食管癌是一种源于食管黏膜上皮细胞的恶性消化系统肿瘤疾病,主要分为食管腺癌和食管鳞状细胞癌两个病理学亚型;前者主要流行于西方发达国家,后者则主要盛行于发展中国家,尤其是中国。食管癌发病隐匿,确诊时已发展至中晚期,预后极差。因此,探究食管癌发生的分子机制,以及积极寻找有效的预后标志物对于优化食管癌的个性化治疗极为重要。差异共表达分析不同生物学表型下,基因对间表达相关性的显著差异,而差异共表达基因蕴含着与其它基因表达关系的差异,包含着差异表达检测不到的癌症相关基因。此外,差异共表达基因对也暗示了基因间的差异调控关系以及癌症特异的调控紊乱。因此,差异共表达分析方法更适用于研究癌症发生的分子调控机制及预后标志物的鉴定。首先,食管腺癌预后标志物分析。基于食管腺癌基因表达谱数据,利用差异共表达和差异表达方法分析食管腺癌相关基因。五倍交叉验证评估食管腺癌相关基因的预后性能,最后得到一个性能最佳的分子标志物,CRNKL1。生存分析结果表明CRNKL1无论在训练集还是测试集中都有良好表现,即可显著的将食管腺癌患者划分为高风险组和低风险组。与传统食管腺癌分子标志物相比,CRNKL1可达到更好的预后评价效果。此外,ROC分析表明其预后指导效力优于其它已有模型(PTGS2、EGFR、ERBB2和TP53)。综上所述,CRNKL1是一个有效的食管腺癌预后标志物,同时为食管鳞状细胞癌的研究奠定了坚实的基础。其次,为了鉴定食管鳞状细胞癌癌变的机制,我们利用差异共表达分析方法构建了食管鳞状细胞癌mRNA-lncRNA差异共表达网络,并利用差异共表达mRNA构建了差异调控网络。差异共表达网络分析结果表明从正常状态发展到癌症状态大多数差异共表达基因对均失去了共表达关系。差异调控网络分析结果表明食管鳞状细胞癌的调控紊乱是由37个TFs所致,且多数基因对间的调控关系都随着癌症的发生而消失,从而推断转录调控的紊乱是引发基因表达异常的重要原因之一。此外,我们发现TCF3和TP53是食管鳞状细胞癌癌变的过程中的关键TFs,调控着超过四分之一的loss-of-regulation的差异调控基因对。以上结果均表明,转录因子是食管鳞状细胞癌癌变过程中的一类重要调控因子,同时暗示了差异共表达lncRNA在食管鳞状细胞癌中的重要性。最后,基于食管鳞状细胞癌mRNA-lncRNA差异共表达网络中筛选到的差异共表达lncRNAs,筛选预后标志物。根据lncRNA与已知癌症基因的关系,以及差异表达分析过滤差异共表达lncRNAs。五折交叉验证评估预后候选标志物的预测准确率,并鉴别出了与食管鳞状细胞癌生存显著相关的两个lncRNAs,即ADAMTS9-AS1&AP000696.2,可将食管鳞状细胞癌患者显著的分为高低风险两组,且低风险组的调控紊乱程度明显低于高风险组。进一步研究发现,这两个lncRNA可能是外胚层和上皮细胞发育的关键基因,其预后性能不仅优于传统食管鳞状细胞癌分子标志物(CYFRA21-1、CEA),还关联着四个参与信号转导的基因(ERBB3、ENSA、KCNK7、MFSD5),也与食管鳞状细胞癌的生存时间存在潜在关系。因此,我们推断ADAMTS9-AS1&AP000696.2在食管鳞状细胞癌患者的预后评估方面,具有一定的指导意义。综上所述,本研究利用差异共表达分法分析了食管癌的基因表达谱数据,证实转录调控紊乱是导致食管癌基因表达水平的异常的重要因素,所鉴定到全新的食管癌预后分子,不仅在食管癌的发生发展中起着重要作用,并且拥有比传统食管癌标志物更优的生存预测能力,可能会成为日后食管癌预后和治疗的全新研究靶点。