胃癌和结直肠癌是我国常见的恶性肿瘤，两者均有死亡率高等特点，严重威胁人类健康，在多个癌种动物模型上证实如果阻断转化生长因子-β（Transforming growth factor-β，TGF-β）信号通路则可以抑制肿瘤细胞的转移，反之，TGF-β可以加速人类多种癌症的进展，与胃和结直肠癌发生、发展息息相关。TGF-β的三种亚型（β1，β2和β3）在多种肿瘤类型中均表达升高，与癌症不良预后有关。目前研究显示非编码RNA(微小RNA(miRNA)、长链非编码RNA(long noncoding RNA，lncRNA)和环状RNA(circle RNA，circRNA)）在胃癌和结直肠癌的发生、进展中发挥着重要的调控作用。母系表达基因3(maternally expressed gene3，MEG3)是第一个被发现有肿瘤抑制功能的lncRNA，参与胃和结直肠肿瘤增殖和肿瘤侵袭转移等过程。MEG3作为调控性RNA可通过下调TGF-β信号通路远端的TGFBR1、TGFB2和SMAD2基因的表达而在一定程度上抑制TGF-β信号通路的激活。因此，发现MEG3是如何与TGF-β信号通路发生作用对深入了解和攻克胃和结直肠癌至关重要。miRNA是长度为18-25nt的内源性非编码RNA，miR-21参与癌细胞生长、侵袭、转移、血管生成、代谢以及凋亡等多个过程。TGF-β信号通路可以通过Smad3磷酸化调控miR-21表达，抑制Smad3磷酸化则降低miR-21表达水平，miR-21是与胃和结直肠癌发生、发展密切相关的重要标记。但miR-21与TGF-β信号通路如何在癌症中互相调控仍有很多机制处于未知状态。　　因此，本课题首先获取胃癌及癌旁组织标本，利用基因芯片及生物信息学技术建立lncRNA以及circRNA差异表达谱，筛选出胃癌中表达差异显著的lncRNA以及circRNA，发现它们可能参与的生物学行为，并筛选出作为后续研究的靶基因;GO与KEGG通路分析提示TGF-β信号通路是在胃癌中发挥重要作用的信号通路。然后，本课题进一步针对MEG3如何调控TGF-β信号通路，以及TGF-β信号通路相关的miR-21与多靶点靶向药物在体外模型中如何相互作用进行了后续的功能和机制研究。第一，建立了一个新的计算机模型(SVMR统计回归模型)，然后在MEG3与TGF-β信号通路远端同源DNA上进行测试，发现MEG3对同源基因具有特异性的识别能力和高亲和性。第二，我们开发另一种新的计算机模型，用于体外模拟靶向药物瑞戈非尼如何作用于TGF-β信号通路相关的miR-21前体，从而阻断成熟miR-21形成，最终试验目的是为未来开发新的胃和结直肠癌靶向药物提供一种新的思路。　　第一部分：胃癌lncRNA和circRNA差异表达谱的建立及生物信息学分析　　方法：　　1.收集6对新鲜胃癌组织及对应癌旁组织标本。用免疫组化对所有标本进行Her-2受体检测。利用Agilent Human lncRNA V6基因芯片对12个样本进行lncRNA，mRNA和circRNA测序分析，筛选标准是p＜0.05，FC＞2.0。通过火山图、聚类分析等方法展现胃癌相关lncRNA，mRNA和circRNA差异表达谱。　　2.利用基因功能注释(Gene Ontology，GO)分析和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路方法对癌和癌旁组织差异mRNA、lncRNA靶基因及circRNA靶基因进行分析，利用cytoscape软件构建出lncRNA-转录因子(transcription factor，TF)两者之间和lncRNA-mRNA-TF三者之间的网络图。　　3.选取5个上调及5个下调的lncRNA，采用qRT-PCR方法验证它们在胃癌组织中的表达水平和稳定性。　　4.用qRT-PCR方法对比6对胃癌组织与癌旁胃组织中miR-21的表达水平。　　结果：　　1.基因芯片测序技术筛选了显著差异表达的lncRNA共1217条（上调751，下调466）;circRNA共49条（上调23，下调26）。其中，MEG3-lncRNA在胃癌中显著下调(FC=3.06，P=0.0275)。　　2.GO富集分析得到主要差异lncRNA靶基因以及circRNA母源基因的潜在功能。KEGG通路分析发现表达差异非编码RNAs与TGF-β通路在胃癌中密切相关。　　3.qRT-PCR验证结果发现4个上调lncRNA表达异常增高，5个下调lncRNA表达降低，与芯片测序结果高度一致，这也验证了芯片测序结果的可靠性。　　4.qRT-PCR验证结果发现miR-21在胃癌组织中表达显著升高，这也验证了miR-21与胃癌密切相关。　　结论：　　MEG3与TGF-β信号通路在胃癌中起到重要调控作用，进一步研究两者之间的作用机制，对开发MEG3和TGF-β信号的靶向治疗具有重要意义。miR-21是胃癌中的重要靶基因，针对miR-21靶向治疗胃癌的新方法具有研究价值。　　第二部分：TGF-β信号通路基因与MEG3之间的相互作用机制　　方法：　　建立新的计算机模型（SVMR统计回归模型）评估RNA与结合同源和非同源DNA的亲和性和特异性。应用空间信息表征技术来捕捉DNA-RNA三聚体的结构和能量特征。采用全基因组统计分析策略定量评价DNA与RNA的高通量分子间相互作用。然后用来验证MEG3与TGF-β信号通路远端调控基因TGFBR1、TGFB2和SMAD2的特异性识别和亲和性。　　结果：　　MEG3靶向作用于TGF-β通路远端的调控基因TGFBR1、TGFB2和SMAD2。MEG3对同源DNA具有识别的特异性。　　结论：　　TGF-β信号通路在胃癌中与MEG3可以直接相互作用。MEG3和TGF-β信号通路是胃癌治疗的潜在靶标，可以调控多种细胞生物学事件。　　第三部分 瑞戈非尼调控TGF-β通路相关miR-21的机制研究　　方法：　　采用鉴定活性口袋、分子动力学模拟、绑定能量分析以及荧光结合方法体外研究瑞戈非尼与TGF-β信号通路相关的miR-21前体的相互作用机制。　　结果：　　计算机模拟发现瑞戈非尼可以通过三个氢键牢固绑定在miR-21前体。与H键相关的两个碱基对(G6C，C12G)和(A13U，U4A)的突变削弱了瑞戈非尼对miR-21前体的结合力。　　结论：　　瑞戈非尼可以直接作用于TGF-β通路相关的miR-21前体，结合前期结果以及相关文献报道，miR-21是胃癌和结直肠癌的重要癌基因，并且与TGF-β信号通路相关，因此，本实验构建的结合模型对研发TGF-β信号通路靶点的靶向药物奠定了基础。