叶酸是人体必需的B族维生素,叶酸及其代谢产物在生物体内具有重要的生理生化功能:（1）参与核苷酸的生物合成;（2）在DNA甲基化作用中提供甲基基团的供体和受体。基因组整体甲基化水平及特定癌基因/抑癌基因的甲基化状态异常可促进肿瘤的发生发展,故缺乏叶酸将直接诱发癌症。因此,维持体内充足的叶酸水平并保持正常的叶酸代谢过程对人群防癌抗癌十分有益。已有相当充分的流行病学证据显示,膳食叶酸摄入不足可导致包括乳腺癌、结直肠癌等在内的多种癌症发生风险增加。在乳腺癌中,女性围绝经期前后因雌激素水平的变化而成为乳腺癌异质性的分界点。绝经前乳腺癌和绝经后乳腺癌的基因特征、表观遗传学改变以及病理表现皆有不同,且绝经前乳腺癌比绝经后乳腺癌预后更差、化疗敏感性更低。同时,在乳腺癌的众多风险因素中,肥胖是一个独立的预后因子。超重和肥胖是多种癌症的危险因素,可增加绝经后乳腺癌的发生风险,但却能使绝经前乳腺癌风险降低。造成肥胖与绝经前乳腺癌呈负相关这一“反常”的流行病学现象的分子机制尚不明确。本研究团队前期对美国NHANES数据库的人群资料进行统计分析表明:超重及肥胖人群的红细胞叶酸含量高于正常体重人群。提示叶酸可能在肥胖对绝经前乳腺癌的保护效应中发挥抑癌作用。除乳腺癌外,叶酸与结直肠癌的关系也十分密切。一方面,叶酸在人体内的吸收部位为小肠;另一方面,结直肠黏膜层及上皮组织更新迅速,对人体必需营养物质的异常代谢反应更加敏感。因此,叶酸与消化系统癌症特别是结直肠癌的发生发展紧密相关。流行病学研究显示,结直肠癌患者肠道组织中存在局部性叶酸缺乏。本研究团队已证实小鼠体内缺乏叶酸将异常激活致瘤性Wnt信号通路,导致结直肠部位的肿瘤发生率和多发率显著增加。基于以上两大方面的研究背景,本论文以绝经前女性乳腺组织临床样本和Apc1638N/+基因敲除小鼠结肠上皮细胞为研究对象,采用经典分子生物学实验与新兴交叉技术生物信息学分析相结合的研究方法,分别在绝经前乳腺癌与结直肠癌中探究了叶酸基于表观遗传学两大机制:甲基化作用和miRNA-mRNA互作途径发挥抗癌效应的分子机制。主要研究内容及结论如下:1.叶酸通过调控表观遗传学中的甲基化作用,在绝经前肥胖女性中发挥抑制乳腺癌发生风险的保护效应。在肥胖状态下,绝经前女性的乳腺组织叶酸状态将随BMI的增加而得到改善和提升,与此同时,基因组总体甲基化水平也同步升高,抑癌基因SFRP1和MLH1的表达也随之显著增加。且MLH1启动子区域的甲基化水平与乳腺叶酸含量呈正相关。提示绝经前女性的乳腺叶酸代谢情况可能受肥胖因素的影响,进而通过基因组总体甲基化和乳腺癌相关基因特异性甲基化作用来抑制乳腺癌的发生。2.叶酸通过调控miRNA-mRNA综合互作网络,参与介导结直肠癌致瘤性信号通路,进而影响结直肠癌的发生发展。Apc1638N/+基因敲除小鼠叶酸缺乏动物模型显示,叶酸缺乏可导致小鼠结直肠部位的肿瘤发生率和肿瘤多发率显著升高,并影响miRNA的差异表达,进而鉴定出15个DE-miRNA分子。最终构建出可视化的叶酸调控结直肠癌相关Wnt/Apoptosis/Cell cycle信号通路miRNA-mRNA互作网络图。筛选鉴定出各信号通路互作网络中有代表性的miRNA-mRNA负调控作用对:如Wnt信号通路miRNA-mRNA互作网络中的mmu-mi R-27a/Sfrp1及mmu-mi R-361/Ctbp2作用对;Apoptosis互作网络中的mmu-mi R-690/Kras;Cell cycle互作网络中的mmu-mi R-21/Stag2等。至此成功实现了将缺乏一碳维生素的小鼠动物模型结肠上皮DE-miRNA和叶酸灌胃干扰结直肠癌小鼠模型的癌旁组织DEGs进行对接,整合了叶酸代谢相关致瘤信号通路的miRNA与mRNA。由该miRNA-mRNA综合互作网络图可知,叶酸可能通过调控miRNA与靶基因的相互作用从而实现对结直肠癌相关致瘤性信号通路的调节,进而影响恶性肿瘤的演进。综上所述,本论文研究了叶酸通过介导甲基化作用和miRNA-mRNA互作等表观遗传学途径影响乳腺癌和结直肠癌发生发展的分子机制,研究结果为深入明确叶酸的抑癌机制提供了新的理论探索和实验依据。为推动预防医学及公共卫生政策将叶酸纳入常规性癌症化学预防补剂奠定了理论基础。