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原癌基因的激活或者抑癌基因的异常表达是癌症发病的主要原因。而RAS基因家族中的Kras基因突变更是被认定为导致多种癌症特别是结直肠癌发病的主要元凶。所以,对于Kras基因发生突变细胞的生化及其代谢产物变化的研究对于结直肠癌的早期检测以及后续治疗具有十分重要的意义。本文以光镊拉曼光谱和核磁共振波谱为研究手段,研究了Kras基因野生型与突变型结直肠癌细胞的谱学特征,结合多种统计分析方法,探究结直肠癌细胞发生Kras突变引起的生化分子的特异性变化。主要研究内容包括:第一、以DLD-1(Kras突变型)和DKS-8(Kras野生型),HEK-3(Kras野生型)和HCT-116(Kras突变型)为研究对象,利用光镊拉曼光谱系统,采用PCA-LDA统计分析方法,对具有不同Kras基因突变状态的结直肠癌细胞样品进行判别分析。对于DLD-1(Kras突变型)和DKS-8(Kras野生型)获得诊断灵敏度和特异性分别为96.5%和98.6%,对于HEK-3(Kras野生型)和HCT-116(Kras突变型)获得诊断灵敏度和特异性分别为97.5%和96.5%。这一结果表明,Kras基因突变会使细胞内的生化分子含量发生明显变化。通过分析细胞拉曼光谱的谱峰强度以及谱峰归属,发现与野生型细胞相比,突变型细胞DNA的浓度有所上升,而蛋白质与脂质的浓度有所降低。第二、同样采用上述四株细胞,分别开展Kras基因野生型与突变型细胞的代谢特征研究。将基于核磁共振的代谢组学方法引入到Kras基因突变研究中,利用统计分析方法获得反映数据特征的主成分(PC)和判别组间细微差异的模型,以此来探索Kras野生型细胞和突变型细胞的不同代谢特征,帮助了解Kras基因对于细胞代谢影响的分子机制。结果表明:对于DKS-8与DLD-1、HEK-3与HCT-116这两组细胞,Kras单碱基突变细胞的代谢活动明显增强并且匹配出四条相同的特征代谢通路,包括:谷氨酸、天冬氨酸和丙氨酸代谢,精氨酸与脯氨酸代谢,D-谷氨酸代谢和D-谷氨酰胺,氨酰基转移核糖核酸生物合成这四条特征代谢通路。结合光镊拉曼光谱信息所得出的结论,我们推断:由于Kras单碱基突变导致四条代谢通路发生特异性改变,导致相关的蛋白质和氨基酸的含量发生变化,如光镊拉曼光谱系统中所检测到的苯丙氨酸、胶原蛋白还有多种氨基酸等含量变化。本文初步探索性的研究工作结果表明:结合光镊拉曼光谱技术与核磁共振代谢组学研究可为细胞内生化改变及细胞代谢产物的动态研究提供非标记、客观、准确的新方法,研究发现Kras单碱基突变即可导致细胞内及其代谢产物中的重要的生化分子含量发生明显变化,这一研究结果对于今后开展结直肠癌的早期检测以及后续的治疗效果动态评估提供前期可行性研究,具有重要的意义。