径（Ras-Raf-MEK-ERK）。当K-ras基因被激活后，其与GDP的结合能力降低，此时GTP取代GDP与Ras结合，进而可通过Raf激酶磷酸化MAP2K，后者再激活MAPK，最后转至细胞核内直接激活转录因子（如c-Myc等），促进细胞分裂和增殖。
3.TP53基因(https://www.daowen.com)
TP53基因是细胞增殖的“门卫基因”，其编码的p53蛋白作为一种转录因子，在DNA损伤或致癌压力下被激活，进一步活化p21基因，从而诱导细胞周期阻滞在G1期，使DNA损伤得以修复。正常的p53蛋白在细胞周期的各个阶段都发挥调节作用以确保DNA修复系统正常工作。当TP53基因发生突变后，p53蛋白的功能被抑制，此时p53蛋白对细胞周期的负性调控作用降低，导致DNA错配及基因突变发生率大大增高，最终引起细胞的恶性增殖。TP53基因突变和杂合性缺失主要出现在结直肠癌发生过程的后期，是腺瘤转变为腺癌的重要分子事件。
（二）微卫星不稳定性
Miesfeld于1981年从人类基因文库中发现一段长2～10nt的片段，该片段可进行简单而有规律的重复，他将这一小段核苷酸片段称为微卫星。在正常情况下，同一个体内的微卫星的长度和核苷酸排序保持不变，称为微卫星稳定。与其他核苷酸序列相比，微卫星具有更高的突变率，因为DNA聚合酶串行在这些序列上时，更容易犯错。在某些因素作用下，微卫星的DNA在复制过程中出现双链分子的碱基错配、插入或丢失，引起微卫星的结构发生改变，这种微卫星结构发生重复无规律的改变的现象称为微卫星不稳定性（microsatellite instability，MSI）。正常的错配修复（mismatch repair，MMR）系统可通过切除逃脱DNA聚合酶核对功能后产生的错误，纠正错配，辅助维持基因完整性，但当MLH1、MSH2、MSH6和PMS1等MMR系统相关基因的启动子发生获得性甲基化或MMR系统相关基因发生点突变时可造成MMR系统缺陷和MSI。MSI又可导致BRAF等重要的原癌基因活化，以及多种抑癌基因如转化生长因子β受体2（TGFBR2）基因和编码Bax蛋白的基因失活，从而促进结直肠癌的发生。研究显示，约15％的结直肠癌患者存在MMR系统功能缺失，同时10％～15％的散发性结直肠癌起因于MSI。
MSI通路中，BRAF基因经常被活化；在散发性MSI-H肿瘤中，BRAF基因突变发生率为40％～50％。BRAF是一种原癌基因，在调节MAPK信号通路中发挥重要作用，而MAPK信号通路可调节细胞的生长和分化。在结直肠癌患者中BRAF基因突变发生率为5％～15％，其中80％涉及BRAF基因第15号外显子的第1799位核苷酸上的胸腺嘧啶-腺嘌呤的转换，引起第600位的氨基酸由缬氨酸（V）突变为谷氨酸（E），BRAF V600E突变体的产生显著增强了BRAF基因的活性，最终导致MAPK信号通路激活，结直肠癌发生。
（三）CpG岛甲基化表型
目前研究最广的人类表观遗传修饰就是DNA甲基化，它是指在DNA甲基化转移酶的作用下，将甲基转移至碱基特定结构上的过程。通常是CpG二核苷酸5'-端的胞嘧啶变为5'-甲基胞嘧啶。研究表明，DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式发生改变，从而调控基因的表达。在哺乳动物中，CpG序列在基因组中出现的频率只有约1％，但在基因组的某些区域中CpG序列密度很高，可达平均值的5倍以上，称为CpG岛。它常位于基因启动子区或第一个外显子区。在哺乳动物基因组中约有4万个CpG岛，而且只有CpG岛的胞嘧啶能够被甲基化。在肿瘤发生时，抑癌基因的CpG岛中的CpG序列呈高度甲基化状态，从而导致这些抑癌基因失活，肿瘤发生。研究显示，在35％～40％的结直肠癌患者体内发现CpG岛甲基化表型（CpG island methylator phenotype，CIMP），通常还伴有MSI和BRAF基因突变。