背景和目的:N-Myc下游调控基因1（N-myc down stream regulated gene 1,NDRG1）是N-Myc下游调控基因家族成员。有研究报道NDRG1蛋白是P53诱导凋亡所必须的因子。沉默NDRG1基因所造成的低表达会降低结直肠癌细胞对凋亡刺激因子的反应性。此外,NDRG1促进凋亡的功能在胰腺癌细胞中也得到证实。然而,上述研究均未对NDRG1促进凋亡的机制做出报道。因此,本研究以此为出发点,探讨NDRG1对结直肠癌细胞凋亡的作用、机制及临床应用价值。研究方法:1.收集上海交通大学医学院附属瑞金医院胃肠外科微创中心在2007至2014年间收治的接受新辅助放化疗的低位进展期直肠癌患者的临床及病理数据,根据术前术后肿瘤分期对比,将患者分为治疗有效组（完全缓解,部分缓解）和治疗无效组（稳定,进展）。收集所有入组患者术后标本,使用免疫组织化学技术,检测NDRG1表达水平,并由病理医师评分,将患者分为NDRG1阳性组和阴性组。进行统计学分析,评估NDRG1和患者降期的统计学相关性。2.培养HCT116和SW620结直肠癌细胞系,构建NDRG1过表达和沉默细胞。在体外实验中使用蛋白质免疫印迹技术检测凋亡相关分子标记物。包括多聚（ADP-核糖）聚合酶（PARP）,半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（caspase-3）。然后,在细胞培养基中分别加入结直肠化疗一线药物5-Fu和奥沙利铂,处理一段时间再次检测上述分子标记物。评估NDRG1对结直肠癌细胞化疗药敏感性的影响。3.使用酶联免疫吸附法（ELISA）检测NDRG1过表达细胞当中的主要凋亡调控因子的蛋白质表达水平。探索NDRG1对凋亡调控的机制。4.免疫沉淀法检测过表达及沉默NDRG1对Bcl-2泛素化水平的影响。5.利用NDRG1过表达和沉默细胞系构建裸鼠移植瘤模型。在体内评估NDRG1的作用,印证体外实验结论。研究结果:1.共入组97例接受新辅助治疗的进展期直肠癌患者。其中58例患者评估为治疗有效（完全缓解或部分缓解）。39例患者评估为治疗无效（稳定或进展）。在58例治疗有效患者中,39例（67.2%）的NDRG1表达水平为阳性。在39例治疗无效的患者中,18例（46.1%）患者NDRG1表达水平呈阳性。卡方检验及spearman相关性分析提示,NDRG1表达与化疗效果呈正相关。此外,NDRG1阳性患者总生存期及无病生存期明显相对于NDRG1阴性患者明显延长,差异有统计学意义。2.使用奥沙利铂处理结直肠癌细胞,过表达NDRG1的细胞中,凋亡标志蛋白cleaved-PARP及cleaved-caspase-3蛋白水平明显高于对照组。提示NDRG1对结直肠癌细胞凋亡有促进作用,并可能通过促进凋亡提高肠癌细胞对奥沙利铂的反应性。3.使用sh RNA干扰TP53基因后,在sh TP53细胞系中过表达NDRG1,并加药物孵育后再次检测细胞凋亡。实验结果显示,TP53的缺失导致结直肠癌细胞对奥沙利铂耐药,而NDRG1的表达能逆转TP53缺失引起的肠癌细胞耐药。4.ELISA结果提示,过表达NDRG1后,Bcl-2蛋白水平低。提示NDRG1可能通过调控Bcl-2实现对细胞凋亡的影响。5.过表达NDRG1后,Bcl-2泛素化水平及随后的降解明显升高,导致Bcl-2蛋白水平降低;沉默NDRG1则会引起相反的结果。6.裸鼠移植瘤模型结果显示,NDRG1过表达细胞（HCT116-NDRG1）形成的移植瘤生长速度慢,瘤体质量低。NDRG1沉默细胞（HCT116-sh NDRG1）形成的移植瘤生长快,瘤体质量大。在另一组平行试验中,通过尾静脉注射奥沙利铂（5mg/kg）,模拟新辅助治疗,结果显示NDRG1过表达移植瘤注射药物后生长速度明显减慢,而对照组和沉默组相对于不注射药物的同种移植瘤,生长速度和瘤体质量没有统计学差异。结论和意义:本研究通过体外和体内试验表明,NDRG1基因能抑制Bcl-2蛋白水平,促进结直肠癌细胞的凋亡,从而提高癌细胞对结直肠癌一线化疗药物奥沙利铂的敏感性。结合临床数据表明,NDRG1与新辅助降期率及局部进展期直肠癌患者五年生存率呈现明显正相关。本研究首次从凋亡的角度解释了NDRG1基因对于结直肠癌发生发展的抑制作用,并为NDRG1可能作为药物敏感标记物和预后预测标志提供了新的理论依据。