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锌是人体必需微量营养元素,主要通过消化道吸收。膳食结构不合理或某些疾病状态可导致锌缺乏症。据估计,全球超过20亿人处于缺锌状态。锌参与构成300多种蛋白质,是多种酶的催化因子,并调节DNA损伤修复、蛋白质代谢、信号转导、细胞增殖分化和凋亡等多种重要生物过程,涉及机体抗氧化及免疫系统调控。因此,体内锌稳态失衡可导致包括恶性肿瘤在内的多种不良健康结局。肺癌是我国发病率和死亡率最高的恶性肿瘤,造成了严重的疾病及经济负担。本课题组前期研究表明血浆锌升高可以降低肺癌发生风险,但其生物学机制有待进一步阐明。DNA甲基化是最为常见的一种表观遗传修饰方式,研究表明,人体必需微量营养素可影响DNA甲基化状态。锌作为必需微量元素的重要成员之一,参与维持多种甲基化相关酶的活性,因此锌水平变化可能致DNA甲基化水平改变,但尚未有研究在表观全基因组水平对此进行探讨。此外,DNA甲基化改变一直被视为肿瘤调控机制中的关键步骤,大量研究表明DNA甲基化可以通过调控致癌或抑癌基因的表达诱导肺癌的发生。锌是否可能通过改变DNA甲基化水平来调控关键基因表达,发挥对肺癌发生的保护作用,目前相关证据十分有限。为了探索血浆锌相关的DNA甲基化改变及其在锌对肺癌保护作用中的介导效应,本研究采用全基因组DNA甲基化芯片检测技术,基于东风–同济队列子队列评价血浆锌致外周血DNA甲基化水平的改变特征,进一步采用肺癌病例队列及肺癌病例对照研究探索血浆锌相关DNA甲基化改变与肺癌发生风险的关联,并探讨上述血浆锌相关DNA甲基化在锌与肺癌发生风险关联中的介导效应及其对肺癌的临床诊断价值,为探索必需微量营养素相关表观遗传修饰在肺癌发生中的作用提供重要线索及科学依据。研究内容主要包括三部分:第一部分 血浆锌与全基因组DNA甲基化的关联研究目的:探索血浆锌水平相关的全血DNA甲基化位点,并探讨相关DNA甲基化位点与基因表达的关联及其潜在生物学功能。方法:本研究在东风–同济队列2013年随访到的38295人中排除了心电图异常、冠心病、中风、恶性肿瘤患者以及无医保号和血液样本者,在剩余24415人中以5.8%的比例按性别和年龄分层随机抽取1399人作为子队列。通过问卷调查获取研究对象基本信息、电感耦合等离子体质谱仪（Inductively coupled plasma–massspectrometry,ICP–MS）检测其血浆锌水平、Illumina Infinium Human Methylation EPIC Bead Chip（EPIC芯片）测定其全血DNA甲基化水平,将同时具有血浆锌检测结果及通过甲基化芯片质控的1352名研究对象纳入分析。采用多元线性回归模型,校正年龄、性别、体质指数（Body mass index,BMI）、吸烟及饮酒状态、全血预测细胞比例及Smart SVA计算的所有替代变量,探索血浆锌与全基因组DNA甲基化水平的关联,参考以往文献选择关联P0.05）。在组织m RNA测序及TCGA表达数据中,与癌旁正常组织相比,肺癌组织中GSR、SLC16A3、TRIM27、SLC12A8和ADAMTS16基因表达水平增高（P值均0.05）。根据子队列人群的血浆锌水平四分位数,将所有参与者分为4个亚组（Q1Q4）,与血浆锌水平最低的Q1组（≤1467.76μg/L）相比,血浆锌水平最高的Q4组（>2026.25μg/L）肺癌发生风险显著降低39%[HR（95%CI）=0.61（0.43,0.88）],从Q1到Q4组锌与肺癌发生风险的关联存在线性趋势（P趋势<0.001）。在锌对肺癌发生的保护作用中,位于GSR基因的cg07077080、C19orf44和CALR3基因的cg01077808、SLC12A8基因的cg26125625和ADAMTS16基因的cg15409013位点低甲基化分别介导了该效应的22.04%、10.18%、9.63%和11.95%（P值均<0.05）;位于PHLPP2基因的cg15554270、TRIM27和SCAND3基因的cg07896713和VGLL4基因的cg10669424位点高甲基化分别介导了该效应的19.95%、15.27%和10.97%（P值均<0.05）;位于SLC16A3基因的cg17749033临界介导了该效应的6.48%（P=0.059）,基于这8个Cp Gs计算的MRS介导了该效应的26.79%（P<0.001）。在肺癌病例队列研究中,MRS显著提升了传统预测因素的预测效能[曲线下面积（Area under ROC curve,AUC）=0.809 vs.0.745],且预测效能随着肺癌发病时间（初次诊断肺癌的时间距离采血时间的年数）的增加而减弱。在肺癌病例对照研究中,MRS也显著提升了传统预测因素的诊断价值（AUC=0.806 vs.0.633）。结论:Cp G位点（GSR基因的cg07077080、PHLPP2基因的cg15554270、SLC16A3基因的cg17749033、C19orf44和CALR3基因的cg01077808、TRIM27和SCAND3基因的cg07896713、VGLL4基因的cg10669424、SLC12A8基因的cg26125625和ADAMTS16基因的cg1540901）甲基化水平介导了锌对肺癌发生的保护作用,且传统因素联合8个位点的MRS构建的风险预测模型具有肺癌临床诊断价值。以上结论为探索锌预防肺癌发生的潜在机制、寻找肺癌的早期预防及诊断方法提供了思路及依据。