21世纪以来，随着肿瘤病理学及分子生物学技术的发展及创新，人们更广泛及更深入地认识了肺癌生物学特性的基因组学及蛋白组学的变异，其中包括：①激光捕捉微切割技术的建立，可获得在显微镜观察到的组织切片中由于吸烟而诱发的微小呼吸道上皮组织的癌前病灶中的数个细胞，从而可从病理形态学确诊的癌前病变中获得大量肺癌前细胞的分子生物学特性。这样就可完善临床上常规的免疫组织化学技术所无法获得的有关肺癌癌前病灶中的一系列分子特性。②　基因芯片技术的创建，使人们在少量组织标本中获得成千上万个高通量、多信息的基因表达谱，以至于可在一次性实验中区分正常支气管上皮组织、癌前病灶以及癌组织之间的各类基因组学表达谱的差异。由于上述两类技术创建及临床上的广泛应用，将更有利于临床医师对肺癌患者的药物疗效及生存期预后的判断。

基于肺癌及癌旁间质细胞具有一系列生长因子基因及其受体基因出现高表达的能力，在癌细胞及癌旁细胞之间可产生一种或多种的自分泌及旁分泌的环网络，其中包括某些原癌基因的激活与正常肺细胞演变成癌细胞之间的相关性。 ERBB基因是一组跨膜蛋白酪氨酸激酶分子家族，其一旦与配体相结合就会激活肿瘤生长信号通路，尤其以非小细胞肺癌更为突出。肺癌ERBB基因家族中有两种基因最为明显，EGFR（ERBB1）及HER2抑制剂（ERBB2）可在肺癌组织中各自独立创建自分泌或旁分泌的环网络。一旦配体与ERBB相结合即可形成同质性或异质性二聚体，诱导出内在性激酶活化而启动细胞内信号传导途径运行，其中包括促细胞分裂蛋白激酶（MAPK）、磷脂酰肌醇3-激酶（P13-K）及蛋白激酶B（AKT）的活化。

众所周知，正常细胞一旦遭遇到细胞损伤或DNA破坏，均可导致细胞自主性地程序性死亡或凋亡，但肿瘤细胞却没有该功能而导致肿瘤细胞永生化。研究提示，与细胞凋亡最为关键的分子为 p53及 Bcl- 2原癌基因，其中 Bcl- 2基因产物可对抗细胞凋亡，且该基因在小细胞肺癌出现高表达的频率可达75%～95%左右，明显比非小细胞肺癌高。事实上， Bcl- 2在肿瘤细胞中出现高表达可以预测非小细胞肺癌患者的生存期。BAX及Bcl-2是相互制约的两类分子，前者促使细胞凋亡，后者抑制凋亡，且为 p53基因转录下游的靶点。在神经内分泌性恶性肿瘤中 BAX和 Bcl- 2基因也同样是相互对抗的两类基因，例如在小细胞肺癌中 Bcl- 2基因表达明显高于 BAX基因并伴有缺乏促细胞凋亡功能的野生型 p53基因。有研究提示抑制凋亡的蛋白（IAP）-2是一种介导非小细胞肺癌对脱氧核苷类似物灵敏度的蛋白。因此，抗凋亡治疗的方案现正在进行临床预研究中，其中包括反义 Bcl- 2（下调Bcl-2蛋白表达）对小细胞肺癌的治疗及反义 Bcl- xL对非小细胞肺癌的治疗，而生物特异性的反义 Bcl- 2- Bcl- xL基因可同时治疗小细胞肺癌及非小细胞肺癌。

人们早已认识到肿瘤抑癌基因在控制正常细胞生长时能起到关键性的作用，这类基因不但可抑制肿瘤演变的过程，同时还涉及DNA损伤的修复作用。然而，当染色体等位基因的丢失（杂合性丢失，LOH）、抑癌基因出现遗传性突变或该类基因的启动子的表观遗传高甲基化时，上述情况就可引起抑癌基因失活以至于细胞不能正常生长。染色体等位基因杂合性丢失（LOH）是抑癌基因失活的重要标志，同样也表明在肺癌细胞中多条染色体区域被损伤。例如，采用400个高危险性分子多态性标志的基因组进行深入而广泛的研究，结果发现在36个肺癌细胞株中平均存在17～22热点区域出现染色体丢失。现已证明人体肺癌组织中染色体在22个不同位点出现60%的LOH，其中13个区域与小细胞肺癌相关、7个与非小细胞肺癌相关以及2个与两类肺癌均相关。在肺癌细胞中最易发生LOH的多种染色体区域大致可包括：1p、3p、4p、4q、5q、8p、9p（p16 TSG locus）、9q、10p、10q、13q（RB-retinoblastoma TSG locus）、15q、17p（p53 TSG locus）、18q、19p、Xp以及Xq。根据上述多条染色体中多区域出现LOH，故而可推测肺癌细胞中多种后选抑癌基因遭到严重损伤，但至今仍无法找到特异性位点或某个特定的抑癌基因的失活与肺癌发生及发展密切相关。

至今为止，人们已先后报道肿瘤细胞获得异常启动子的甲基化有以下多种基因： RAR、 TIMP- 3、 p16、 MGMT、 FHIT、 DAPK、 ECAD、 p14ARF以及 GSTP1等。在非小细胞肺癌组织中至少出现上述基因异常甲基化的一种，而同一患者的癌旁正常组织却很少出现异常甲基化。现有报道认为约有13%非小细胞肺癌患者可见基因启动子甲基化现象，并认为出现甲基化时可导致 p16基因表达下调，该基因发生上述现象可能与肺癌早期进展以及吸烟相关。肺癌细胞还包括多条染色体区域呈现高甲基化现象，例如3p位点（RARB、FHIT、RASSF1A SEMA3B）、4q34、10q26以及17p13等。尽管人们对于某些基因启动子高基化的确切机制尚未明确，但这一发现对于肺癌的临床意义仍有一定价值。现已知某些基因启动子的高甲基化还可能用于临床，作为肺癌的预测、早期诊断以及化疗疗效的实验室指标，例如某些肺癌患者痰液的脱落细胞中出现p16/06-MGMT甲基化现象可在临床诊断前三年出现。另有报道提示可在肺癌患者血清DNA中发现甲基化。除诊断外，还可根据肿瘤高甲基化的结果研发出抗肿瘤药物。例如，人们已知维A酸可能对肿瘤的发生及发展起了极为重要的作用，主要是作用于细胞核的维A酸受体（RARB）上。最近Han W等人可从人呼气的冷凝物（exhaled breath condensate）中检测到DNA甲基化，并认为此物质主要来源于肺组织，从中可检测到吸烟与肺癌发生主要依赖于个别基因促进子中CpG的甲基化现象。在肺癌细胞的RARB基因常见有高甲基化，其中以小细胞肺癌最为常见，因此化学性去甲基化或许可提供一条使该基因再表达的治疗途径。

人染色体末端端粒（telomerase）含有6个核苷酸重复序列TTAGGG。当正常细胞分裂时，端粒可发生重复序列的丢失使端粒缩短，从而出现末端复制。这一过程被认为代表了细胞内在性“细胞钟”，通过进行性端粒缩短导致细胞衰老，而调控正常细胞凋亡。生殖细胞和某些干细胞具有端粒酶的高活性，因此可通过6个核苷酸序列的重复片段置于染色体末端以补偿端粒的缩短。某些永生化细胞（生殖细胞及某些干细胞）可因其高表达端粒酶而促使细胞无限制增殖，而绝大多数正常成年细胞却不能显示端粒酶的表达。不同类型的肿瘤具有末端端粒限制性片段长度的变化，其中也包括肺癌。在60例原发性肺癌中有14例出现端粒缩短，而2例则显示端粒延长。经采用高灵敏的端粒复制扩增技术（TRAP）检测癌组织中端粒酶活性，结果发现SCLC为100%而NSCLC为80%，许多其他类型的肿瘤也出现端粒酶的活性，引起癌细胞的永生化。端粒酶的高活性往往与细胞增殖率的升高以及原发性肺癌的病理晚期相关。另外，端粒酶的高活性或端粒酶RNA高表达常发生在肺癌的原发灶，从而表明该酶的高活性可能属肺癌多阶段发生过程的早期事件。因此端粒酶有望成为肺癌检测的候选肿瘤标志以及肺癌治疗的新靶点。虽然人类端粒酶的催化亚单位最近已被克隆并发现其主要存在于肿瘤细胞内，然而对于该酶在肺癌发生中的详细研究仍有待于进一步阐明。肺癌分子病理学的研究提示所有的肺癌患者的癌组织中均见有端粒酶的活化，但并非为肺癌演变的早期分子变异。端粒酶的活化与癌细胞增殖相关，因此有人提出该酶的高表达可能与肺癌患者预后以及复发转移相关。最近有学者通过DNA芯片技术对83例非小细胞肺癌的端粒及DNA修复系统检测，进一步证实端粒的缩短可作为患者的预后指标，并进一步提示某些DNA修复基因及端粒酶活化与肺部细胞恶性病变相关。端粒酶除被用于临床诊断外，还可采用反义端粒酶的基因序列来减弱该酶活性而作为肺癌治疗的临床应用。

肿瘤细胞的浸润及转移与患者的生存期相关，肿瘤细胞中某些分子的变异可能起到极其重要的作用。Wistuba等人报道发现一种与浸润及转移相关的分子颇受人们重视，称为CRMP-1——一种能中介脑衰蛋白（collapsin）功能的蛋白。该作者的研究提示凡肺癌组织标本中出现 CRMP- 1基因产物低表达均提示肺癌患者属晚期、淋巴结转移、手术后在短期内复发以及生存期短，从而表明该分子的变异与肺癌细胞复发及转移相关。脑衰蛋白是神经生长抑制因子蛋白（semaphorin）家族中一员，除可起到神经生长抑制的功能外，还与肺癌癌变相关。另外，层粘连蛋白（laminin）及整联蛋白（integrin）均与组织基层膜相关，因此这两种蛋白均被视为与肿瘤细胞浸润及转移相关。层粘连蛋白链的表达常在肺癌细胞中出现低表达现象，从而导致基底层膜破碎，基质成分不正常增生，并在参与肿瘤细胞的浸润中起到重要作用。层粘连蛋白5的唯一组成部分在非小细胞肺癌中出现高表达，而在小细胞肺癌却未见表达。层粘连蛋白5是一种异质性三聚体蛋白质，其由3及2链组成，还包括另一个由 LAMC2基因编码的2链。由于整联蛋白是特异性地与层粘连蛋白5接合的受体，是一种非小细胞肺癌增殖的循环因子，但与小细胞肺癌无关。经与肺癌患者的生存期分析表明，层粘连蛋白5的高表达与患者生存期短有关，可作为一种非小细胞肺癌的独立预后因子。最近Muras AG等人的实验结果认为，细胞朊病毒蛋白[cellular prion protein，PrP（c）]为一种细胞表面蛋白，其在神经系统组织中呈现高表达，而在其他组织中为低表达。PrP（c）可与细胞表面的层粘连蛋白及玻璃粘连蛋白（vitronectin）相结合与中介细胞黏附及分化。PrP（c）可负调控整联蛋白αvβ3的活化及表达促使细胞出现递升恶性程度，从而提出PrP（c）可能为肿瘤细胞转移形成的一种主要调控分子。

肿瘤分子生物学在临床中应用的最终目标为降低肿瘤发病率及死亡率，因而其重点研究的课题应涉及肿瘤的预防、诊断及治疗三大方向。各种类型的恶性肿瘤既有其普遍性又有其特殊性，但其中肺癌是人们最为关注的一种恶性肿瘤，因为肺癌的发病率及死亡率在西方国家以及国内大城市中均居于首位。经分析，其关键因素主要是难以做到预防、早期诊断及中晚期肺癌的治疗，故而多年来的临床资料提示肺癌的5年生存率长期维持在10%～15%左右。因此，未来需要发展新技术以获得癌前期及早期癌细胞或细胞产物的标本，例如外周血、痰液、支气管活检、肺毛刷标本、灌洗液等来源的脱落细胞中DNA、RNA及蛋白质等，通过检测肺癌发生发展相关的分子生物学特性改变，作出癌前期判断、早期诊断和中晚期治疗疗效及预后的判断。未来，我们将采用上述标本进行一系列的甲基化异常变化及一组与肺癌相关的生物标志的检测，并通过基因多态性、丢失、缺失、突变、异常表达等分子生物学技术的定量化检测，期望可能会达到预期的目标。另外，近年来，建立了一系列有效的基因组学研究技术，其中包括单核苷酸多态性（SNP）、高通量毛细管测序、基因表达的系列分析以及基因芯片技术的成熟化，这些技术必将帮助人们深入地明确及进一步发现恶性肿瘤相关基因表达的变异。虽然人们知悉肺癌组织基因组学谱中大多数以细胞生长及增殖相关的45个基因、细胞死亡相关的41个基因及细胞移动相关的34个基因，但这类基因组学谱不仅局限于肺癌细胞还涉及其他癌症细胞，例如乳癌相关的 DLC1、 FGFR2、 NME1、 TFAP2A、 TGFBR2，胃癌相关的 COL1A2、 SLC16A4、 TTK，与肺癌细胞凋亡及克隆形成相关的 CACNA2D2、 SEMA3B、 TP73L（ p63）、 DLC1等。这类技术的突破性进展将明显区别于数十年来对非特异性基因的无目的性检测。这为今后特异性检测肿瘤的预防、诊断及治疗的“个体化诊治”提供有效的生物靶分子。