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消化道肿瘤是全球范围内常见恶性肿瘤之一,患者约占全球癌症病例的三分之一。典型的消化道肿瘤类型包括结直肠癌、胰腺癌、胃癌、食道癌、肝癌和胆管癌,其中结直肠癌和胃癌分别是全球第三和第四大常见癌症。尽管结肠镜检查和上消化道内镜筛查作为检测胃肠道癌前病变的有效方法显著提高了患者生存率,然而一些消化道肿瘤患者仍会出现恶性进展,放化疗的疗效受限于患者体内肿瘤对放化疗的抗性。有研究发现,在放化疗治疗背景下,高度分化的肿瘤细胞可能发生去分化并获得干细胞表型,从而进一步驱动治疗抗性及肿瘤转移与复发。但是,针对放化疗诱导肿瘤非干细胞向肿瘤干细胞的转化,其机制目前尚未完全阐明。另有一些研究发现,化疗可能会改变癌症患者的肠道微生物组成,而改变的肠道微生物群可能介导耐药性的产生;肠道微生物不仅参与调节抗癌药物的疗效,它与结直肠癌等消化道肿瘤的发生也密切相关。然而,有关肠道微生物在结直肠癌发生中的作用,目前的了解尚不全面。基于以上研究背景,本论文对放化疗诱导胃癌干细胞产生的潜在机制以及肠道微生物在结直肠癌发生中的具体作用展开了深入研究。为了阐明放化疗诱发肿瘤恶化的分子机制,本论文首先从胃癌细胞系（MKN-45）及胃癌患者实体瘤中分别分选出胃癌非干细胞（GCNSCs）和胃癌干细胞（GCSCs）。研究发现,参考临床用药剂量,对胃癌非干细胞分别进行放疗（X射线）和化疗（顺铂和阿霉素）的模拟处理后,细胞的干性特征显著增强,获得与胃癌干细胞相似的干细胞表型。从机制上来看,放疗或化疗造成的胃癌非干细胞中的DNA损伤促进了EID3（EP300相互作用的分化抑制剂3）的表达上调,而DNA修复相关蛋白EID3可与烟酰胺磷酸核糖转移酶（NAMPT）相互作用,进一步激活在干性获得中发挥关键作用的Wnt信号通路,促进胃癌非干细胞转化为胃癌干细胞样细胞（以下简称胃癌干细胞）。同时,结果显示EID3对于胃癌干细胞的干性维持也是必需的,具体体现在它参与调节胃癌干细胞的细胞增殖、周期、凋亡以及耐药性等。因此,本论文研究揭示了放化疗治疗背景下DNA修复基因EID3在胃癌非干细胞的干性获得和维持中的作用机制,为分化的肿瘤细胞向肿瘤干细胞的转化提供了分子水平上的新见解。为了探究化疗是否会通过改变肠道微生物影响肿瘤进展,本论文对多发肠道腺瘤的结直肠癌模型小鼠(APCMin小鼠)和健康小鼠（C57BL/6JNju）采取了化疗药物顺铂的灌胃处理模拟口服给药。本论文首先对顺铂处理的APCMin小鼠和健康小鼠粪便中的细菌群落分析,结果发现健康小鼠的肠道菌群不会因顺铂的处理而发生显著改变。然而,顺铂处理显著改变了APCMin小鼠肠道菌群组成,主要表现为与炎症调节和肠癌发生相关的9个属的肠道菌的显著富集。本论文进一步对接受化疗处理的APCMin小鼠肠道内腺瘤的干性及耐药性等进行评估。结果发现,顺铂可在APCMin小鼠体内增强肠道腺瘤的干性及耐药性,并促进上皮-间充质转化（EMT）进程。使用抗生素（环丙沙星）破坏肠道菌群后,结果发现顺铂诱导改变的肠道菌群可参与调节小鼠肠道腺瘤的干性及耐药性,表明肠道微生物在结直肠癌发生中扮演着重要角色。近年来的大量研究揭示机体肠道微生物群与结直肠癌发生相关,因此本论文进一步探究了肠道微生物在结直肠癌发生中的作用及其机制。通过结直肠癌模型小鼠(APCMin小鼠)及健康小鼠的肠道菌群分析,本论文发现:22个属和27个种的细菌在结直肠癌模型小鼠中显著富集,这些富集的肠道细菌可能与结直肠癌的发生发展密切相关。而结直肠癌模型小鼠及健康小鼠的肠道病毒组分析共鉴定出15,825个DNA病毒的病毒分类单元（v OTU）和5,277个RNA病毒的v OTU,但只有9.78%的DNA病毒v OTU可注释到22个已知的病毒科和577个病毒种,且其中大部分是噬菌体;仅有0.91%的RNA病毒v OTU可注释到8个病毒科和16个病毒种。与健康小鼠相比,APCMin小鼠中5个DNA病毒科和21个DNA病毒种显著富集。对于RNA病毒,APCMin小鼠和健康小鼠在科水平上的病毒丰度并无显著差异;在种水平上,一种动物RNA病毒——Human endogenous retrovirus W,在APCMin小鼠中显著富集。进一步分析发现,这些在结直肠癌模型小鼠中显著富集的肠道细菌及肠道病毒可能是潜在的结直肠癌相关微生物标志物。为了深入了解肠道微生物驱动结直肠癌发生的潜在机制,本论文进行了APCMin小鼠的肠道菌群代谢组分析,并鉴定出14种人和小鼠共有的肠道菌群代谢物,这些代谢物可以作为潜在的结直肠癌标志代谢物。在这14种代谢物中,胍丁胺可与Rnf128及Hspa5蛋白结合,抑制Rnf128对Wnt信号通路关键因子β-catenin的泛素化作用;而在胍丁胺刺激下表达上调的Hspa5可增强β-catenin的蛋白稳定性,从而导致Wnt信号通路上调,促进肠道细胞过度增殖,驱动小鼠肠道腺瘤的发生。本研究还发现,胍丁胺可调控炎症细胞因子（如IL-6、IL-10及TNF-α）的表达,促进炎症反应,加速小鼠肠癌的发生。最后,为了进一步验证胍丁胺在小鼠肠道中的致癌作用,本论文在健康小鼠（C57BL/6JNju小鼠）中构建了AOM（azoxymethane,偶氮甲烷）/DSS（dextran sodium sulfate,葡聚糖硫酸钠）诱导的结直肠癌模型。结果显示,在AOM/DSS化学诱导的结直肠癌小鼠中,胍丁胺因其致癌作用促进了小鼠肠道内腺瘤的形成。因此,本论文的研究结果为肠道微生物与结直肠癌发生之间的潜在关系提供了新证据。