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目的：术前的新辅助同步放化疗(neoadjuvant chemoradiotherapy,NCRT)是局部进展期直肠癌的国际上标准首先治疗方案。但不同个体对于NCRT的疗效有显著差别;临床上还观察到，一部分患者在接受过新辅助治疗后，其术后的复发转移模式发生改变，肺转移成为主要的转移部位。这提示NCRT可能使得肿瘤本身生物学行为发生改变，甚至肿瘤的免疫微环境向着有利于肿瘤细胞侵袭和转移的方向改变。本研究拟通过分析新辅助放化疗后肿瘤细胞及免疫微环境的变化及与疗效、预后的相关性，鉴定与治疗反应相关的高频突变，为发展新的联合治疗策略和建立肿瘤治疗预后诊断的分子标记提供分子标记物。材料与方法本研究回顾性收集及分析在1994-2013年间，在中国医学科学院肿瘤医院接受新辅助长程同步放化疗及根治性手术切除的局部进展期中-低位直肠癌患者的临床病理资料，观察其组织病理学的变化，分别对肿瘤细胞表面与上皮间质转化(EMT)、肿瘤干细胞(CSC)、肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)、肿瘤相关巨噬细胞(TAM)、免疫卡控点(immune blockade)和若干细胞因子的相关标记进行免疫组化染色，比较免疫微环境中各组分的变化，将其分别与病人的临床因素、治疗反应及预后进行相关性及生存分析。 结果：本研究共纳入329例患者，中位随访时间37.3个月。单因素分析发现，ypT分期、ypN分期、肿瘤衰退分级(TRG)均与新辅助同步放化疗患者DFS的显著相关(P＜0.0001，P＜0.0001，P＜0.0001)。但在非pCR组(N=283)中，ypT分期与患者的DFS无显著相关性(P=0.2272)，多因素分析发现，ypN分期是唯一影响新辅助同步放化疗后直肠癌患者DFS的独立危险因素，而ypT分期、TRG均未被证实为独立预后因素。而将ypT分期和TRG的权重结合后的预后分组定义为M-TTRG分组，发现不同M-TTRG分组的3y-DFS分别为83.9％、68.8％、59.7％和33.3％(P＜0.0001)。进一步的免疫组化分析显示，与肿瘤衰退分级(TRG)相关的因素包括CD68+巨噬细胞的浸润，CD3+、CD4、CD8+淋巴细胞的浸润、肿瘤细胞PD-L1的表达以及IL-10的分泌。生存分析结果显示，在新辅助治疗后肿瘤细胞高表达CD133(P=0.0271)、ALDH1(P=0.0206),CD163+TAM高浸润(P=0.0206),CD3+(P=0.0150)、CD8+(P=0.0011)TIL低浸润以及肿瘤间质中α-SMA高表达(P=0.0022)与术后DFS缩短显著相关。 结论：在新辅助治疗后，ypT不能够准确预测直肠癌患者的预后，TRG可以对ypT分期进行修正及改良，改良后的TNM分期可以很好的预测患者的DFS。肿瘤免疫微环境中的各组分在新辅助治疗后均发生显著性的改变，肿瘤细胞高表达干细胞特征标记或高浸润的M2型TAM、低浸润总淋巴细胞和CTL的患者，术后更容易出现复发和转移。